# Шохини Гоуз: «Квантовый компьютер — это не мощная свеча»

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=QuR969uMICM
Канал: TED
Опубликовано: 01.02.2019

---

Квантовые вычисления постепенно переходят из разряда теоретической физики в практическую плоскость, обещая радикально изменить подходы к кибербезопасности, медицине и передаче данных. В рамках своего выступления на конференции TED известный эксперт Шохини Гоуз (Shohini Ghose) наглядно продемонстрировала возможности этой технологии, обыграв сотни зрителей в простую игру на реальном квантовом компьютере компании IBM. Проведенный эксперимент раскрывает фундаментальные отличия квантового мира от привычной нам классической логики.

## 🎲 Парадокс подбрасывания монетки: классическая игра против квантового алгоритма
[[JUMP:0:12]]

Представьте, что вы находитесь в казино Лас-Вегаса и решили сыграть в игру на одном из компьютеров. Начнем с классической модели. Правила игры выглядят следующим образом:

1. Игра начинается с того, что монета лежит на столе стороной «орел» вверх.
2. Первым делает ход компьютер: он может перевернуть монету или оставить ее как есть, но результат хода скрыт от вас.
3. Затем наступает ваш ход: вы также выбираете, перевернуть монету или нет, причем ваш выбор скрыт от компьютера.
4. Наконец, компьютер делает последний ход и снова решает, переворачивать монету или оставить в прежнем положении.
5. После трех раундов монета открывается: если выпадает «орел», побеждает компьютер, если «решка» — выигрываете вы.

Если монета честная и все играют по правилам, вероятность вашей победы составляет ровно 50%. Как утверждает Шохини Гоуз, она проверила эту математическую закономерность на практике, попросив своих студентов запустить данную игру на обычных компьютерах. После множества попыток процент побед человека, как и ожидалось, составил около 50%.

## 💡 Квантовый компьютер — это не «мощная свеча»
[[JUMP:1:32]]

Ситуация кардинально меняется, если перенести это простое состязание на квантовую вычислительную систему, разработанную компанией IBM. Чтобы понять природу этого устройства, необходимо пересмотреть само определение вычислительной техники.

По мнению Шохини Гоуз, квантовый компьютер не является просто более мощной версией наших текущих процессоров. Эксперт приводит яркую аналогию: электрическую лампочку невозможно создать путем бесконечного улучшения и модернизации обычных восковых свечей. Лампочка — это принципиально иная технология, основанная на более глубоком научном понимании физических процессов.

Точно так же квантовый компьютер представляет собой устройство нового типа, базирующееся на законах квантовой физики. В то время как классические устройства оперируют макроскопическими сигналами, квантовые системы работают за счет управления поведением отдельных атомов и фундаментальных частиц, таких как электроны и фотоны. Шохини Гоуз предполагает, что подобно тому, как электричество изменило общество, квантовые компьютеры способны трансформировать ключевые аспекты нашей жизни, включая информационную безопасность, здравоохранение и архитектуру глобальной сети Интернет.

## 📊 Эксперимент с аудиторией TED: 372 игры против системы IBM
[[JUMP:2:52]]

Для демонстрации практического превосходства новых технологий Шохини Гоуз провела эксперимент в режиме реального времени, подключившись к квантовому компьютеру IBM удаленно прямо со сцены. 

Подготовка и проведение эксперимента строились по следующим шагам:

* **Шаг 1. Сбор данных.** Накануне выступления организаторы TED отправили зрителям электронные письма с опросом. Участникам предлагалось выбрать геометрическую фигуру — круг или квадрат, не зная истинного смысла этого выбора.
* **Шаг 2. Кодирование ходов.** Втайне от аудитории выбор круга означал команду «перевернуть монету», а выбор квадрата — «оставить монету без изменений».
* **Шаг 3. Запуск симуляции.** Всего было получено 372 ответа, что позволило смоделировать 372 независимые партии против квантового алгоритма IBM.

Результаты оказались разгромными для человечества: квантовый компьютер выиграл практически каждую партию. Он уступил человеку лишь в единичных случаях, что, как объясняет исследовательница, было вызвано исключительно техническими эксплуатационными ошибками в самом процессоре, а не просчетом алгоритма.

## 🌀 Магия суперпозиции: как кубиты управляют неопределенностью
[[JUMP:4:00]]

Феноменальная победная серия квантового компьютера может показаться мошенничеством или фокусом, но за ней стоит чистая физика. Секрет кроется в принципиальном различии между битом и кубитом:

* **Классический бит.** Обычный компьютер кодирует состояния монеты («орел» или «решка») в виде бита — строго фиксированного нуля или единицы, что физически реализуется включением или выключением тока в чипе.
* **Квантовый бит (кубит).** Обладает гибкой, небинарной идентичностью. Он может существовать в состоянии суперпозиции — одновременной комбинации нуля и единицы с определенной долей вероятности для каждого состояния.

Кубит находится в непрерывном спектре возможностей: например, вероятность быть нулем может составлять 70%, а единицей — 30%, либо распределяться в пропорциях 80/20 или 60/40. Как подчеркивает Шохини Гоуз, для понимания квантовых вычислений человеку необходимо отказаться от жестких точных значений и принять концепцию фундаментальной неопределенности.

Во время игры квантовый компьютер создает непрерывную смесь «орла» и «решки». Когда наступает ход человека (выбор между кругом и квадратом), любое его действие — переворачивание или сохранение позиции — никак не влияет на эту смесь. Спикер сравнивает это с перемешиванием двух жидкостей: независимо от того, мешаете вы их или нет, они остаются единой субстанцией. Однако на своем финальном ходу квантовый компьютер выполняет операцию «обратного разделения» и идеально возвращает кубит в исходное состояние «орла», гарантируя себе стопроцентную победу.

Обычные монеты в нашей повседневной жизни не могут находиться в суперпозиции, поэтому квантовая реальность кажется нам странной и запутанной. Шохини Гоуз успокаивает аудиторию: по ее мнению, если вас пугает или сбивает с толку квантовая физика, значит, вы начинаете правильно ее понимать.

## 🚀 Три прорывных применения квантовых технологий в будущем
[[JUMP:6:14]]

Способность управлять суперпозицией и неопределенностью имеет колоссальное прикладное значение, выходящее далеко за рамки простых игр. Шохини Гоуз выделяет три ключевых направления, которые, по ее прогнозам, могут радикально изменить привычный уклад жизни человека:

1. **Абсолютно защищенное шифрование.** Квантовая неопределенность позволяет создавать уникальные приватные ключи для кодирования сообщений. Любая попытка хакера незаметно скопировать такой ключ разрушит его квантовое состояние. Чтобы взломать подобную защиту, злоумышленникам пришлось бы нарушить фундаментальные законы физики. По словам спикера, такие невзламываемые системы шифрования уже сегодня тестируются банками и финансовыми институтами по всему миру. В условиях, когда на планете используется более 17 миллиардов подключенных к сети устройств, внедрение квантовой криптографии имеет критическое значение для безопасности данных.
2. **Революция в медицине и фармацевтике.** Моделирование сложных молекул для создания новых лекарств — одна из сложнейших вычислительных задач современности. Классические суперкомпьютеры не справляются с точным расчетом всех квантовых свойств атомов в молекуле. Квантовый компьютер, напротив, работает на тех же физических принципах, что и симулируемая им молекула, а значит, справится с этой задачей эффективнее. По мнению Гоуз, в долгосрочной перспективе масштабное квантовое моделирование способно привести к созданию лекарств от тяжелых заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера.
3. **Квантовая телепортация информации.** По признанию Шохини Гоуз, это ее любимое применение технологии, напоминающее научную фантастику. Информацию можно перемещать из одной точки в другую без физической передачи материального носителя. Это становится возможным благодаря квантовой запутанности: свойства частиц связываются сквозь пространство и время, и изменение одной частицы мгновенно отражается на другой. Технология уже успешно демонстрируется в исследовательских лабораториях и способна лечь в основу будущего квантового интернета.

## 🌐 Исследования Шохини Гоуз: прототипы квантового интернета
[[JUMP:8:31]]

Полноценной квантовой сети в мире пока не существует, однако научная группа под руководством Шохини Гоуз активно работает над приближением этого будущего. Ученые моделируют элементы квантовой сети, запускания симуляции непосредственно на реальном квантовом компьютере.

В рамках этих исследований команде уже удалось спроектировать и успешно протестировать несколько протоколов:

* Протокол многопользовательской квантовой телепортации внутри сети.
* Алгоритмы эффективной и быстрой передачи данных.
* Системы абсолютно безопасного электронного голосования.

Шохини Гоуз призывает относиться к развитию квантовых вычислений с максимальной осторожностью и ответственностью. Для нее лично квантовый компьютер — это не просто очередной прикладной ИТ-инструмент. Это уникальное окно в скрытый мир природы, позволяющее человечеству заглянуть далеко за горизонт привычного опыта, используя лишь силу воображения и инженерную изобретательность. Вселенная по-прежнему вознаграждает исследователей новыми сюрпризами, и тот факт, что будущее фундаментально неопределенно, делает его, по мнению эксперта, по-настоящему захватывающим.