Квантовые компьютеры, о которых часто говорят как о “волшебных” устройствах в научно-фантастических фильмах, уже совсем скоро могут стать реальностью и принести ощутимые изменения в наш мир.
Исследовательский коллектив под руководством Итая Хена, лидера лаборатории Хена в Институте информационных наук (ISI), возглавляет межинституциональный проект, финансируемый Министерством обороны США, в частности агентством DARPA. Их цель – выяснить, как можно протестировать возможности квантовых компьютеров.
Вместе с исследователем ISI Амиром Калевом и профессором Розой Ди Фелисе из Университета Южной Калифорнии, Хен изучает перспективы, которые открывают квантовые технологии.
“Квантовые компьютеры обещают гораздо больше, чем стандартные вычислительные устройства”, — пояснил Хен. “DARPA хочет понять, стоит ли вкладываться в создание крупномасштабных квантовых компьютеров и какие выгоды это принесет обществу”.
Исследовательская группа не только выделяет задачи, которые могут быть решены с помощью квантовых компьютеров, но и разрабатывает четкие критерии для тестирования и оценки необходимых ресурсов.
Сочетание науки и применения
Для достижения целей Хен собрал мультидисциплинарные команды экспертов. Специалисты в различных областях формулируют вопросы, на которые квантовые компьютеры могут дать ответ, а ученые, работающие с квантовыми вычислениями, анализируют их с точки зрения вычислительных возможностей.
Роза Ди Фелисе, один из экспертов проекта, объясняет: “Моя задача — определить теории и ресурсы, необходимые для решения задач, и обосновать, почему именно квантовые компьютеры, а не классические методы, более подходят для этих задач”.
Иногда коммуникация между учеными из разных дисциплин была сложной. “Вначале казалось, что мы говорим на разных языках. Нам, ученым в области квантовой информации, приходилось объяснять наши мысли более доступно и избегать абстрактных терминов”, — вспоминает Хен.
Вопросы для квантовых компьютеров
“Квантовые компьютеры могут помочь в открытии новых материалов с уникальными свойствами”, — говорит Хен. “Они также могут решать сложные дифференциальные уравнения, предсказывая, как ведут себя сложные системы, например, фондовые рынки”.
Одним из предложенных вопросов было исследование того, могут ли квантовые компьютеры помочь в поиске новых сверхпроводников.
Сверхпроводники — это материалы, которые проводят электричество без сопротивления, что значительно снижает потери энергии. В настоящее время такие материалы работают только при очень низких температурах. Исследователи надеются, что квантовые компьютеры смогут найти материалы, работающие при комнатной температуре, что приведет к значительному технологическому прогрессу.
“Сверхпроводники при комнатной температуре могли бы использоваться в транспорте, например, для поездов”, — отметил Калев. “Это позволило бы снизить затраты и повысить эффективность”.
Решение неразрешимых задач
На данный момент исследовательские команды уже нашли интересные методы для постановки задач, которые не под силу существующим компьютерам. Если квантовые компьютеры смогут их решить, это может кардинально изменить многие отрасли.
“Мы должны были формулировать вопросы, ответы на которые нам известны, но которые невозможно решить с помощью стандартных компьютеров”, — пояснил Хен.
Исследователи также готовятся к будущему, где влияние квантовых технологий будет продолжать расти.
“Наши исследования мотивируют других ученых работать над созданием квантовых чипов. Квантовые вычисления могут открыть новые возможности в таких отраслях, как здравоохранение и энергетика”, — добавила Ди Фелисе.