Фильм-блокбастер «Оппенгеймер» посвящен работе американского физика-теоретика Дж. Роберта Оппенгеймера по созданию атомной бомбы.
Сообщается, что для подготовки к фильму режиссер Кристофер Нолан провел серьезные исследования в области квантовой физики, исследование, революционные преимущества которого распространились на многие области после Второй мировой войны, говорят исследователи.
Квантовая физика «это изучение материи и энергии на самом фундаментальном уровне», как описано в статье на сайте Калифорнийского технологического института. «Он направлен на раскрытие свойств и поведения самих строительных блоков природы».
Разные законы
«Когда вы добираетесь до мельчайших частиц и масштабов энергии, законы физики кажутся отличными от тех, с которыми мы знакомы», — сказала Оливия Лейнс, глобальный руководитель отдела образования и защиты интересов в квантовой команде IBM.
«Хотя мы не совсем понимаем, как это работает, мы невероятно использовали это», — сказала она «Голосу Америки». По ее словам, квантовая механика произвела революцию в технологиях во многих отношениях, от твердотельных жестких дисков в наших телефонах и ноутбуках до лазеров и GPS.
«Ни один из них не существовал бы без открытий квантовой науки, — сказала она. — Все они основаны на законах квантовой механики, поэтому я думаю, что следующим логичным шагом будет создание компьютера, полностью основанного на этих законах».
Для этого «мы возьмем то, что узнали о частицах и материи за последнее столетие, и создадим совершенно новый тип вычислительной машины, которая использует эти законы, чтобы открыть окно для новых возможных вычислений», — сказал Лейнс.
«Ядерная физика, научная основа фильма, — это гораздо больше, чем то, что зрители увидят на экране», — написала Брайана Кинтана, руководитель отдела коммуникаций Колледжа наук государственного университета Сан-Диего, в недавней онлайн-статье для Центра новостей университета. .
«Подобно тому, как Интернет и социальные сети оказали огромное влияние на современное общество, квантовая наука предлагает способы улучшить наше понимание Вселенной и полностью изменить то, как мы делаем что-то», — сказала она.
Кинтана привел несколько примеров, когда квантовая наука уже работает в научной и медицинской сферах: от помощи ученым в использовании ядерных реакций и повышения безопасности и эффективности ядерных реакторов до улучшения медицины.
«Ядерная медицина включает в себя такие методы, как использование радиоактивных индикаторов для более точной диагностики и использование радиоактивной формы йода для нацеливания и уничтожения опухолей», — написала она в статье.
Квантовое будущее
«Квантовые вычисления — это, по сути, новая структура и новый способ выполнения вычислений и выполнения алгоритмов», — сказал Лейнс из IBM, который сравнивает науку с классическими вычислениями.
«Классические компьютеры работают на битах, которые представляют собой эти маленькие кусочки кремния, которые обрабатывают информацию, переводя все в нули и единицы, и работают по законам классической физики», — сказала она «Голосу Америки». «Но квантовые компьютеры работают на квантовой физике».
Классические биты могут находиться только в одном из двух энергетических состояний: 0 или 1. Но законы квантовой механики позволяют квантовым битам или кубитам находиться в состояниях, которые представляют собой комбинацию двух состояний одновременно; немного 1 и немного 0 одновременно – по крайней мере, пока они не будут измерены.
«Это позволяет ученым вникать в совершенно новые типы алгоритмов, — сказал Лейнс, — те, которые специально созданы для использования преимуществ этого явления. И некоторые из этих алгоритмов экспоненциально быстрее, чем наши лучшие классические аналоги».
Другими словами, алгоритмы, созданные специально для квантовых компьютеров и использующие преимущества этого явления суперпозиции, а также способность связывать кубиты вместе, позволяют решать некоторые задачи экспоненциально быстрее и лучше, чем классический компьютер.
«Мы рассматриваем квантовые вычисления как инструмент, дополняющий классические компьютеры», — заявила «Голосу Америки» Чарина Чоу, директор и главный операционный директор Google Quantum AI.
«Кубиты отражают сложность молекул в реальном мире, что делает их особенно подходящими для решения актуальных задач — например, возможности спроектировать лучший солнечный элемент за счет понимания того, как электроны и фотоны (которые следуют законам квантовой механики) взаимодействуют в материале», — сказала она.
Технический гигант разработал квантовый компьютер, который может выполнять вычисления за небольшую долю времени, которое потребовалось бы самым передовым компьютерам.
Чжоу сказал, что этот результат был достигнут с использованием контрольного алгоритма (случайная выборка схемы), который они впервые применили в 2019 году, чтобы продемонстрировать, что квантовый компьютер может значительно превзойти классический компьютер.
Хотя квантовые вычисления сейчас находятся на экспериментальной стадии, они могут произвести революцию в вычислениях, какими мы их знаем.
Цель Google «состоит в том, чтобы создать крупномасштабный квантовый компьютер с исправлением ошибок, способный решать проблемы, которые сложно или невозможно решить с помощью классических компьютеров, и сделать его преимущества широко доступными и полезными», — сказал Чоу.
Лейнс сказал, что помимо медицины будущие приложения с использованием квантовых вычислений могут включать создание новых материалов, которые могут помочь с изменением климата, или разработку более быстрых кораблей, лодок и самолетов, которые могут преодолевать большие расстояния.
«Мы надеемся, что это может принести пользу человечеству, позволив нам открывать всевозможные новые материалы, лекарства и синтетические химические вещества, которые могут улучшить наш образ жизни», — сказала она.