Челябинский ученый разработал математический аппарат для создания квантового компьютера

3 Июня 2016 Автор: Евгений Аникиенко Фото: Вячеслав Шишкоедов
Челябинский ученый разработал математический аппарат для создания квантового компьютера

Профессор ЮУрГУ разработал ключ от «квантового компьютера» — математическую теорию, которая основывается на взаимодействии между макро- и микроквантовыми состояниями.

Сергей-Подошведов_DSC1693.jpgНад созданием квантового компьютера сегодня ломают голову лучшие умы человечества, но, по отзывам экспертов, пока неясно, будет ли ответ этой задачи найден в обозримом будущем. Для ее решения предложен новый подход — математическая теория, приближающая нас к реализации идеи квантового компьютера. Сегодня наш собеседник — автор идеи, профессор кафедры общей и теоретической физики ЮУрГУ Сергей Подошведов, недавно защитивший на эту тему докторскую диссертацию по квантовой информатике.

«Машина времени»

— Что такое квантовый компьютер, и что его создание может дать человечеству?

— К сожалению, сегодня квантовый компьютер — это только идея, гипотетическое устройство. В обычных компьютерах информация хранится в битах — нулях или единицах, а в квантовых — в кубитах. Кубиты могут как бы находиться одновременно в двух состояниях: содержать ноль и единицу сразу. Благодаря этому теоретически квантовый компьютер может работать в миллионы раз быстрее.

Как понятно из названия, квантовый компьютер использует базовые правила квантовой механики.

В привычном нам макроскопическом мире все подчиняется классическим законам физики, а в микромире, живущем по законам квантовой механики, они нарушаются сплошь и рядом. Например, частица может находиться в суперпозиции — сразу в двух и более базисных состояниях, на понятном языке как бы раздваивается. Квантовая частица может находиться от своего «двойника» на огромных расстояниях, даже быть в суперпозиции в прошлом, настоящем и будущем одновременно. Не исключено, что в перспективе этот феномен будет использован при создании машины времени.

Быстрее света

— Другой парадоксальный момент — квантовая телепортация…

— Это вовсе не фантастика. Квантовую телепортацию экспериментально подтвердил знаменитый австрийский физик Антон Цайлингер. По квантовому каналу информация о фотоне передается мгновенно, в миллионы раз быстрее скорости света. Это уже подтверждено лабораторными группами, правда, пока только на уровне микромира, и механизму этого явления еще не найдено научное объяснение.

— Значит, мечта о межзвездных полетах на немыслимых скоростях — не такая уж и фантастика? Возможно в отношении этих открытий практическое применение?

— Пока это из области фантастики, поскольку мы — макрообъекты. И я бы хотел отметить, что мгновенно передается квантовая информация, а не сам объект. В начале 90-х родилась новая наука — квантовая информатика, которая изучает эти явления. От нее уже «отпочковались» такие направления, как квантовая криптография, стартовавшая со статьи доктора Чарльза Беннета из компании IBM и его коллег — соавторов о квантовой телепортации.

Впрочем, возможности применения этих ноу-хау практически безграничны. Это передача секретного ключа с использованием правил микромира. В теории взломать такой кодовый ключ и остаться незамеченным невозможно в принципе. Уже появились такие науки, как квантовая биология (о некой информационной модели живых организмов), квантовая литография (о микросхемах на субатомном уровне). А вот создание квантового компьютера позволит взломать любые классические коды, и у финансистов и военных уже не будет секретов.

«Квантовый перенос» по-корейски

— Как вы пришли к пониманию «квантового скачка» материального мира?

— Когда‑то я начинал в ЮУрГУ как экспериментатор в оптической физике. А в 2001 году по приглашению коллег из Южной Кореи на 10 лет переехал в эту страну, где занимался исследованиями в области квантовой информатики. В течение этого времени сотрудничал с университетом Инха, с институтом КИАС в корейской столице и Сеульским национальным университетом. Довелось поработать с учеными мирового уровня, такими как Кишик Ким, Хенсик Джанг и Джаеван Ким. Не так давно, в 2013 году, Джаеван Ким и Кишик Ким приезжали в Челябинск, договорились о научном сотрудничестве с ЮУрГУ.

Еще в Корее я задумался, почему существует граница между макро- и микромиром, где начинается один и заканчивается другой. Впервые о перемещенных состояниях услышал в КИАСе, на одном из семинаров. Интересно было бы посмотреть на то, как макрообъект стал квантовым и смог бы реализовать те возможности, которые есть у микрообъектов, таких как фотон и электрон.

Не «гнать волну»

— В СМИ поднялась шумиха, что  канадскими учеными якобы создан квантовый компьютер D-Wave, решающий поставленные задачи в 100 миллионов раз быстрее, чем обычный…

— На мой взгляд, это что‑то другое. Квантовых компьютеров, которые способны решать любую задачу, пока не существует. Вероятно, в работе D-Wave (двойная волна) участвует квантовое явление, а если точнее, так называемый туннельный эффект. Но вряд ли системе D-Wave суждено совершить настоящую революцию в квантовых вычислениях. К такого рода сенсациям нужно подходить осторожно, не выдавая желаемое за действительное. Сейчас над этой мегапроблемой работают всемирно известные академические лаборатории, например, под руководством Джона Мартиниза в университете Санта-Барбары и Криса Монро в университете Мэриленда.

— Этой теме посвящена и ваша докторская…

— Вернувшись из Кореи на родину, я продолжил эту работу. Джаеван Ким выступил моим научным консультантом при проведении исследований, положенных в основу докторской диссертации. Он был одним из тех, кто предложил руководству ЮУрГУ попытаться войти в Проект 5—100, вместе с нашим ректором ездил на научную конференцию во Владивосток, где рассматривались эти заявки. Добавлю, что я тоже подал заявку на получение гранта в рамках этой программы — на дальнейшие исследования по созданию квантового компьютера.

Мост в микромир

— А что уже сделано в России? Почему ваше открытие называют прорывом в науке?

— Одна из главных проблем создания квантового компьютера — математическое обоснование взаимодействия между макро- и микромирами. Связующее звено, некий «мостик» между ними я и попытался построить, разработав математическую теорию создания такого компьютера в оптическом диапазоне. Выясняя природу этого явления, я предложил математический аппарат, в основу которого была положена так называемая матрица преобразований, связывающая произвольные наборы перемещенных состояний света, другими словами, макро- (видимые глазом) и микро- (не видимые глазом) состояния.

Этот математический аппарат позволяет открывать новые возможности для изучения гибридных состояний. На базе гибридных состояний могут быть реализованы квантовые гейты — кирпичики квантового компьютера. Если квантовый компьютер и будет создан в будущем, то, скорее всего, на гибридных состояниях.

— Каков «реальный продукт», который можно получить из подобных исследований?

— Например, можно передавать информацию на расстояние по линиям телефонной и интернет-связи по квантовому протоколу. Протокол квантовой криптографии — это первый коммерческий «продукт» новой науки. Для этого нужно применить метод квантового кодирования информации. Подобные проекты уже запускают в Москве, Казани… В столице Татарстана планируют создавать такую телефонную связь, которая работала бы на основе квантового протокола. Я предложил внедрить это ноу-хау и в Челябинске, предварительно опробовав его в ЮУрГУ. В перспективе, думаю, вполне реально создать и всеобъемлющий квантовый интернет. Единственный минус этой системы в том, что использование квантового протокола пока позволяет передавать закодированную информацию на небольшие расстояния — до 200 километров. Но думаю, эта проблема будет решена. Не сомневаюсь и в том, что создание квантового компьютера лишь вопрос времени.

P.S. Об огромном интересе к открытию Сергея Подошведова свидетельствует такой факт. После публикации в американском научном журнале его статьи на эту тему автор стал получать рецензии и отзывы от ученых с мировым именем, отметивших высокую значимость его исследований. Ему как создателю математического «квантового аппарата» рекомендуют использовать ноу-хау в педагогических целях — изложить его механизм в научном пособии или вузовском учебнике.

Вчера | 09:22
Уроки на ночь глядя. В копейской школе дети вынуждены учиться до позднего вечера

Занятие у ребятишек 2-х и 3-х классов копейской школы № 7 начинаются в 15:00, а заканчиваются только в 19:00 — всего за два часа до сна. Фактически это третья смена, однако официально на бумаге такое расписание называется гибким, а смена — второй удлиненной.

16.09.2019 | 15:42
Хлеб из биопечки. Сможет ли искусственная еда заменить натуральную

Можно ли сделать искусственную пищу из электричества, воздуха и воды? По мнению ученых, эта задача сегодня вполне решаема. К примеру, финские биотехнологи сообщили о прорывном открытии, позволяющем при помощи микроорганизмов производить муку «из ничего».

Вчера | 16:57
Южноуральские аграрии собрали урожай наград на межрегиональной выставке

Аграрии Челябинской области завоевали на IX межрегиональной агропромышленной выставке в Екатеринбурге 57 медалей, из которых 12 золотых.

Вчера | 16:44
Единороссы определились с кандидатурой спикера гордумы Челябинска

Городским депутатам предложили поддержать партийного выдвиженца Андрея Шмидта.

Новости   
Спецпроекты