Как наука квантовая механика дала первые плоды в прошлом веке (атомные бомбы, транзисторы), люди научились управлять квантовыми свойствами больших ансамблей частиц. Сейчас человечество учится управлять отдельными частицами, что дает совершенно новые технологии.
Например, с точки зрения метрологии. Вы едете на машине по GPS-навигатору, он показывает положение вашего авто. Если рядом две дороги, он может вас «перебросить» на соседнюю. А хотелось бы, чтобы с точностью до 5 см определял положение. Для этого нужно сделать очень точные часы — на одном атоме.
Помимо известных квантовых вычислений есть квантовые симуляторы. Это когда мы пытаемся смоделировать кристаллическую решетку с помощью атомов, пойманных в оптическую решетку. Так можно моделировать материалы, которые потом станут новым компонентом наших гаджетов, к примеру. И улучшат его характеристики.
Прогноз: квантовые компьютеры встроят в обычные
В какой-то момент в компьютерах возникнет дополнительный квантовый процессор, причем он не заменит классический. Он, как и видеокарта, способная быстро решать задачи, дополнит его. Возможно, изменятся и размеры компьютеров, чтобы квантовая часть была изолирована от всего остального. Но это уже за горизонтом планирования.
Квантовые компьютеры сейчас находятся примерно в том же состоянии, в котором обычные компьютеры находились в 1940-х годах. Настоящих квантовых компьютеров, способных решать серьезные задачи, еще нет. Причина проста: они очень тяжело наращивают число кубит (единица количества информации в квантовом компьютере). Чем оно больше, тем более хрупким становится компьютер.
В Google решили создать квантовый процессор, придумать для него задачу, которую не сможет решить существующий суперкомпьютер. Например найти какую-нибудь топологическую конфигурацию, которую перебором решать бесконечно долго. Пусть эта задача и далека от реальности, это демонстрация вычислительной мощности.
Когда полноценный квантовый компьютер будет создан, первое время им будут обладать несколько корпораций и государств. IBM, Intel, Microsoft и так далее. А также китайское и американское правительства.
Прогноз: телепортация будет возможна благодаря квантовой запутанности
В физике есть феномен квантовой запутанности — это взаимозависимость квантовых состояний двух объектов. Проще говоря: есть два носка, среди них нет правого или левого, пока вы не наденете один на правую ногу. Тогда второй носок автоматически станет левым, где бы он не находился.
Квантовая запутанность может использоваться для квантовой телепортации. Это действительно уже возможно, но только для одной частицы. Можете представить, сколько частиц в одном грамме любого вещества? (порядка 10^23 — прим. ред.). Во столько раз сложнее провести эту телепортацию.
Пока люди умеют телепортировать только одну частицу. А живое существо — еще нет.
Прогноз: квантовый компьютер принесет нам новые угрозы
Обычная криптография с открытым ключом уязвима для квантового компьютера. Несмотря на то, что он еще не создан, это уже повод для беспокойства. Если хотите, чтобы ваши данные оставались только вашими, вы должны по-крайней мере за год до появления квантового компьютера перейти на решение, защищенное от него.
Представьте, что будет, если с квантового компьютера попытаются взломать ваш дрон. Или целую армию дронов. Или возьмут под контроль многотонный грузовик, который мчится по шоссе. Последствия могут быть ужасающими.
Подходящая защита — квантовая криптография, которую я курирую в Российском Квантовом Центре. Она не так сложна, как квантовый компьютер, и она уже интересна российским банкам — «Газпромбанку» и «Сбербанку». С последним мы проводили испытания в 2017 году.
Государство тоже интересуется защитой, приходили из министерства цифрового развития. Но обычно циклы внедрения в государстве занимают годы. Нужны опыты, эксплуатация, доработка и само внедрение, наконец. Никто не отменял все эти стадии несмотря на то, что есть потенциальная угроза.
По счастью, квантовых компьютеров поначалу будет 5-7 штук в мире. Будет еще окно времени прежде, чем они станут доступны обычным хакерам.
Прогноз: путешествия во времени останутся атрибутом кино
К путешествиям во времени мы приблизились настолько же, насколько приблизились к черным дырам. До них по-прежнему многие световые годы.
Несмотря на какие-то антинаучные моменты, «Интерстеллар» и другие такие художественные произведения играют важную роль. Дети их смотрят, у них захватывает дух от того, на что способна наука. И в этом смысле все правильно и здорово. Но далеко от реальной физики.
Больше науки:
Россия будущего: когда наступит время телепорта, путешествий во времени и квантовых ПК
