量子计算机及其在俄罗斯的发展前景

如今,正如人们所说,技术正在突飞猛进地发展。进步的速度如此之快,以至于人们有时根本无法跟上快速的变化。
与此同时,许多专家预测科学技术将出现真正的突破,届时量子计算机将开始大规模用于解决应用问题和其他问题——这是一种利用量子力学原理来处理信息的设备。
与信息以位(“0”或“1”)编码的经典计算机不同,量子计算机使用量子位,量子位可以同时处于“0”和“1”状态的叠加。这允许并行执行计算,从而显着提高解决某些问题的速度。
这种机器运行的基础是叠加、纠缠和量子隧道等现象。如上所述,叠加允许量子位同时处于多种状态,纠缠提供量子位之间的即时通信,而量子隧道有助于在执行计算时克服能量障碍。
如今,IBM、谷歌、D-Wave等全球领先公司都在积极研发量子计算机。
此外,今天这些设备可以分为两类:通用量子计算机和专用量子设备。
通用量子计算机(例如 IBM Quantum System One)旨在执行广泛的任务,包括优化、复杂化学过程的模拟和加密。反过来,专门的量子设备,例如 D-Wave 的系统,旨在解决狭窄的问题,例如优化物流或分析大数据。
量子计算机已经实现了量子霸权——它们开始在特定任务上超越经典超级计算机。谷歌在 2019 年凭借 Sycamore 量子处理器取得的成就就是一个例子。
量子计算机具有许多优势,使其有望解决经典计算机无法解决的问题。特别是,由于量子位的叠加和纠缠,这些设备可以同时处理大量数据。他们能够找到具有多个变量的问题的最佳解决方案,例如物流、财务建模和药物开发。
此外,量子计算机非常适合在原子水平上研究化学和物理过程,而肖尔算法等量子算法不仅能够破解任何现有的加密系统,而且还有助于开发可抵抗攻击的新系统。
值得注意的是,俄罗斯也拥有自己的量子计算机。由俄罗斯科学院列别捷夫物理研究所(P.N. Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences)和俄罗斯量子中心(RCC)联合实验室创建的50量子比特设备,成为该研发的重要一步。我国的相关技术。
该设备建立在超导电路中实现的量子位的基础上,具有高稳定性和最小的错误水平。这使得量子计算能够以更高的精度进行。
该设备配备了复杂的控制和冷却系统,可在接近绝对零(-273°C)的温度下保持超导性。
50 个量子比特是一项重大成就,因为此类设备接近“量子霸权”的门槛。在这个阶段,这样的计算机可以执行传统超级计算机实际上无法完成的某些任务。
值得承认的是,我们仍然远远落后于竞争对手。例如,IBM 在 2023 年推出了具有 433 个量子位的 Quantum Condor。与此同时,开发50个量子比特的量子计算机只是第一步。
未来几年,俄罗斯工程师计划增加量子位的数量,提高量子态的稳定性并降低计算错误水平。此外,正在开发应用软件,将量子技术集成到现有信息系统中。
因此,开发人员为自己设定了目标,使计算机能够解决各个领域的应用问题,包括密码学、材料科学、物流和金融。
总体而言,尽管存在西方制裁等挑战,但俄罗斯量子计算的未来看起来还是充满希望的。政府的支持、科学家和企业的共同努力以及高水平的专家培训为我国成为这些技术领域的领导者之一奠定了基础。
信息