всем (суперпозиция же: представьте себе три бита, в которых одновременно закодированы все числа от нуля до восьми). И с помощью вышеупомянутых гейтов квантовый программист может выделить правильный ответ. Так сказать, пометить. Поставить знак минус в наборе амплитуд вероятности, который никак не влияет на вероятность (она же, помните, квадрат амплитуды). Физически этот минус ничего не значит, а вот для алгоритма это важно. Опять же через все эти логические вентили мы вытаскиваем нужное помеченное значение и остается его только прочитать.
Наш любимый пытливый читатель спросит, но ведь у нас там одни вероятности, даже если мы получаем правильный ответ, то ведь нет никакой гарантии, что при считывании результата мы получим нужное значение? Программисты оригинально решают проблему с помощью усилителя вероятностей. Это еще один заумный блок операторов квантового алгоритма, который занимается тем, что повышает вероятности нужного нам значения. Поэтому квантовый компьютер считает не один раз, а несколько, с каждым разом увеличивая вероятность правильного считывания результата. Так как существует хоть и небольшая, но ненулевая вероятность неправильного ответа, то результат дополнительно проверяется обычным компьютером.
В итоге даже при условии, что квантовый компьютер решает задачу несколько раз ради высоковероятной точности ответа, всё равно результат мы получаем намного быстрее, чем при использовании классического компьютера.
Отметим, что квантовый алгоритм не один, их существует несколько для разных задач. Самые известные это алгоритм Гровера (для задач перебора), алгоритм Шора (для разложения числа на множители), алгоритм Дойча (определение типа функции) и так далее. Да, они сложные, трудно описываемые человеческим языком, с непривычной логикой и непонятными символами. И все-таки вы можете найти в интернете сервисы, позволяющие почувствовать себя квантовыми программистами. На сайте того же IBM есть возможность поиграться с квантовыми гейтами на пяти кубитах. Конечно, квантовые крестики нолики вы не создадите, но въехавшему в тему сложить два числа будет вполне под силу.
Остался вопрос, и где эти компьютеры? Ответ зависит от того, что на сегодняшний день считать квантовыми компьютерами. В лабораториях ученых и в мрачных подземельях IT-гигантов что-то получается, они запускают систему кубитов, проводят над ними операции и получают правильные результаты. Но на эти исследования тотчас же обрушивается тонна критики и скептицизма, мол, вы вот тут запутали десяток кубитов в условиях близких к сферическому коню в вакууме. Но повторить это в домашних условиях нет никакой возможности и скорее всего такой возможности не представится. Ну, разве что кто-нибудь додумается до революционной технологии изоляции кубита или, что еще вероятнее, прилетят инопланетяне и поделятся идейками. Так что, несмотря на громкие заявления в СМИ бытовых квантовых компьютеров у нас до сих пор нет. В лабораториях же проводятся сверхдорогие эксперименты, в которых на квантах решают задачи, которые можно быстрее посчитать даже не на калькуляторе, а на бухгалтерских счетах. Есть еще пресловутые компьютеры от D-Wave, про которые вы даже могли слышать, но спешим вас разочаровать: это не совсем квантовые компьютеры, в них применяется квантовый отжиг — веселенькое такое понятие, означающее поиск оптимальных значений функции с помощью квантовых эффектов. То есть компьютеры D-Wave созданы только для одной задачи и работают по отличному от описанного выше принципу. Однако те же спецы из Google подтверждают, что алгоритмы D-wave превосходят классические алгоритмы задачи оптимизации, а значит оно работает и это прекрасно.
Ждать ли нам квантовые компьютеры в ближайшем будущем? Будет ли у нас с помощью кубитов собираться за наносекунду отчет и пасьянс? Правда ли что искусственному интеллекту нужны квантовые алгоритмы? Лично наше мнение: вряд ли. И препятствует этому не только технологический затык, но и скромная область применения алгоритмов — разработчикам открыто непаханое поле заумной математики, где рулят комплексные числа и многомерные пространства. Программист будущего вряд ли отделается знанием бинарной математики, а значит, нам, гуманитариям, придется подтягивать матчасть и таки браться за учебник элементарной высшей математики, чтобы хоть немного понимать, что у них там происходит.
Список рекомендуемой литературы
(и других источников)
Здесь наш коллектив собирается сделать как бы каминг-аут, раскрыть свои козыри, признаться в сокровенном. А именно рассказать, куда подсматривали авторы, делая такой (разумеется) шикарный пересказ банальных физических явлений. Перед вами список источников с авторскими комментариями. Мы рекомендуем их для дальнейшего изучения и постижения загадок физики тем, кому понравилась наша книга, но требуется еще чуть более забористо, и чтобы было все понятно, или почти понятно. Возможно, мы будем сюда что-нибудь добавлять, а то ведь источников много, а мы одни!
Литература
Г. Анфилов. Бегство от удивлений (М., Детская литература, 1974).
Советский научпоп был невероятно качественным. И несмотря на то, что многие книги тех времен устарели, немалое количество книг остается вполне себе актуальными. Эта книга написана для старшеклассников, иначе говоря, ничего сложнее школьной математики в ней не будет, а автор очень хорошо разложил по полочкам общую теорию относительности. Однозначно читать для хорошего понимания гравитации. А потом уже можно и Эйнштейна в оригинале.
Педро Ферейра. Идеальная теория. Битва за общую теорию относительности (СПб.: Питер, 2015).
В этой книге вообще не будет формул. Здесь рассказывают об истории изучения гравитации. От Эйнштейна до черных дыр, от Большого Взрыва до гравитационных волн. История физики. В том числе с нелицеприятными подробностями. Они там тоже люди, и, так же, как и все мы, делают друг другу гадости. Очень интересно. И это еще даже не про квантмех…
Рендалл Л. Достучаться до небес (М.: Альпина нон-фикшн, 2016).
Неплохой обзор физики частиц от гарвардской профессорши. Научный взгляд на устройство Вселенной. Тоже все прекрасно, без формул, с отсылками к литературе и попытками не утомлять читателя. В этой книге мы обнаружили много информации про строительство и наладку Большого Адронного Коллайдера.
Маркус Чоун. Чудеса обычных вещей (М.: Ломоносовъ, 2012).
Небольшая книга, где автор, радиоастроном из КалТеха, пытается быстренько рассказать, как обыденные явления объясняются квантовыми явлениями. Местами у него написано даже проще, чем у нас. Приятное образовательное чтиво.
Файер М. Абсолютный минимум. Как квантовая теория объясняет наш мир (СПб.: Питер, 2016).
Книжечка посерьезнее предыдущих, тут будут попадаться формулы и жуткие формулировки квантмеха. Основной упор повествования сделан на химию: почему она работает, или, скажем, почему мыло мылится. Некоторые места придется перечитывать несколько раз. Но книга стоящая, как минимум, первая треть, где автор разжевывает основы квантовой физики.
Стивен Хокинг. Краткая история времени.
Автора знают все. Чего тут дополнительно рассказывать. После изучения наших лекций кое-что у Хокинга будет даже