Вопрос на 5 миллионов долларов от Google

Компания Google и фонд XPrize Foundation объявили конкурс на разработку «реальных» приложений для квантовых компьютеров, которые действительно будут полезны для общества. Конкурс рассчитан на три года, призовой фонд составляет 5 миллионов долларов.

Принципы, положенные в основу квантовой физики, стали поводом для популярной гипотезы, что квантовые компьютеры смогут производить очень быстрые вычисления для решения конкретных задач. Поэтому этот конкурс должен помочь расширить диапазон приложений в тех сферах, в которых они смогут получить преимущество перед обычными компьютерами.

В повседневной жизни мы обычно сталкиваемся с такими явлениями, которые принято рассматривать через призму классической физики. Однако, квантовый уровень описывается иными законами. Гонку за овладение квантовой технологией в каком-то смысле можно рассматривать как новую технологическую революцию – переход от устройств, работающих на классических принципах, к тем, которые используют непривычные иудивительные свойства квантовой механики. 

Учитывая, то как часто утверждается, что квантовые технологии совершат революцию в нашей повседневной жизни, может показаться странным, что до сих пор приходится придумывать для них практическое применение, – и даже обещать награду за это.

Бутылочным горлышком, сдерживающим развитие квантовой технологии, является то, что программное обеспечение, использующее квантовые алгоритмы, должно, но пока не может явно продемонстрировать своё превосходство над программным обеспечением классических компьютеров, хоть это явление и называют «квантовым превосходством».

 Классические вычисления используют единицу информации, известную как «бит», принимающий значение 0 или 1. Таким образом все данные в цифровом виде представляются рядами нулей и единиц. А квантовый бит, то есть «кубит» может одновременно принимать значение и 0, и 1, т.е. находиться в «суперпозиции». 

Таким образом, теоретически появляется возможность производить вычислительные операции одновременно – отсюда и появился термин «квантовое превосходство»: квантовый компьютер гипотетически может производить вычислительные операции одновременно, тогда как классический компьютер исполняет их последовательно одну за другой.

Однако оказалось, что теорию не так-то просто обратить в практику. Сегодня известно крайне небольшое количество разработанных квантовых алгоритмов, способных демонстрировать «квантовое превосходство». Самыми известными из них являются протокол квантового распределения ключей BB84 (криптографический алгоритм, разработанный в 1984 году) и Алгоритм Шора (алгоритм разложения числа на простые множители, разработанный в 1994 году). С тех пор учёные уже несколько десятков лет бьются над разработкой подобных этим «превосходных» алгоритмов, причём исследования ведутся в самых различных направлениях.

Чем же смогут помочь новые «реальные» приложения? Какие задачи они смогут решать?

Одним из приоритетных направлений использования квантовых механизмов могли бы стать так называемые крупномасштабные задачи оптимизации. Как известно, оптимизацией называют процесс достижения наиболее эффективного результата. Часто она жизненно необходима для самых различных применений – от регулирования дорожного трафика или управления операционными процедурами в магистральных трубопроводах до принятия решений стриминговыми сервисами о том, что порекомендовать каждому из своих пользователей. 

Ожидается, что квантовые компьютеры смогут справиться с подобными задачами…

Источник: TechXplore.