Квантовый скачок...

Мы живем в очень удивительное время. Что ни день, новые технологические порывы, достижения. Все то, что казалось еще недавно фантастикой, или как минимум рассматривалось как нечто, ожидающее нас в отдаленной  перспективе, на наших глазах становится реальностью. Уже есть 3D принтеры, печатающие хлеб, создаются искусственные продукты методом генной инженерии, мобильные телефоны практически перестают быть просто телефонами и приобретают самые необычные черты и функции... Но пожалуй самые революционные открытия происходят в области квантовой механики, нанотехнологий и IT индустрии. Эти молодые области науки и техники шагает семимильными шагами и уже почти не удивляют нас. Тем не менее, два удивительных открытия, уже вышедшие из стен лабораторий, возможно в самое ближайшее время начнут менять всю нашу жизнь кардинальным образом. Трудно переоценить важность этих открытий и технологий. Рассмотрим их.

Первый квантовый компьютер не только создан, но уже и появился на рынке

Кубит, или квантовый бит, – это элементарная ячейка квантового компьютера.

В конце прошлого месяца журнал Nature сообщил ошеломительную новость – канадская компания D-Wave Systems продала корпорации Lockheed Martin созданный ее специалистами… квантовый компьютер!

Для неспециалиста квантовый компьютер – это что-то совершенно фантастическое по масштабам, это вычислительная машина, перед которой обычный компьютер все равно что счеты перед компьютером. И, разумеется, это что-то очень далекое от воплощения. Для человека, который связан с квантовыми компьютерами, – это устройство, общие принципы действия которого более или менее понятны, однако существует масса проблем, которые следует решить, прежде чем можно будет воплотить его «в железе», и сейчас множество лабораторий по всему миру эти препятствия пытаются преодолеть.

Кубит, или квантовый бит, – это элементарная ячейка квантового компьютера. Если в классической системе эта ячейка может принимать значения 0 или 1, то кубит по законам квантовой механики может иметь значения 0, 1 или сразу и 0, и 1. Именно это свойство квантового компьютера когда-нибудь позволит ему решать задачи, которые квантовому компьютеру не под силу. Но кубиты – очень хрупкая материя, с ними очень много проблем. И хотя были уже известны работы с процессорами, состоявшими из четырех кубитов, ученые особенных прорывов на этом поле в ближайшее время не ожидали.

Поэтому, когда в 2007 году канадская компания вдруг объявила, что ею создан 16-кубитовый процессор и компьютер на его основе уже решает несложные задачи, научное сообщество отнеслось к сообщению скептически. Главное возражение заключалось в том, что это вовсе не квантовый компьютер и что он работает на законах классической, а не квантовой механики, потому что тепловые шумы сводят на нет все квантовые эффекты.

В D-Wave Systems особенно спорить не стали, а вместо этого разработали новый, уже 128-кубитовый процессор под названием Rainier. А в начале мая этого года взорвали научный мир сообщением в журнале Nature, где на основании исследований 8-кубитного сегмента своего нового процессора доказывали, что тепловые эффекты при температурах ниже 45 милликельвинов не оказывают влияния на работу кубитов и, следовательно, работа эта имеет чистый квантово-механический характер.

Журнал Nature – один из самых уважаемых научных журналов мира, он тщательно оберегает свою репутацию и подвергает публикуемые статьи самому жесткому реферированию. Поэтому сведениям, которые публикуются в нем, принято доверять. Но, поскольку тема какая-то совсем уже фантастическая, Nature в том же номере опубликовал статью руководителя программы криоэлектронных исследований в Массачусетском технологическом институте доктора В.Д.Оливера. По его словам, работа, опубликованная в Nature, – техническое достижение, но этого недостаточно. Исследован только один фрагмент процессора, не продемонстрирована работа компьютера на этом процессоре, не показано, что квантовый компьютер компании может работать эффективнее обычных компьютеров и может решать задачи, интересные с вычислительной точки зрения, быстрее, чем они.

А через две недели последовало оглушительное сообщение о продаже квантового детища D-Wave корпорации Lockheed Martin. Тот же Nature сообщил, что корпорация планирует использовать эту новую технологию для создания «киберфизических» систем, интегрирующих программное обеспечение с датчиками состояния окружающей среды.

Как сообщил представитель D-Wave, корпорация очень придирчиво изучала квантовый компьютер, прежде чем совершить покупку. По его словам, Lockheed Martin приглядывался к нему более года.

На вопрос «НГ», что позволило небольшой канадской фирме сделать такой гигантский рывок, представитель компании ответил: «D-Wave – не такая уж небольшая компания, 60 сотрудников, хотя действительно молодая, она была основана в 1999 году. Нашим соотечественникам будет интересно узнать, что одним из ее четырех учредителей был харьковский ученый Александр Загоскин. D-Wave собрала под свою крышу мощную группу ученых и разработчиков. В разное время мы были связаны практически со всеми ведущими лабораториями, занимающимися квантовыми компьютерами, и сейчас тоже привлекаем к экспертизе ведущих экспертов мира по квантовой физике. Хорошая идея, лучшие специалисты – все это сделало свое дело. И, думаю, не последнюю роль сыграло в успехе то обстоятельство, что D-Wave представляет собой частную компанию, работающую на деньги инвесторов. Перед нами стояла цель, мы занимались только тем, что ее приближает, остальным можно будет заняться впоследствии. Наши инвесторы хотели увидеть работающий квантовый компьютер еще при своей жизни».

Частная фирма – это не университет, там совсем другие правила, совсем другие проблемы, совсем другая мотивация у сотрудников. Действительно, вроде бы ни в какие ворота не лезет ситуация, при которой квантовый компьютер, о котором формально известно лишь то, что фрагмент его процессора подчиняется законам квантовой механики, вдруг, оказывается, работает, причем настолько удовлетворительно, что уже вышел на рынок… По всей видимости, от научного сообщества следует ожидать критики довольно серьезной. Ведь ни много ни мало заявляется о том, что сбылась мечта человечества, а их у него не так-то уж и много.

Но если оставить в стороне существующую и грядущую критику, то в сухом остатке мы имеем квантовый компьютер, подтвержденный репутациями ведущего журнала Nature и не менее флагманской корпорации Lockheed Martin. И на самом деле неважно, является ли достаточно квантовым квантовый компьютер канадцев, достаточно ли он быстр, ведь в конце концов первый самолет братьев Райт пролетел очень немного, а первое колесо наверняка катилось не очень быстро. Независимо от всего этого первый квантовый компьютер – это супердостижение.

Возможно, читатель заметил, что супердостижение сравнимого масштаба, случившееся в конце прошлого века, – первое прочтение генома человека Крейгом Вентером и компанией Celera Genomics, которую он тогда возглавлял, – было точно так же сделано на деньги частных инвесторов. И в промежутке между двумя этими событиями практически ничего такого же масштабного, похоже, не происходило. Возможно, это как-то связано с разницей в движущих мотивах и соответственно подходах к проблеме. Во всяком случае, об этом стоит задуматься.

ТЕМ ВРЕМЕНЕМ

Скорость Интернета повысят в сотни раз

В последнее время когда в сети пишут про достижения "британских ученых", у продвинутых пользователей интернет на лице появляется ироническая улыбка. На самом деле, уже набившие оскомину т.н. ученые из Великобритании не без помощи желтой прессы создали себе очень неприятный имидж всякими псевдонаучными "открытиями". Но в данном случае речь идет о настоящих ученых, лауреатов Нобелевской премии, и следовательно, о настоящих достижениях. 

Британские ученые нашли новый способ передачи информации, используя в этом процессе наноматериал графен. Как полагают эксперты, благодаря данному изобретению скорость передачи данных через Интернет может вырасти в сотни раз.

До последнего времени графен не пытались использовать в системах связи. Однако его открыватели Андрей Гейм и Константин Новоселов вместе с группой исследователей из Кембриджа и Манчестерского университетов предложили увеличить его оптическую проводимость за счет добавления наночастиц меди. В результате получился материал, который способен улавливать и преобразовывать в электрическую энергию в 20 раз большее количество света, чем все известные ранее материалы. На этом принципе и будет основана сверхбыстрая передача информации.

В частности, графен предполагается использовать для производства нового поколения фотодетекторов, преобразующих световой сигнал в электрический и использующихся в системах оптико-волоконной связи. "Устройства на основе графена могут быть невероятно быстрыми, в десятки или даже сотни раз быстрее, чем традиционные оптоволоконные интернет-кабели. Это связано с уникальной природой электронов в графене, их высокой скоростью и мобильностью", - приводит The Register слова одного из исследователей.

"Технология производства графена развивается день ото дня, что оказывает непосредственное влияние на диапазон его возможных применений, прокомментировал новое открытие Нобелевский лауреат Константин Новоселов. - Многие ведущие производители электроники рассматривают графен в качестве материала для следующих поколений своих устройств. Эта работа, безусловно, повышает шансы графена еще больше".

Графен представляет собой двумерный кристалл углерода толщиной в один атом. За его открытие Гейм и Новоселов получили в 2010 году Нобелевскую премию по физике.