Как работает квантовый компьютер и для чего он нужен: самое простое объяснение

В области высоких технологий снова совершен прорыв, который изменит мир! Компания Microsoft разработала квантовый чип Majorana 1, на создание которого ученым потребовалось 20 лет. В нем используется материя, которая находится в топологическом состоянии — это нечто совершенно другое, чем твердое, жидкое и газообразное состояние материй. При помощи нового чипа человечество сможет создать суперкомпьютер, который будет способен решить задачи, на выполнение которых у обычных компьютеров ушли бы тысячи лет. Звучит просто бомбически, но как-то сложно. Давайте попробуем во всем этом разобраться и понять, что происходит.

Скоро Microsoft создаст компьютер, который мощнее всего в мире. Источник изображения: news.microsoft.com

Как работает квантовый компьютер

Если говорить коротко, то квантовый компьютер — это устройство, которое для обработки данных использует принципы квантовой физики. Безусловно, это очень сложная тема, но вы зашли по адресу, потому что принцип работы квантового компьютера можно объяснить простыми словами.

Задачу, которую стандартный компьютер решает за неделю, суперкомпьютер может решить за секунду. Источник изображения: Popular Science

Обычные компьютеры, которыми мы пользуемся, работают с битами, которые могут быть либо в состоянии 0, либо 1. Квантовые компьютеры вместо них используют кубиты – уникальные частицы, которые помимо состояний 0 и 1 могут находиться в обеих этих состояниях одновременно. Это явление известно как суперпозиция и делает квантовые компьютеры невообразимо мощными устройствами. В то время как обычные компьютеры выполняют задачи поочередно, за счет существования суперпозиции квантовые системы могут выполнять много задач одновременно.

ЕЩЕ ПРОЩЕ: представьте, что обычный компьютер – это человек, который ищет выход из лабиринта, проверяя все вероятные пути по очереди. Если так, то квантовый компьютер – это супер-человек, который проверяет все пути сразу.

Что такое квантовый процессор

Главным элементом любого квантового компьютера является квантовый чип. Он сильно отличается от процессоров в наших компьютерах.

Квантовые процессоры сделаны из особых материалов, которые помогают управлять кубитами – упомянутыми выше частицами для квантовых вычислений. В зависимости от производится, квантовые чипы могут основываться на сверхпроводниках (из ниобия и алюминия), ионах (где используются заряженные атомы в магнитных ловушках), кремнии (это хоть как-то похоже на обычные процессоры), фотонах (работающими на световых частицах) или даже алмазах (с дефектами внутри кристаллов, в которых может храниться информация).

Сверхпроводники — это материалы, способные проводить электрический ток без сопротивления. Источник изображения: Popular Science

Главная задача квантового чипа – создать идеальные условия, в которых кубиты смогут работать без помех. Например, сверхпроводниковые чипы охлаждают до температуры близкой к абсолютному нулю, а ионные ловушки удерживают частицы с помощью лазеров.

Новый квантовый чип от Microsoft

Квантовые компьютеры уже давно существуют — самый первый был создан в далеком 1998 году. Сегодня самыми известными квантовыми компьютерами являются Sycamore от Google, Quantum System One от IBM и китайский Jiuzhang. Но то что в 2025 году представила компания Microsoft — это просто нечто.

Квантовый компьютер IBM Quantum System One. Источник изображения: wikimedia.org

Согласно блогу Microsoft, инженерам удалось создать квантовый чип Majorana 1. Он круче всех остальных квантовых компьютеров тем, что в нем используется топокондуктор — уникальный материал, который создает самые надежные кубиты для вычислений. Если коротко, в то время как остальные квантовые компьютеры используют сверхпроводники и фотоны, в детище Microsoft используется топокондуктор.

Размер квантового чипа Microsoft — самый маленький среди конкурентов. Источник изображения: news.microsoft.com

Все существующие сегодня квантовые системы имеют большой минус — создаваемые ими кубиты чувствительны к внешним воздействиям, из-за чего возникают сбои и ошибки в вычислениях. В чипе Microsoft Majorana 1 такой проблемы нет, потому что топокондуктор создает особое квантовое состояние, защищающий кубиты от сбоев.

Самый мощный квантовый компьютер

В будущем, при помощи процессора Majorana 1, компания Microsoft сможет создать самый мощный квантовый компьютер. Чуть выше я упомянул про квантовый компьютер Sycamore от Google — он состоит из 54 кубит. И это проблема всех современных квантовых систем — они не могут содержать больше нескольких десятков кубит, и это очень большое ограничение.

Квантовый чип Google Sycamore. Источник изображения: wikipedia.org

По словам представителей Microsoft, на чипе Majorana 1 размером с ладонь можно будет уместить миллион кубитов. Такой суперкомпьютер сможет решать задачи со скоростью, которую мы себе не можем даже представить. Над задачами, которые нынешние компьютеры с квантовыми чипами работали бы тысячи лет, суперкомпьютер Microsoft сможет справиться в десятки или даже сотни раз быстрее.

Кажется, так выглядит решение всех проблем человечества. Источник изображения: news.microsoft.com

Когда именно будет создан суперкомпьютер Microsoft, неизвестно. Но представители компании говорят, что ждать придется не десятки лет, а всего лишь несколько — так что грандиозных изменений в мире осталось совсем чуть-чуть. Сложно даже поверить, какие задачи можно будет решить при помощи самого мощного компьютера: разработать лекарства от самых страшных болезней, найти внеземную жизнь и открыть много чего другого.

Но важно отметить, что квантовые компьютеры пока не заменят привычные устройства. Они хороши для сложных расчетов, но для повседневных задач вроде просмотра фильмов или работы в интернете – классические компьютеры остаются более подходящими.

Опубликовано на сайте: 2025-03-16