«Данные в процессе вычислений представляют собой квантовую информацию, которая по окончании процесса преобразуется в классическую путем измерения конечного состояния квантового регистра. Выигрыш в квантовых алгоритмах достигается за счет того, что при применении одной квантовой операции большое число коэффициентов суперпозиции квантовых состояний, которые в виртуальной форме содержат классическую информацию,
Если нам удастся за один такт процессора выполнить все возможные параллельные вычисления над всеми возможными наборами входных данных, необходимых для решения нашей задачи, мы безусловно получим очень серьезный выигрыш в вычислительной мощности.
Но, как водится, гладко было на бумаге. Проблем пока больше, чем решений. Дело в том, что непосредственно с квантовой информацией мы работать не можем — не потому, что не умеем, а потому, что это запрещено: как только мы попытаемся с ней работать, она превратится в классическую (наступит «коллапс волновой функции»), причем результат работы квантовой системы перейдет в классическую информацию не однозначно, а с некоторой вероятностью. Если бы у Боба были квантовые весы, после того как он положил на них палочки (кубиты) и отвернулся (то есть не наблюдал за системой), весы показывали бы некоторый интервал значений — например, от 1 до 10 — стрелочка металась бы по шкале, а когда Боб посмотрел бы на весы, они перешли бы в классическое состояние и замерли на значении, которое не обязательно с вероятностью 100% равно 8. То есть информацию о квантовой системе можно получить только с некоторой вероятностью, и, например, для задачи сложения двух чисел обычные весы безусловно подойдут лучше квантового компьютера. Не всегда это непреодолимая помеха, но вообще говоря, классических алгоритмов, которые можно ускорить с помощью квантового компьютера, довольно мало. А таких, которые ускорить нельзя, — подавляющее большинство.
Другая проблема — это сохранение и передача квантового состояния. Квантовое состояние нельзя сохранить — его можно только создать заново. Точно так же его нельзя передать, например, по Сети, его можно только опять-таки заново создать на новом месте — этот процесс называется квантовой телепортацией, и до решения возникающих при этом проблем еще очень далеко.
Так почему же ученые с таким энтузиазмом занимаются столь трудной проблемой? К тому же еще непонятно, приведет ли преодоление многих-многих трудностей к тем прикладным результатам, которые все окупят. Скептиков более чем достаточно. Я приведу мнение академика РАН, лауреата Филдсовской премии, математика и физика-теоретика Сергея Новикова. Он касается почти всех моментов, на которых я останавливался, поэтому процитирую его подробно.
Новиков пишет: «Что такое „квантовые компьютеры”? Возможность развить теорию квантового аналога процесса вычислений сама по себе интересна как раздел абстрактной математической логики квантовых систем. Когда же мы говорим о создании компьютера, возникает первый вопрос: можно ли указать какую-либо возможную физическую реализацию, чтобы грубо оценить числовые параметры для границ, преодоление которых было бы необходимо для реализации, для оценки возможностей, скорости? Без этого подобный объект существует только в платоновской физике. Об этом пока можно только писать романы наподобие Жюль Верна. Высокопарный разговор о всесилии технологии будущего неконкретен: оставим будущее будущим людям; пока мы просто ничего не знаем. Никто не знает, можно ли реально построить достаточно большую, полностью когерентную квантовую систему, способную реализовать классически управляемые квантовые процессы по заданному довольно сложному алгоритму. Физику таких процессов надо долго изучать. А если и окажется, что можно, то будет ли основанная на этом модель вычисления работать лучше обычной в реальном мире? Не увлекайтесь сравнением числа шагов — они здесь не те, что в обычных машинах А. Тюринга и Е. Поста. Инженерной идеи пока не видно, как и физической. Есть только абстрактная квантовая логика. Машины Поста и Тюринга создавались одновременно с реальными компьютерами; это не то, что квантовые компьютеры, которых нет. В такой ситуации мне непонятны восторги по поводу уже якобы решенных с помощью квантовых компьютеров проблем типа расшифровки кодов, нужных как частным фирмам, так и структурам типа КГБ, ЦРУ и т. д. Боюсь, КГБ-подобным организациям придется подождать. Возможно, здесь действует логика рекламы: „Почему не устроить шум и не получить у них деньги на исследования? У них много денег, они платили и экстрасенсам”. Во всяком случае, гениев типа Ферми, предложившего проект создания атомной бомбы, который мог бы поддержать и Эйнштейн, здесь пока не видно. Без гениев такие вещи не создаются, люди совсем об этом забыли. А вот возникновение шума без серьезной основы стало нормой в сообществе конца XX века.
Впрочем, скажу откровенно, что мне эта теория нравится. Возникший здесь шум может быть полезен, заставляя математиков наконец-то выучить квантовую механику. Да и денег сейчас, действительно, без шума не достанешь. Так что остается лишь пожелать здесь хоть какого-нибудь успеха» [10] .
Сергей Новиков полагает, что пока до конкретных решений еще очень далеко, но лучше уж пусть деньги КГБ и ЦРУ пойдут на квантовые компьютеры. Это, конечно, бесполезно, но по крайней мере безвредно.
Однако не все ученые согласны, что создание квантовых компьютеров — дело еще очень далекого будущего. Есть оптимисты, и их становится все больше. Квантовые компьютеры идеально предназначены не для классических расчетов, а для моделирования самих квантовых систем: то есть это вычислители, предназначенные для обсчета самих себя и больше почти ни для чего, по большому счету, не пригодные.
Но это очень много, потому что на квантовом уровне вычисление (моделирование) системы и ее реальное создание практически совпадают: не только вычисление есть измерение, но больше того — измерение есть конструирование.
Рассчитать с помощью квантового компьютера молекулу ДНК — это в определенном смысле ее создать. А такие перспективы не могут не увлечь. Хотя как раз в создании ДНК и искусственного
