Понедельник, 20 Мая 2019

Когда наши компьютеры отправятся к пейджерам? Квантовая информатика наступает!

01.03.2019 Корреспондент: Татьяна Строганова Фото автора

В Южно-Уральском государственном университете ведутся исследования в области квантовой информатики. О том, что квантовый компьютер предоставит фантастические возможности и заставит всех переучиваться, рассказал "Губернии" челябинский ученый Игорь Клебанов.

Ведущие ученые мира увлечены идеей  создания квантового компьютера и прогнозируют разные сроки  ее осуществления. Доцент и старший научный сотрудник кафедры системного программирования Высшей школы электроники и компьютерных наук ЮУрГУ, кандидат физико-математических наук Игорь Клебанов в этом вопросе считает себя «осторожным оптимистом».  С автором и ведущим программы о достижениях науки «Золотое сечение»  (ЮУрГУ-ТВ) мы  беседуем о грядущей научно-технической революции и о ее последствиях.

- Каковы возможности квантового компьютера?

- Его невероятные вычислительные возможности  – мечта современных ученых. Его базисная единица  информации - кубит -  может одновременно  быть и нулем, и единицей, в отличие от классического бита. Не случайно долгое время идея создания этого вычислительного устройства считалась фантастикой. Задачи, которые классический компьютер будет решать за время, превышающее время жизни Вселенной, квантовый компьютер сможет решить за обозримый период. К примеру, 10 квантовых битов (кубитов) заменят более тысячи классических битов. Имея 100 квантовых битов, получаем астрономическое число – 10 в тридцатой степени. А это на много порядков  превышает производительность самых современных суперкомпьютеров, совершающих «всего лишь» сотни триллионов  операций в секунду.

- И через какое время наши компьютеры отправятся к нашим пейджерам?

- А вот на этот вопрос ответить, к сожалению, нельзя. Вообще впервые идея создания квантового компьютера была озвучена больше 30 лет назад. Ее высказали два выдающихся  мыслителя – российский математик Юрий Манин и  американский физик, нобелевский лауреат Ричард Фейнман. С тех пор физики, математики и программисты развивают эту идею.  Однако на сегодняшний день остается нерешенной проблема создания квантового компьютера, что называется, «в железе». Существуют лишь маломощные опытные образцы, которые состоят из нескольких кубитов.

Крупные компьютерные корпорации и многие научные лаборатории пытаются создать полноценный квантовый компьютер, где было бы ну хотя бы 50-100 кубитов. Но пока задача технически остается нерешенной, потому что есть очень большие трудности. Дело в том, что эти единички информации надо где-то хранить, причем хранить, не разрушая, а кубиты очень капризные, я бы сказал даже, очень нежные. Хранение стоит огромных денег и чисто физических ресурсов. Кроме того, эти единички информации надо научиться передавать таким образом, чтобы они опять-таки не разрушились во время передачи. Кубитами нужно научиться управлять, и это сейчас насущная задача. Поэтому трудно сказать, когда мы выбросим за ненадобностью наши компьютеры. Может быть, это произойдет через пять лет, а может, и через пятьдесят…

- Но это точно произойдет?

- Опять-таки есть разные мнения на этот счет. Если я со своей позиции физика-теоретика проанализирую этот вопрос, думаю, приду к выводу, что это произойдет. Потому что появляются все новые  и новые системы, более экзотические и менее капризные, чем те, с которыми сейчас работают физики.

- Допустим, это уже произошло. Не окажется ли квантовый компьютер умнее человека и не поработит ли он своего создателя?

- Интересный вопрос! Умнее человека… - вряд ли. Самое сложное квантовое вычисление несопоставимо с тем, на что способен человеческий интеллект. Хотя, безусловно, возможности квантового компьютера будут гораздо ближе к возможностям человеческого мозга. Более того, уже сейчас модели квантовых компьютеров используют для моделирования процессов человеческой психики. Что касается порабощения… Вообще, если быть честными, и обычные компьютеры уже поработили человека. Мы не можем жить без Интернета, без смартфона… То есть мы уже немножко «протезированы» электроникой.

- Итак, в перспективе  квантовый компьютер предоставит человеку огромные возможности. Но не «наоткрываем» ли мы чего-нибудь, что перечеркнет всю историю развития цивилизации? Не ужаснемся ли мы?

- Перечеркнуть  вряд ли доведется, поскольку всякое открытие имеет границы своей применимости. В этих границах все, что мы открыли, останется. Другое дело, что, начав исследования с помощью квантового компьютера, мы действительно сможем открыть какие-то новые явления, новые законы, которые скорректируют либо радикально изменят наши представления об имеющейся картине мира.

- Это страшно – получить новую картину мира? Или приятно?

- В начале ХХ века научная картина мира существенно изменилась. Появились теория относительности  и та же квантовая физика. Разве это было страшно для обыденного сознания, для людей, далеких от науки? Кстати, те, кто является потребителями научных результатов, они, по-моему, особенно и не задумываются о картине мира.

- Хотите сказать, ужаснутся только ученые?..

- Или ужаснутся, или обрадуются… К слову, ведь до сих пор на уровне каких-то глубинных слоев сознания для нас солнце вращается вокруг земли, поскольку наши глаза говорят нам об этом. Сложно объяснить, почему  все как раз наоборот, ребенку, который наблюдает  за движением солнца по небосводу. Истинная картина – абстракция высокого уровня, к которой мы с трудом привыкаем в школе. Так что обыденное сознание, оно довольно косное.

Что же касается работы ученого, то она происходит здесь и сейчас, она не зависит от того, что будет потом. Когда Птолемей строил свою систему мира, он же не знал, что появится Коперник и предложит совершенно другую систему. Так что смысл работы ученого ограничен временными рамками, во всяком случае – рамками его жизни... Все равно та картина мира, которая существует на сегодняшний день, – это какое-то приближение к истине, какой-то шажок вперед. И квантовые компьютеры, скорее всего, поспособствуют движению вперед в силу своей невероятной мощности и производительности.

- Расскажите об исследованиях, которые ведутся в Челябинске.

- Разработками в направлении квантовых вычислений  занимается Южно-Уральский государственный университет. Причем, я бы сказал,  он находится в мейнстриме мировой науки. Небольшую группу ученых  возглавляет профессор  Сергей Подошведов. Сергей Анатольевич со своими учениками разрабатывает одну из ветвей этой области – оптические квантовые компьютеры. То есть компьютеры, основанные на управлении фотонами, специально приготовленными квантами света. Это не единственный, но один из перспективных путей создания квантового компьютера. Группа держит руку на пульсе: публикуются статьи  в научных журналах высокого уровня, ведется сотрудничество с зарубежными специалистами.

- Каковы области практического применения квантовых вычислений? 

- Таких областей много. Во-первых, криптография – наука о шифровке и дешифровке информации. Чтобы взломать код и получить доступ к кредитной карте,  надо многозначное число разложить на простые множители. Квантовый компьютер быстро с этим справится. А значит, придется разрабатывать и программы защиты, поскольку классический компьютер будет бессилен против квантовой атаки. Метеопрогнозы, финансовые прогнозы… квантовый компьютер сможет их делать.

- А искусственный интеллект он сделать сможет?

- Я бы сказал, возможно существенное продвижение в этой области. Уже сейчас разрабатывается теория так называемых квантовых нейронных сетей. Ведутся разработки беспилотных автомобилей, которые будут ими управляться. Но пока есть только маломощные образцы. Как только создадут большой квантовый компьютер...

- …Без работы останется большая часть населения планеты?

- А вы знаете, это вопрос. Я себе не очень представляю, чтобы компьютер заменил живого врача. Хотя уже сейчас есть обычная классическая нейронная сеть «Ватсон», которая может ставить диагноз на основе анализа больших данных. Но нужно же лечить не болезнь, а больного. Значит, необходимо живое общение. Не очень себе представляю, как квантовый компьютер заменит педагога. Хотя уже сейчас можно обучаться в виртуальном пространстве. Но и в обучении важно живое общение.

Образование – это не только информация. Это определенный «вывих» в мозгу человека в ту или иную сторону. Я сам преподаватель со стажем и задумываюсь: может ли этот «вывих» произойти без живого педагога? Вы можете научиться танцевать «для себя»  с помощью Интернета. Но если вы хотите стать профессиональным танцовщиком… Есть такой   термин «поставить ноги», и это может сделать только живой педагог. Также нужно «поставить мозг», а не только наполнить его информацией. Не верю, что здесь квантовый компьютер сделает что-то больше классического. Но будет более мощный инструмент. В сфере производства уже сейчас многое компьютеризировано. Но все-таки живой человек должен принять какое-то решение и нажать кнопку.

- То есть глобальной безработицы не будет?

- Думаю, изменится качество работы. Понятно, что людям придется переучиваться. К этому ведет любая научно-техническая революция. Когда были созданы механические станки, появилось движение луддитов. Чтобы не потерять работу, станки ломали, вместо того чтобы учиться ими управлять. Но квантовый компьютер сломать не так-то легко. Так что придется жить в условиях квантовой компьютерной эры. Однако повторюсь: все это дело неблизкого будущего. При этом, даже если бы я был «розовым оптимистом», продолжал бы часто вспоминать мудрую фразу: в каждом аппарате прежде всего нужно искать кнопку «стоп». Хочется верить, что квантовый компьютер все-таки будет использован во благо, и у человечества хватит разума сохранить цивилизацию.

 

Теги : Челябинская область Челябинск квантовый компьютер

Возврат к списку