Просмотр кода страницы Квантовый компьютер

'''Ква́нтовый компью́тер''' — [[вычислительное устройство]], которое использует явления [[Квантовая механика|квантовой механики]] ([[квантовая суперпозиция]], [[квантовая запутанность]]) для передачи и обработки данных. Квантовый компьютер (в отличие от обычного) оперирует не битами (способными принимать значение либо 0, либо 1), а [[кубит]]ами, имеющими значения одновременно и 0, и 1<ref name="NKJ202307">''Леонид Федичкин'' [https://www.nkj.ru/archive/articles/48333/ Квантовые компьютеры] {{Wayback|url=https://www.nkj.ru/archive/articles/48333/ |date=20230708102659 }} // [[Наука и жизнь]], 2023, № 7. — с. 21-27</ref>. Теоретически это позволяет обрабатывать все возможные состояния одновременно, достигая существенного преимущества ([[Квантовое превосходство|квантового превосходства]]) над обычными компьютерами в ряде алгоритмов<ref name="POP201805">{{статья |автор=Александр Ершов |заглавие=Квантовое превосходство |ссылка=https://www.popmech.ru/gadgets/434522-kvantovoe-prevoshodstvo-vsyo-o-kvantovyh-kompyuterah/ |издание=[[Популярная механика]] |год=2018 |номер=5 |страницы=54—59 |archivedate=2020-06-15 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20200615155610/https://www.popmech.ru/gadgets/434522-kvantovoe-prevoshodstvo-vsyo-o-kvantovyh-kompyuterah/ }}</ref>.

Полноценный универсальный квантовый компьютер является пока [[Гипотеза|гипотетическим]] устройством, сама возможность построения которого связана с серьёзным развитием квантовой теории в области многих частиц и сложных экспериментов; разработки в данной области связаны с новейшими открытиями и достижениями [[Физика|современной физики]]. На начало 2020-х годов практически были реализованы лишь единичные экспериментальные системы, исполняющие фиксированные алгоритмы небольшой сложности.

Первым практическим [[Высокоуровневый язык программирования|высокоуровневым языком программирования]] для такого вида компьютеров считается язык {{нп3|Quipper|||Quipper (programming language)}}, основанный на [[Haskell]]<ref>{{cite web |author=Sophie Hebden |url=https://www.newscientist.com/article/dn23820-new-language-helps-quantum-coders-build-killer-apps.html#.U8uTjKbNGs4 |title=New language helps quantum coders build killer apps |accessdate=2014-07-20 |work=[[New Scientist]] |date=2014-07-05 |archive-date=2014-08-14 |archive-url=https://web.archive.org/web/20140814152957/http://www.newscientist.com/article/dn23820-new-language-helps-quantum-coders-build-killer-apps.html#.U8uTjKbNGs4 |deadlink=no }}</ref> (см. ''[[Квантовое программирование]]'').
[[Файл:Qregister.jpg|thumb|3 [[бит]]а обычного регистра против 3 [[кубит]]ов квантового|400px]]

== Введение ==
{{main|Хронология квантовых вычислений}}
История квантовых вычислений началась в начале 1980-х годов, когда физик Пол Бениофф предложил квантово-механическую модель машины Тьюринга в 1980 году.

Идея о квантовых вычислениях также была высказана [[Манин, Юрий Иванович|Юрием Маниным]] в [[1980 год в науке|1980 году]]<ref name="манин1980вычислимое">{{книга|автор=Манин Ю. И. |заглавие=Вычислимое и невычислимое||год=1980|издательство=Сов. радио| место={{М.}}|серия=Кибернетика|страницы=15|страниц=128}}</ref>.

Одна из первых моделей квантового компьютера была предложена<ref name="Feynman">{{статья|автор=Feynman R. P.|заглавие=Simulating physics with computers|издание=International Journal of Theoretical Physics|год=1982|том=21|выпуск=6|страницы=467—488|ссылка=|doi=10.1007/BF02650179|arxiv=|язык=en}} Статья представляет собой текст доклада на конференции в MIT 1981 года.</ref> [[Фейнман, Ричард Филлипс|Ричардом Фейнманом]] в 1981 году. Вскоре Пол Бениофф описал теоретические основы построения такого компьютера<ref>{{статья |автор=P. Benioff |заглавие=Quantum mechanical hamiltonian models of turing machines |издание={{Нп3|Journal of Statistical Physics}} |том=29 |номер=3 |страницы=515—546 |bibcode=1982JSP....29..515B |doi=10.1007/BF01342185 |язык=en |тип=journal  |год=1982}}</ref>.

Также концепцию квантового компьютера в 1983 году предлагал {{не переведено|Визнер, Стивен|Стивен Визнер|en|Stephen Wiesner}} в статье, которую он пытался опубликовать в течение более десяти лет до этого<ref>
{{статья
|автор={{Нп3|S. Weisner|S. Weisner||Stephen Wiesner}}
|заглавие=Conjugate coding
|издание=[[Ассоциация вычислительной техники|Association for Computing Machinery]], Special Interest Group in Algorithms and Computation Theory
|год=1983
|том=15
|страницы=78—88
|язык=en
}}</ref><ref name="Zeilinger">{{книга|автор=Zelinger A. |часть=|заглавие=Dance of the Photons: From Einstein to Quantum Teleportation|оригинал= |ссылка=https://archive.org/details/danceofphotonsfr0000zeil|издание=|ответственный=|место=New York|издательство=Farrar, Straus & Giroux|год=2010|том=|страницы=[https://archive.org/details/danceofphotonsfr0000zeil/page/189 189], 192|страниц=|isbn=0-374-23966-5|язык=en}} </ref>.

Необходимость в квантовом компьютере возникает тогда, когда мы пытаемся исследовать методами физики сложные многочастичные системы, подобные биологическим. Пространство квантовых состояний таких систем растёт как экспонента от числа <math>n</math> составляющих их реальных частиц, что делает невозможным моделирование их поведения на классических компьютерах уже для <math>n = 10</math>. Поэтому Визнер и Фейнман высказали идею построения квантового компьютера.

Квантовый компьютер использует для вычисления не обычные (классические) алгоритмы, а процессы квантовой природы, так называемые [[квантовый алгоритм|квантовые алгоритмы]], использующие [[квантовая механика|квантовомеханические]] эффекты, — такие как [[квантовый параллелизм]] и [[квантовая запутанность]].

Если классический процессор в каждый момент может находиться ровно в одном из состояний <math>|0\rangle, |1\rangle,\ldots, |N-1\rangle</math> ([[обозначения Дирака]]), то квантовый процессор в каждый момент находится одновременно во всех этих базисных состояниях, при этом в каждом состоянии <math>|j\rangle</math> — со своей [[комплексная амплитуда|комплексной амплитудой]] <math>\lambda_j</math>. Это квантовое состояние называется «[[Квантовая суперпозиция|квантовой суперпозицией]]» данных классических состояний и обозначается как

: <math>|\Psi\rangle=\sum\limits_{j=0}^{N-1}\lambda_j|j\rangle .</math>

Базисные состояния могут иметь и более сложный вид. Тогда [[Квантовая суперпозиция|квантовую суперпозицию]] можно проиллюстрировать, например, так: «Вообразите атом, который мог бы подвергнуться радиоактивному распаду в определённый промежуток времени. Или не подвергнуться. Мы можем ожидать, что у этого атома есть только два возможных состояния: „распад“ и „нераспад“, <…> но в квантовой механике у атома может быть некое объединённое состояние — „распада — нераспада“, то есть ни то, ни другое, а между. Вот это состояние и называется „суперпозицией“»<ref>Leah Henderson and Vlatko Vedral, [http://www.qi.damtp.cam.ac.uk/node/43 Quantum entanglement] {{Wayback|url=http://www.qi.damtp.cam.ac.uk/node/43 |date=20180615135340 }} // Centre for Quantum Information and Foundations, Cambridge.</ref>.

Квантовое состояние <math>|\Psi\rangle</math> может изменяться во времени двумя принципиально различными путями:
# Унитарная квантовая операция (квантовый вентиль, {{lang-en|quantum gate}}), в дальнейшем просто операция.
# [[Измерение (квантовая механика)|Измерение]] (наблюдение).

Если классические состояния <math> |j\rangle</math> есть пространственные положения группы [[электрон]]ов в [[Квантовая точка|квантовых точках]], управляемых внешним полем <math>V</math>, то унитарная операция есть решение [[Уравнение Шрёдингера|уравнения Шрёдингера]] для этого потенциала.

Измерение есть случайная величина, принимающая значения <math>|j\rangle,\ j=0,1,\ldots, N-1</math> с вероятностями <math>|\lambda_j|^2</math> соответственно. В этом состоит квантовомеханическое [[правило Борна]]. Измерение есть единственная возможность получения информации о квантовом состоянии, так как значения <math>\lambda_j</math> нам непосредственно недоступны. Измерение квантового состояния не может быть сведено к унитарной шрёдингеровской эволюции, так как, в отличие от последней, оно необратимо. При измерении происходит так называемый [[Редукция фон Неймана|коллапс волновой функции]] <math>|\Psi\rangle</math>, физическая природа которого до конца не ясна. Спонтанные вредоносные измерения состояния в ходе вычисления ведут к декогерентности, то есть отклонению от унитарной эволюции, что является главным препятствием при построении квантового компьютера (см. [[#Физические реализации квантовых компьютеров|физические реализации квантовых компьютеров]]).

Квантовое вычисление есть контролируемая классическим управляющим компьютером последовательность унитарных операций простого вида (над одним, двумя или тремя [[кубит]]ами). В конце вычисления состояние квантового процессора измеряется, что и даёт искомый результат вычисления.

Содержание понятия «квантовый параллелизм» в вычислении может быть раскрыто так: «Данные в процессе вычислений представляют собой квантовую информацию, которая по окончании процесса преобразуется в классическую путём измерения конечного состояния квантового регистра. Выигрыш в квантовых алгоритмах достигается за счёт того, что при применении одной квантовой операции большое число коэффициентов суперпозиции квантовых состояний, которые в виртуальной форме содержат классическую информацию, преобразуется одновременно»<ref name="hol">{{статья|автор=Холево А.|заглавие=Квантовая информатика: прошлое, настоящее, будущее|издание=В мире науки|год=2008|том=|выпуск=7|страницы=|ссылка=http://www.sciam.ru/2008/7/inform.shtml|doi=|arxiv=|язык=ru|archivedate=2009-02-15|archiveurl=https://web.archive.org/web/20090215103156/http://www.sciam.ru/2008/7/inform.shtml}}</ref>.

== Теория ==

=== Кубит ===
{{main|Кубит}}

Идея квантовых вычислений состоит в том, что квантовая система из ''L'' двухуровневых квантовых элементов (квантовых битов, [[кубит]]ов) имеет 2<sup>''L''</sup> линейно независимых состояний, а значит, вследствие принципа [[Квантовая суперпозиция|квантовой суперпозиции]], пространство состояний такого квантового регистра является 2<sup>''L''</sup>-мерным [[гильбертово пространство|гильбертовым пространством]]. Операция в квантовых вычислениях соответствует повороту вектора состояния регистра в этом пространстве. Таким образом, квантовое вычислительное устройство размером ''L'' кубитов фактически задействует одновременно 2<sup>''L''</sup> классических состояний.

Физическими системами, реализующими кубиты, могут быть любые объекты, имеющие два квантовых состояния: поляризационные состояния [[фотон]]ов, электронные состояния изолированных [[атом]]ов или [[ион]]ов, [[спин]]овые состояния ядер атомов, и так далее.

Один классический бит может находиться в одном и только в одном из состояний <math>|0\rangle</math> или <math>|1\rangle</math>. Квантовый бит, называемый кубитом, находится в состоянии <math>|\psi\rangle = a\,|0\rangle + b\,|1\rangle</math>, так что |''a''|² и |''b''|² — вероятности получить 0 или 1 соответственно при измерении этого состояния; <math>a, b \in \mathbb{C}</math>; |''a''|² + |''b''|² = 1. Сразу после измерения кубит переходит в базовое квантовое состояние, соответствующее классическому результату.

Пример:
: Имеется кубит в квантовом состоянии <math>\tfrac45\,|0\rangle - \tfrac35\,|1\rangle</math>
: В этом случае вероятность получить при измерении
:: {|
| 0 || составляет || (4/5)² = 16/25 || = 0,64,
|-
| 1 || составляет || (−3/5)² = 9/25 || = 0,36.
|}

: В данном случае при измерении мы получили 0 с вероятностью 0,64.
: В результате измерения кубит переходит в новое квантовое состояние <math>|0\rangle</math>, то есть при следующем измерении этого кубита мы получим 0 с единичной вероятностью (предполагается, что по умолчанию унитарная операция тождественна; в реальных системах это не всегда так).

Пример из квантовой механики: фотон находится в состоянии <math>|\psi\rangle</math> суперпозиции двух поляризаций. Это состояние есть вектор в двумерной плоскости, систему координат в которой можно представлять как две перпендикулярные оси, так что <math>a</math> и <math>b</math> есть проекции <math>|\psi\rangle</math> на эти оси; измерение раз и навсегда коллапсирует состояние фотона в одно из состояний <math>|0\rangle</math> или <math>|1\rangle</math>, причём вероятность коллапса равна квадрату соответствующей проекции. Полная вероятность получается по [[Теорема Пифагора|теореме Пифагора]]. При переходе к системе из двух кубитов, измерение каждого из них может дать 0 или 1. Поэтому у системы есть 4 классических состояния: 00, 01, 10 и 11. Аналогичные им базовые квантовые состояния: <math>|00\rangle, |01\rangle, |10\rangle, |11\rangle</math>. И наконец, общее квантовое состояние системы имеет вид <math>|\Psi\rangle = a\,|00\rangle + b\,|01\rangle + c\,|10\rangle + d\,|11\rangle</math>. Теперь |''a''|² — вероятность измерить 00 {{nobr|и т. д.}} Отметим, что |''a''|² + |''b''|² + |''c''|² + |''d''|² = 1 как полная вероятность.

Если измерить только первый кубит квантовой системы, находящейся в состоянии <math>|\Psi\rangle</math>, получится:
* с вероятностью <math>p_0 = |a|^2 + |b|^2</math> первый кубит перейдёт в состояние <math>|0\rangle</math>, а второй — в состояние <math>\tfrac{1}{\sqrt{|a|^2 + |b|^2}}(a\,|0\rangle + b\,|1\rangle)</math>,
* с вероятностью <math>p_1 = |c|^2 + |d|^2</math> первый кубит перейдёт в состояние <math>|1\rangle</math>, а второй — в состояние <math>\tfrac{1}{\sqrt{|c|^2 + |d|^2}}(c\,|0\rangle + d\,|1\rangle)</math>.

В первом случае измерение даст состояние <math>|\Psi_0\rangle = |0\rangle \otimes \tfrac{1}{\sqrt{|a|^2 + |b|^2}}(a\,|0\rangle + b\,|1\rangle)</math>, во втором — состояние <math>|\Psi_1\rangle = |1\rangle \otimes \tfrac{1}{\sqrt{|c|^2 + |d|^2}}(c\,|0\rangle + d\,|1\rangle)</math>.

Результат такого измерения невозможно записать как вектор в [[Гильбертово пространство|гильбертовом пространстве]] состояний. Такое состояние, в котором участвует наше незнание о том, какой же результат получится на первом кубите, называют [[смешанное состояние|смешанным состоянием]]. В нашем случае такое смешанное состояние называют проекцией исходного состояния <math>|\Psi\rangle</math> на второй кубит и записывают в виде [[матрица плотности|матрицы плотности]] вида <math>\rho_2 = p_0 \rho_{\Psi_0} + p_1 \rho_{\Psi_1}</math>, где матрица плотности состояния <math>|\psi\rangle</math> определяется как <math>|\psi\rangle \langle\psi|</math>.

В общем случае у системы из ''L'' кубитов существует 2<sup>''L''</sup> классических состояний (00000… (''L'' нулей), …00001 (''L'' цифр), … , 11111… (''L'' единиц)), каждое из которых может быть измерено с вероятностями 0—1.

Таким образом, одна операция над группой кубитов вычисляется сразу над всеми возможными её значениями, в отличие от группы классических битов, когда может быть использовано лишь одно текущее значение. Это и обеспечивает беспрецедентный параллелизм вычислений.

=== Вычисление ===
Упрощённая схема вычисления на квантовом [[компьютер]]е выглядит так: берётся система [[кубит]]ов, на которой записывается начальное состояние. Затем состояние системы или её подсистем изменяется посредством [[Унитарное преобразование|унитарных преобразований]], выполняющих те или иные [[Логическая операция|логические операции]]. В конце измеряется значение, и это результат работы компьютера. Роль проводов классического [[компьютер]]а играют [[кубит]]ы, а роль логических блоков классического компьютера играют [[Унитарное преобразование|унитарные преобразования]]. Такая концепция квантового процессора и квантовых логических вентилей была предложена в 1989 году [[Дойч, Дэвид|Дэвидом Дойчем]]. Также Дэвид Дойч в 1995 году нашёл универсальный логический блок, с помощью которого можно выполнять любые квантовые вычисления.

Оказывается, что для построения любого вычисления достаточно двух базовых операций. Квантовая система даёт результат, только с некоторой вероятностью являющийся правильным. Но за счёт небольшого увеличения операций в алгоритме можно сколь угодно приблизить вероятность получения правильного результата к единице.

С помощью базовых квантовых операций можно симулировать работу обычных логических элементов, из которых сделаны обычные компьютеры. Поэтому любую задачу, которая решена сейчас, любой квантовый компьютер решит, и почти за такое же время<ref name="Google-AI">[https://lenta.ru/news/2013/05/16/dwave/ Google создаст искусственный интеллект на квантовом компьютере] {{Wayback|url=https://lenta.ru/news/2013/05/16/dwave/ |date=20170317055123 }}.</ref>.

Большая часть современных ЭВМ работают по такой же схеме: ''n'' битов памяти хранят состояние и каждый такт времени изменяются процессором. В квантовом случае система из ''n'' кубитов находится в состоянии, являющемся суперпозицией всех базовых состояний, поэтому изменение системы касается ''всех'' 2<sup>''n''</sup> базовых состояний одновременно. Теоретически новая схема может работать намного (в экспоненциальное число раз) быстрее классической. Практически, например, квантовый [[алгоритм Гровера]] поиска в базе данных показывает квадратичный прирост мощности против классических алгоритмов.

=== Алгоритмы ===
{{main|Квантовый алгоритм}}
Основные квантовые алгоритмы:
* [[алгоритм Гровера]]: позволяет найти решение уравнения <math>f(x) = 1,\ 0 \leqslant x < N</math> за время <math>O(\sqrt{N})</math>;
* [[алгоритм Шора]]: позволяет разложить натуральное число ''n'' на простые множители за [[Полиномиальный алгоритм|полиномиальное]] от log ''n'' время;
* [[алгоритм Залки — Визнера]] позволяет моделировать унитарную эволюцию квантовой системы <math>n</math> частиц за почти линейное время с использованием <math>O(n)</math> кубитов;
* [[алгоритм Дойча — Йожи]] позволяет «за одно вычисление» определить, является ли функция двоичной переменной ''f''(''n'') постоянной (''f''<sub>1</sub>(''n'') = 0, ''f''<sub>2</sub>(''n'') = 1 независимо от ''n'') или «сбалансированной» (''f''<sub>3</sub>(0) = 0, ''f''<sub>3</sub>(1) = 1; ''f''<sub>4</sub>(0) = 1, ''f''<sub>4</sub>(1) = 0);
* {{iw|алгоритм Саймона||en|Simon's algorithm}} решает проблему [[Чёрный ящик|чёрного ящика]] экспоненциально быстрее, чем любой классический алгоритм, включая вероятностные алгоритмы.

Было показано, что не для всякого алгоритма возможно «квантовое ускорение». Более того, возможность получения квантового ускорения для произвольного классического алгоритма является большой редкостью<ref name="oz">''Ozhigov Y.'' [http://xxx.lanl.gov/PS_cache/quant-ph/pdf/9803/9803064v1.pdf Quantum Computers Speed Up Classical with Probability Zero] // Chaos Solitons and Fractals, 10 (1999) 1707—1714.</ref>.

=== Пример реализации операции CNOT на зарядовых состояниях электрона в квантовых точках ===
Любая квантовая операция может быть реализована при помощи [[логический вентиль|логического вентиля]] «контролируемое отрицание» ([[CNOT]]) и поворота состояния одного кубита<ref>{{Статья |автор=Tycho Sleator, Harald Weinfurter |заглавие=Realizable Universal Quantum Logic Gates |ссылка=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.74.4087 |издание=Physical Review Letters |год=1995-05-15 |том=74 |выпуск=20 |страницы=4087—4090 |doi=10.1103/PhysRevLett.74.4087}}</ref><ref name=CiracZoller/>.

Один кубит можно представить в виде электрона в двухъямном потенциале, так что <math>|0\rangle</math> означает нахождение его в левой яме, а <math>|1\rangle</math> — в правой. Это называется кубит на зарядовых состояниях. Общий вид квантового состояния такого электрона: <math>|\Psi\rangle = \lambda_0|0\rangle + \lambda_1|1\rangle</math>. Зависимость его от времени есть зависимость от времени амплитуд <math>\lambda_0, \lambda_1</math>; она задаётся [[Уравнение Шрёдингера|уравнением Шрёдингера]] вида <math>i\hbar\tfrac{\partial}{\partial t}\Psi = H\Psi</math>, где [[Гамильтониан (квантовая механика)|гамильтониан]] <math>H</math> имеет в силу одинакового вида ям и [[Эрмитова матрица|эрмитовости]] вид
<math>\begin{pmatrix}
  a & -a \\
 -a & a
\end{pmatrix}</math> для некоторой константы <math>a</math>, так что вектор <math>|\tilde 0\rangle = \tfrac{1}{\sqrt{2}}(|0\rangle + |1\rangle )</math> есть собственный вектор этого гамильтониана с собственным значением 0 (так называемое основное состояние), а <math>|\tilde 1\rangle = \tfrac{1}{\sqrt{2}}(|0\rangle - |1\rangle )</math> — собственный вектор со значением <math>2a</math> (первое возбуждённое состояние). Никаких других собственных состояний (с определённым значением энергии) здесь нет, так как наша задача двумерная.

Поскольку каждое состояние <math>|\Psi\rangle</math> переходит за время <math>t</math> в состояние <math>\lambda_0 \exp(0t) |\tilde 0\rangle + \lambda_1 \exp(-2at/\hbar)|\tilde 1\rangle</math>, то для реализации операции NOT (перехода <math>|0\rangle \to |1\rangle</math> и наоборот достаточно просто подождать время <math>t = \pi \hbar/(2a)</math>. То есть операция [[NOT]] реализуется просто естественной квантовой эволюцией кубита при условии, что внешний потенциал задаёт двухъямную структуру; это делается с помощью технологии квантовых точек.

Для реализации [[CNOT]] надо расположить два кубита (то есть две пары ям) перпендикулярно друг другу и в каждой из них расположить по отдельному электрону. Тогда константа <math>a</math> для первой (управляемой) пары ям будет зависеть от того, в каком состоянии находится электрон во второй (управляющей) паре ям: если ближе к первой, то <math>a</math> будет больше, если дальше — меньше. Поэтому состояние электрона во второй паре определяет время совершения NOT в первой яме, что позволяет снова выбрать нужную длительность времени для реализации операции CNOT.

Эта схема очень приблизительная и идеализирована; реальные схемы сложнее, и их реализация представляет вызов экспериментальной физике.

=== Квантовая телепортация ===
{{main|Квантовая телепортация}}
Алгоритм телепортации реализует точный перенос состояния одного кубита (или системы) на другой. В простейшей схеме используются 3 кубита: телепортируемый кубит и [[квантовая запутанность|запутанная пара]], один кубит которой находится на другой стороне. Отметим, что в результате работы алгоритма первоначальное состояние источника разрушится — это пример действия общего [[Теорема о запрете клонирования|принципа невозможности клонирования]] — невозможно создать точную копию квантового состояния, не разрушив оригинал. Не получится скопировать ''произвольное'' состояние, и телепортация — замена этой операции.

Телепортация позволяет передавать квантовое состояние системы с помощью обычных классических каналов связи. Таким образом можно, в частности, получить связанное состояние системы, состоящей из подсистем, удалённых на большое расстояние. Это позволяет построить системы связи, в принципе не поддающиеся прослушиванию (на отрезке между «квантовыми» устройствами).

== Возможные применения ==

=== Приложения к криптографии ===
{{main|Квантовая криптография}}
Благодаря огромной скорости разложения на простые множители квантовый компьютер позволит расшифровывать сообщения, зашифрованные широко применяемым криптографическим алгоритмом [[RSA]]. До сих пор этот алгоритм считается сравнительно надёжным, так как эффективный способ разложения чисел на простые множители для классического компьютера в настоящее время неизвестен. Для того, например, чтобы получить доступ к кредитной карте{{прояснить}}, нужно разложить на два простых множителя число длиной в сотни цифр (даже для [[суперкомпьютер]]ов выполнение этой задачи заняло бы в сотни раз больше времени, чем [[возраст Вселенной]]). Благодаря квантовому [[Алгоритм Шора|алгоритму Шора]] эта задача становится вполне осуществимой, если квантовый компьютер будет построен. В связи с этим особую актуальность приобретают исследования по [[Постквантовая криптография|постквантовой криптографии]] — криптографическим алгоритмам, обеспечивающим конфиденциальность в условиях квантовых атак.

В конце декабря 2022 года была опубликована работа группы китайских учёных, которая продемонстрировала возможность взлома достаточно длинных RSA-ключей с помощью современных квантовых компьютеров. В работе рассказано о первом в истории взломе 48-битного ключа<ref>[https://3dnews.ru/1079798/kvantovie-kompyuteri-uge-gotovi-pohoronit-rsashifrovanie-zayavlyayut-kitayskie-uchyonie Квантовые компьютеры уже готовы похоронить RSA-шифрование, заявили китайские учёные] {{Wayback|url=https://3dnews.ru/1079798/kvantovie-kompyuteri-uge-gotovi-pohoronit-rsashifrovanie-zayavlyayut-kitayskie-uchyonie |date=20230105184820 }}, [[3dnews]], 4 января 2022 года.</ref>.

Применение идей квантовой механики уже открыло новую эпоху в области криптографии, так как методы [[Квантовая криптография|квантовой криптографии]] открывают новые возможности в области передачи сообщений<ref>''Валиев, К. А.'' [http://vivovoco.astronet.ru/VV/JOURNAL/VRAN/QUBIT/QUBIT.HTM Квантовая информатика: компьютеры, связь и криптография] {{Wayback|url=http://vivovoco.astronet.ru/VV/JOURNAL/VRAN/QUBIT/QUBIT.HTM |date=20160305224541 }} // Вестник российской академии наук. — 2000. — Том 70. — № 8. — С. 688—695.</ref>. Прототипы систем подобного рода находятся на стадии разработки<ref name=autogenerated1>[http://www.lenta.ru/news/2007/09/14/shor Созданы прототипы квантовых компьютеров] {{Wayback|url=http://www.lenta.ru/news/2007/09/14/shor |date=20080916123823 }} // lenta.ru.</ref>.

=== Исследования в области искусственного интеллекта ===
[[Квантовое машинное обучение]] позволяет манипулировать большими объёмами данных за один проход и моделировать нейронную сеть экспоненциального размера<ref>[https://geektimes.ru/post/298709/ Первостепенная задача квантовых компьютеров — усиление искусственного интеллекта] {{Wayback|url=https://geektimes.ru/post/298709/ |date=20180312143953 }}, geektimes.ru, 4 марта 2018 года.</ref>. В [[2013 год]]у корпорация [[Google (компания)|Google]] объявила об открытии лаборатории по квантовым исследованиям в области [[Искусственный интеллект|искусственного интеллекта]]<ref name="Google-AI" />. Концерн [[Volkswagen]] ведёт исследования в сфере применения квантовых компьютеров для разработки [[Беспилотный автомобиль|беспилотного автомобиля]] и новых типов аккумуляторных батарей (используя квантовые компьютеры Google и [[D-Wave]]). В ноябре 2018 года концерн объявил о разработке системы управления дорожным движением (с интеграцией в неё беспилотных машин), работающей с использованием квантовых компьютеров [[D-Wave]]<ref>[https://hightech.fm/2018/11/06/volkswagen-3 Volkswagen разработает квантовый компьютер для оптимизации дорожного трафика] {{Wayback|url=https://hightech.fm/2018/11/06/volkswagen-3 |date=20181111133630 }}.</ref>.

=== Молекулярное моделирование ===
Предполагается, что с помощью квантовых компьютеров станет возможно точное моделирование молекулярных взаимодействий и химических реакций. Химические реакции являются квантовыми по своей природе. Для классических компьютеров доступен обсчёт поведения только относительно простых молекул<ref>[https://hi-news.ru/computers/shest-primerov-kogda-kvantovye-kompyutery-nam-ochen-pomogut.html Шесть примеров, когда квантовые компьютеры нам очень помогут] {{Wayback|url=https://hi-news.ru/computers/shest-primerov-kogda-kvantovye-kompyutery-nam-ochen-pomogut.html |date=20180312022511 }}, hi-news.ru, 4 июля 2017 г.</ref>. По прогнозам экспертов, моделирование на квантовых компьютерах открывает новые перспективы для развития [[Химическая промышленность|химической отрасли]], в частности при создании лекарств<ref name="Кругляк">{{Книга|автор=Кругляк Ю. А.|заглавие=Квантовое моделирование в квантовой химии на квантовых компьютерах|год=2020|место=Одесса|издательство=ТЭС|isbn=ISBN: 978-617-7711-56-7}}</ref>.

== Физические реализации квантовых компьютеров ==
Построение квантового компьютера в виде реального физического прибора является фундаментальной задачей физики XXI века. По состоянию на начало 2018 года построены только ограниченные варианты квантового компьютера (самые большие сконструированные квантовые регистры имеют несколько десятков связанных кубитов<ref>{{cite web |url=http://phys.org/news/2011-04-quantum-bits-physicists-limits.html |title=14 quantum bits: Physicists go beyond the limits of what is currently possible in quantum computation |date=2011-04-01 |publisher=University of Innsbruck, Phys.org |lang=en |accessdate=2015-06-28 |archive-date=2015-06-30 |archive-url=https://web.archive.org/web/20150630121631/http://phys.org/news/2011-04-quantum-bits-physicists-limits.html |deadlink=no }}</ref><ref>{{cite web |url=http://phys.org/news/2014-11-largest-factored-quantum-device.html |title=New largest number factored on a quantum device is 56,153 |author=Lisa Zyga |date=2014-11-28 |publisher=Phys.org |lang=en |accessdate=2015-06-28 |archive-date=2017-12-11 |archive-url=https://web.archive.org/web/20171211170411/https://phys.org/news/2014-11-largest-factored-quantum-device.html |deadlink=no }}<!-- см таблицу, для строк где указан Shor--></ref><ref>[https://hitech.newsru.com/article/06mar2018/google72quant Google создала 72-кубитный квантовый компьютер] {{Wayback|url=https://hitech.newsru.com/article/06mar2018/google72quant |date=20180312083245 }}.</ref>).
Существуют скептические мнения о ряде перспектив квантовых вычислений:
{{начало цитаты}}
Практическое осуществление квантового компьютера основано на манипулировании на микроскопическом уровне и с грандиозной точностью многоэлементной физической системой с непрерывными степенями свободы. Очевидно, что для достаточно большой системы, квантовой или классической, эта задача становится невыполнимой, именно поэтому такие системы переходит из ведения микроскопической физики в область статистической физики. Представляет ли система из ''N'' = 10<sup>3</sup>÷10<sup>5</sup> квантовых спинов, необходимая, чтобы превзойти классический компьютер в решении ограниченного числа специальных задач, достаточно большой в этом смысле? Сможем ли мы когда-либо научиться контролировать 10<sup>300</sup> (по меньшей мере) амплитуд, определяющих квантовое состояние такой системы? Мой ответ — ''нет, никогда''.
{{конец цитаты|[[Дьяконов, Михаил Игоревич|М. И. Дьяконов]], «Будет ли у нас когда-нибудь квантовый компьютер?»<ref>{{Cite web |url=http://klnran.ru/2018/05/opublikovan-byulleten-v-zashhitu-nauki-21/ |title=Будет ли у нас когда-нибудь квантовый компьютер? |author=[[Дьяконов, Михаил Игоревич|М. И. Дьяконов]] |website=Комиссия по борьбе со лженаукой |date=2018 |publisher= |access-date=2018-12-06 |archive-date=2018-12-06 |archive-url=https://web.archive.org/web/20181206102455/http://klnran.ru/2018/05/opublikovan-byulleten-v-zashhitu-nauki-21/ |deadlink=no }}</ref>}}

=== Принципы физической реализации ===
Главные технологии для квантового компьютера:
# Твердотельные [[квантовые точки]] на [[полупроводник]]ах: в качестве логических кубитов используются либо зарядовые состояния (нахождение или отсутствие [[электрон]]а в определённой точке), либо направление электронного и/или ядерного [[спин]]а в данной квантовой точке. Управление через [[Электрическое поле|внешние потенциалы]] или [[лазер]]ным импульсом.
# [[Сверхпроводимость|Сверхпроводящие]] элементы ([[Эффект Джозефсона|джозефсоновские переходы]], [[СКВИД]]ы и др.). В качестве логических кубитов используются присутствие/отсутствие [[Куперовская пара|куперовской пары]] в определённой пространственной области. Управление: внешний потенциал/магнитный поток.
# [[Ион]]ы в вакуумных {{iw|ловушка Пауля|ловушках Пауля|en|Quadrupole ion trap}} (или атомы в [[Оптический пинцет|оптических ловушках]]). В качестве логических кубитов используются основное/возбуждённое состояния внешнего электрона в ионе. Управление: классические лазерные импульсы вдоль оси ловушки или направленные на индивидуальные ионы + колебательные моды ионного ансамбля. Эту схему предложили в 1994 году [[Петер Цоллер]] и [[Хуан Игнасио Сирак]]<ref name=CiracZoller>{{Статья |автор=J. I. Cirac, P. Zoller |заглавие=Quantum Computations with Cold Trapped Ions |ссылка=http://iontrap.umd.edu/wp-content/uploads/2013/10/Quantum-computations-with-cold-trapped-ions.pdf |язык= |издание=Physical Review Letters |тип= |год=1995-05-15 |месяц= |число= |том=74 |выпуск=20 |номер= |страницы=4091—4094 |issn= |doi=10.1103/PhysRevLett.74.4091 |archivedate=2021-01-26 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20210126033001/http://iontrap.umd.edu/wp-content/uploads/2013/10/Quantum-computations-with-cold-trapped-ions.pdf }}</ref><ref>{{Статья |автор=Ferdinand Schmidt-Kaler, Hartmut Haeffner, Mark Riebe, Stephan Gulde, Gavin P. T. Lancaster |заглавие=Realization of the Cirac-Zoller controlled-NOT quantum gate |ссылка=https://www.researchgate.net/publication/10834577_Realization_of_the_Cirac-Zoller_controlled-NOT_quantum_gate |издание=Nature |год=2003-04-01 |том=422 |страницы=408—411 |doi=10.1038/nature01494 |язык=en |archivedate=2018-07-14 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20180714221828/https://www.researchgate.net/publication/10834577_Realization_of_the_Cirac-Zoller_controlled-NOT_quantum_gate }}</ref>.
# Смешанные технологии: использование заранее приготовленных запутанных состояний [[фотон]]ов для управления атомными ансамблями или как элементы управления классическими вычислительными сетями.
# Оптические технологии: использование генерации квантовых состояний света, быстрого и перенастраиваемого управления этими состояниями и их детектирование<ref name="Opt1">{{Cite web |url=https://hightech.plus/2018/12/12/dostignut-progress-v-sozdanii-opticheskogo-kvantovogo-kompyutera |title=Достигнут прогресс в создании оптического квантового компьютера |access-date=2019-11-03 |archive-date=2019-11-03 |archive-url=https://web.archive.org/web/20191103105800/https://hightech.plus/2018/12/12/dostignut-progress-v-sozdanii-opticheskogo-kvantovogo-kompyutera |deadlink=no }}</ref><ref name="Opt2">DECEMBER 10, 2018 [https://phys.org/news/2018-12-optical-device-quantum-closer.html New optical device brings quantum computing a step closer] {{Wayback|url=https://phys.org/news/2018-12-optical-device-quantum-closer.html |date=20191103105758 }}</ref>.

Основные проблемы, связанные с созданием и применением квантовых компьютеров:
* необходимо обеспечить высокую точность измерений;
* внешние воздействия (включая передачу полученных результатов) могут разрушить квантовую систему или внести в неё искажения.

Чем больше кубитов находятся в связанном состоянии, тем менее стабильной является система. Для достижения «квантового превосходства» требуется компьютер со многими десятками связанных кубитов, работающими стабильно и с малым числом ошибок. Вопрос о том, до какой степени возможно масштабирование такого устройства (так называемая «проблема масштабирования»), является предметом новой интенсивно развивающейся области — ''многочастичной квантовой механики''. Центральным здесь является вопрос о природе [[Декогеренция|декогерентности]] (точнее, о [[Редукция фон Неймана|коллапсе волновой функции]]), который пока остаётся открытым. Различные трактовки этого процесса можно найти в книгах<ref name="penroze">''Р. Пенроуз''. [http://burnlib.com/x/r-penrouz-put-k-real-nosti-ili-zakony-upravlyayushie-vselennoiy/ Путь к Реальности] {{Wayback|url=http://burnlib.com/x/r-penrouz-put-k-real-nosti-ili-zakony-upravlyayushie-vselennoiy/ |date=20120531075257 }}.</ref><ref name="broer">''X. Бройер, Ф. Петруччионе''. [http://books.marketdigest.ru/offer_5470824o.html Теория открытых квантовых систем]. {{Wayback |url=http://books.marketdigest.ru/offer_5470824o.html |date=20131215132252}}</ref><ref name="ozhigov">''Ю. И. Ожигов''. [http://www.rcd.ru/details/1292 Конструктивная физика]. {{Wayback|url=http://www.rcd.ru/details/1292 |date=20130902061511 }} // rcd.ru.</ref>.

На рубеже XX—XXI веков во многих научных лабораториях были созданы однокубитные квантовые процессоры (по существу, управляемые двухуровневые системы, в которых можно было предполагать возможность масштабирования на много кубитов).

=== Экспериментальные образцы ===
<!-- [[Файл:Measuring a qubit leaves no room for error.jpg|thumb|400px|Сборка криогенной части разрабатываемого [[Всероссийский НИИ автоматики имени Н. Л. Духова|ВНИИА]] российского квантового компьютера на основе сверхпроводящих кубитов и сверхвысокочастотных {{iw|Копланарный волновод|копланарных резонаторов||Coplanar waveguide}}, 2019 год]]-->
В конце 2001 года IBM заявила об успешном тестировании 7-кубитного квантового компьютера, реализованного с помощью [[Ядерный магнитный резонанс|ядерного магнитного резонанса]]. На нём был исполнен [[алгоритм Шора]] и были найдены сомножители числа 15<ref>{{cite web |url=http://www.geek.com/chips/biggest-quantum-computer-to-date-544054/ |title=Biggest quantum computer to date |date=2001-12-24 |publisher=Geek.com |lang=en |accessdate=2015-06-28 |archive-date=2015-07-01 |archive-url=https://web.archive.org/web/20150701121339/http://www.geek.com/chips/biggest-quantum-computer-to-date-544054/ |deadlink=yes }}</ref>.

В [[2005 год]]у группой [[Пашкин, Юрий Александрович|Ю. Пашкина]] (кандидат физ.-мат. наук, старший научный сотрудник лаборатории сверхпроводимости г. Москвы) при помощи японских специалистов был построен двухкубитный квантовый процессор на сверхпроводящих элементах<ref>http://dml.riken.jp/pub/nori/pdf/PhysicaC_426_1552_Coherent_manipulations.pdf {{Wayback|url=http://dml.riken.jp/pub/nori/pdf/PhysicaC_426_1552_Coherent_manipulations.pdf |date=20130308061214 }}.</ref>.

В ноябре 2009 года физикам из [[Национальный институт стандартов и технологий (США)|Национального института стандартов и технологий]] (США) впервые удалось собрать программируемый квантовый компьютер, состоящий из двух кубитов<ref>[https://www.newscientist.com/article/dn18154-first-universal-programmable-quantum-computer-unveiled.html First universal programmable quantum computer unveiled] {{Wayback|url=https://www.newscientist.com/article/dn18154-first-universal-programmable-quantum-computer-unveiled.html |date=20150406193227 }}.</ref>.

В феврале 2012 года компания [[IBM]] сообщила о достижении значительного прогресса в физической реализации квантовых вычислений с использованием [[Сверхпроводящие квантовые вычисления|сверхпроводящих кубитов]], соединённых с кремниевыми микросхемами, что, по мнению компании, позволит начать работы по созданию квантового компьютера<ref>[http://www.oszone.net/17389/ibm_quantum_computing IBM сообщает об успехах в создании квантового компьютера] {{Wayback|url=http://www.oszone.net/17389/ibm_quantum_computing |date=20120307214627 }} // oszone.net.</ref>.

В апреле 2012 года группе исследователей из [[Южно-Калифорнийский университет|Южно-Калифорнийского университета]], [[Делфтский технический университет|Технологического университета Дельфта]], [[Университет штата Айова|университета штата Айова]] и [[Калифорнийский университет в Санта-Барбаре|Калифорнийского университета, Санта-Барбара]], удалось построить двухкубитный квантовый компьютер на кристалле [[алмаз]]а с примесями. Компьютер функционирует при комнатной температуре и теоретически является масштабируемым. В качестве двух логических кубитов использовались направления спина электрона и ядра [[азот]]а, соответственно. Для обеспечения защиты от влияния декогерентности была разработана целая система, которая формировала импульс микроволнового излучения определённой длительности и формы. При помощи этого компьютера реализован [[алгоритм Гровера]] для четырёх вариантов перебора, что позволило получить правильный ответ с первой попытки в 95 % случаев<ref>[http://www.dailytechinfo.org/infotech/3504-defekty-kristallicheskoy-reshetki-almaza-pozvolili-sozdat-blestayuschiy-kvantovyy-kompyuter.html Дефекты кристаллической решетки алмаза позволили создать «блистающий» квантовый компьютер] {{Wayback|url=http://www.dailytechinfo.org/infotech/3504-defekty-kristallicheskoy-reshetki-almaza-pozvolili-sozdat-blestayuschiy-kvantovyy-kompyuter.html |date=20120413030112 }}.</ref><ref>[http://www.futurity.org/science-technology/quantum-computer-built-inside-diamond/ Quantum computer built inside diamond — article with reference to the original work in Nature] {{Wayback|url=http://www.futurity.org/science-technology/quantum-computer-built-inside-diamond/ |date=20120413225209 }}.</ref>.

В июле 2017 года группа физиков под руководством [[Лукин, Михаил Дмитриевич|Михаила Лукина]], сооснователя Российского квантового центра и профессора Гарвардского университета, создала программируемый 51-кубитный квантовый симулятор<ref>{{Статья |автор=Hannes Bernien, Sylvain Schwartz, Alexander Keesling, Harry Levine, Ahmed Omran |заглавие=Probing many-body dynamics on a 51-atom quantum simulator |ссылка=https://www.nature.com/articles/nature24622 |язык=En |издание=Nature |тип= |год=2017/11 |месяц= |число= |том=551 |выпуск=7682 |номер= |страницы=579—584 |issn=1476-4687 |doi=10.1038/nature24622 |arxiv=1707.04344 |archivedate=2018-02-14 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20180214233421/https://www.nature.com/articles/nature24622 }}</ref>. Это самая сложная подобная система из существовавших на тот момент. Авторы проверили работоспособность симулятора моделированием сложной системы из множества частиц — это позволило физикам предсказать некоторые ранее неизвестные эффекты<ref name=n1-51qubit2017>{{Cite web |url=https://nplus1.ru/news/2017/07/14/51-qubit |title=Российско-американские физики создали рекордно сложный 51-кубитный квантовый компьютер |author=Владимир Королев |publisher=nplus1.ru |accessdate=2017-07-15 |archive-date=2017-07-14 |archive-url=https://web.archive.org/web/20170714164823/https://nplus1.ru/news/2017/07/14/51-qubit |deadlink=no }}</ref>.
Примерно в это же время другая группа учёных из [[Мэрилендский университет в Колледж-Парке|университета Мэриленд]] под руководством {{iw|Монро, Кристофер|Кристофера Монро||Christopher Monroe}} создала 53-кубитный симулятор, основанный на ионах в оптической ловушке<ref name=monro>{{Статья |автор=J. Zhang, G. Pagano, P. W. Hess, A. Kyprianidis, P. Becker |заглавие=Observation of a many-body dynamical phase transition with a 53-qubit quantum simulator |ссылка=https://www.nature.com/articles/nature24654 |язык=en |издание=Nature |тип= |год=2017/11 |месяц= |число= |том=551 |выпуск=7682 |номер= |страницы=601—604 |issn=1476-4687 |doi=10.1038/nature24654 |arxiv=1708.01044 |archivedate=2017-11-30 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20171130033623/https://www.nature.com/articles/nature24654 }}</ref><ref name=n1-53qubit2017>{{Cite web |url=https://nplus1.ru/news/2017/11/29/53-qubit-record |title=Физики создали рекордно сложный 53-кубитный квантовый вычислитель |author=Владимир Королев |publisher=nplus1.ru |accessdate=2018-01-14 |archive-date=2018-01-14 |archive-url=https://web.archive.org/web/20180114184459/https://nplus1.ru/news/2017/11/29/53-qubit-record |deadlink=no }}</ref>.
Однако обе эти системы не являются универсальным компьютером, а созданы для решения одной задачи<ref>{{Cite news |title=Quantum simulator with 51 qubits is largest ever |url=https://www.newscientist.com/article/2141105-quantum-simulator-with-51-qubits-is-largest-ever/ |work=New Scientist |accessdate=2017-07-21 |language=en |archivedate=2017-07-18 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20170718183243/https://www.newscientist.com/article/2141105-quantum-simulator-with-51-qubits-is-largest-ever/ }}</ref><ref name=monro/>.

<!-- 7 ноября 2017 года на технологической конференции «Веб-саммит 2017» (Лиссабон) Volkswagen Group и Google объявили о всестороннем сотрудничестве в области квантовых вычислений. Обе компании будут совместно изучать использование квантовых компьютеров, стремясь создать специализированные знания и проводить практические исследования. В рамках этого сотрудничества команда специалистов из Volkswagen и Google будет работать вместе с использованием квантового компьютера Google<ref>{{cite news|title=Volkswagen Group and Google work together on quantum computers|url=https://media.vw.com/releases/951|accessdate=2017-11-10|work=Volkswagen of America, Inc. Newspress Limited|date=2017-11-07}}</ref>.-->
В ноябре 2017 года учёные IBM успешно построили и испытали прототип процессора с 50 кубитами<ref>[https://www.ibm.com/blogs/research/2017/11/the-future-is-quantum/ The future is quantum] {{Wayback|url=https://www.ibm.com/blogs/research/2017/11/the-future-is-quantum/ |date=20180109214517 }}. IBM Blog Research.</ref><ref>[https://www.technologyreview.com/s/609451/ibm-raises-the-bar-with-a-50-qubit-quantum-computer/ IBM Raises the Bar with a 50-Qubit Quantum Computer] {{Архивировано|url=https://wayback.archive-it.org/all/20171119050702/https://www.technologyreview.com/s/609451/ibm-raises-the-bar-with-a-50-qubit-quantum-computer/ |date=2017-11-19 }}. MIT Technology Review.</ref><ref>{{cite news |url=http://korrespondent.net/business/web/3905753-IBM-sozdala-moschneishyi-kvantovyi-kompuiter |title=IBM создала мощнейший квантовый компьютер |date=2017-11-12 |publisher=[[Корреспондент (журнал)|Корреспондент.net]] |lang=ru |accessdate=2017-11-13 |archivedate=2017-11-13 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20171113043918/http://korrespondent.net/business/web/3905753-IBM-sozdala-moschneishyi-kvantovyi-kompuiter }}</ref>.

В январе 2018 года исполнительный директор компании [[Intel]] Брайан Кржанич сообщил о создании сверхпроводящей квантовой микросхемы под кодовым именем «Tangle Lake», обладающей 49 кубитами. По его прогнозу, квантовые компьютеры помогут в создании лекарств, финансовом моделировании и составлении прогнозов погоды. Intel ведёт разработки квантовых компьютеров по двум направлениям: создание устройств на сверхпроводниках и кремниевых микросхемах со «спиновыми кубитами»<ref>[https://3dnews.ru/963834 CES 2018: Intel продвинулась в квантовых и нейроморфных вычислениях] {{Wayback|url=https://3dnews.ru/963834 |date=20180110174513 }}, 3dnews.ru, 9 января 2018 года.</ref><ref>[https://newsroom.intel.com/news/intel-advances-quantum-neuromorphic-computing-research/ 2018 CES: Intel Advances Quantum and Neuromorphic Computing Research] {{Wayback|url=https://newsroom.intel.com/news/intel-advances-quantum-neuromorphic-computing-research/ |date=20180226164247 }}, сайт [[Intel]], 8 января 2018 года.</ref>.

В марте 2018 года компания [[Google (компания)|Google]] объявила, что ей удалось построить 72-кубитный квантовый процессор {{Не переведено 5|Bristlecone|Bristlecone||Bristlecone (disambiguation)}}, имеющий низкую вероятность ошибок в вычислениях. Компания не раскрыла подробных характеристик устройства, однако утверждает, что оно позволяет достичь «квантового превосходства». Согласно специалистам Google, для того, чтобы квантовый компьютер мог решать задачи, недоступные для «обычных» компьютеров, требуется соблюдение следующих условий: в его состав должно входить не менее 49 кубитов, «глубина» ({{lang-en|circuit depth}}) должна превышать 40 кубитов, а вероятность ошибки в двухкубитном логическом элементе должна быть не выше 0,5 %. Представители компании выразили надежду, что в будущем они смогут достигнуть этих показателей<ref>[https://nplus1.ru/news/2018/03/06/google-72-qubit Google построил 72-кубитный квантовый компьютер] {{Wayback|url=https://nplus1.ru/news/2018/03/06/google-72-qubit |date=20180306202627 }}, N+1, 5 марта 2018 г.</ref><ref>[https://research.googleblog.com/2018/03/a-preview-of-bristlecone-googles-new.html A Preview of Bristlecone, Google’s New Quantum Processor] {{Wayback|url=https://research.googleblog.com/2018/03/a-preview-of-bristlecone-googles-new.html |date=20180311220035 }}, Google Research Blog, 5 марта 2018 года.</ref>.

В декабре 2018 года сообщено о разработке оптического микрочипа, который в будущем запланировано использовать в качестве составной части квантового компьютера<ref name="Opt1"></ref><ref name="Opt2"></ref>.

В январе 2019 года компания [[IBM]] представила первый в мире коммерческий квантовый компьютер [[IBM Q System One]]<ref name="hpscw">{{Cite web|url=https://www.hpcwire.com/2019/01/10/ibm-quantum-update-q-system-one-launch-new-collaborators-and-qc-center-plans/|title=IBM Quantum Update: Q System One Launch, New Collaborators, and QC Center Plans|website=HPCwire|date=2019-01-10|access-date=2022-04-11|archive-date=2020-11-12|archive-url=https://web.archive.org/web/20201112000502/https://www.hpcwire.com/2019/01/10/ibm-quantum-update-q-system-one-launch-new-collaborators-and-qc-center-plans/|deadlink=no}}</ref><ref name="business">{{Cite web|url=https://www.businessinsider.com/ibm-unveils-ibm-q-system-one-the-first-commercial-quantum-computer-2019-1|title=IBM unveils the world's first quantum computer that businesses can actually use to solve previously impossible problems|author=Chan|first=Rosalie|website=Business Insider|date=2019-01-13|access-date=2022-04-11|archive-date=2021-01-28|archive-url=https://web.archive.org/web/20210128004723/https://www.businessinsider.com/ibm-unveils-ibm-q-system-one-the-first-commercial-quantum-computer-2019-1|deadlink=no}}</ref>.

В октябре 2019 года компания [[Google (компания)|Google]] объявила, что ей удалось построить 53-кубитный сверхпроводящий квантовый процессор [[Sycamore (процессор)|Sycamore]] и продемонстрировать «квантовое превосходство» над обычными компьютерами<ref>[[Nature]] 23 October 2019 ''Frank Arute, Kunal Arya, et al.'' [https://www.nature.com/articles/s41586-019-1666-5 Quantum supremacy using a programmable superconducting processor] {{Wayback|url=https://www.nature.com/articles/s41586-019-1666-5 |date=20191023124420 }} 574, pages 505—510 (2019)</ref><ref>[https://ai.googleblog.com/2019/10/quantum-supremacy-using-programmable.html Quantum Supremacy Using a Programmable Superconducting Processor] {{Wayback|url=https://ai.googleblog.com/2019/10/quantum-supremacy-using-programmable.html |date=20191023092725 }} Wednesday, October 23, 2019 Posted by John Martinis, Chief Scientist Quantum Hardware and Sergio Boixo, Chief Scientist Quantum Computing Theory, Google AI Quantum</ref><ref>[[Meduza]] 20:05, 24 октября 2019 ''Александр Ершов'' [https://meduza.io/feature/2019/10/24/ura-fiziki-dostigli-kvantovogo-prevoshodstva-a-mozhet-i-ne-dostigli-my-ne-znaem-oni-ne-znayut-nikto-ne-znaet-na-to-ono-i-kvantovoe Ура, физики из Google достигли квантового превосходства! А может, и не достигли! Мы не знаем, они не знают, никто не знает — на то оно и квантовое…] {{Wayback|url=https://meduza.io/feature/2019/10/24/ura-fiziki-dostigli-kvantovogo-prevoshodstva-a-mozhet-i-ne-dostigli-my-ne-znaem-oni-ne-znayut-nikto-ne-znaet-na-to-ono-i-kvantovoe |date=20191026165211 }}</ref>.

В декабре 2020 года исследователи из [[Научно-технический университет Китая|Научно-технического университета Китая]] опубликовали статью, в которой утверждается, что их квантовый компьютер [[Цзючжан]] смог достичь квантового превосходства. Ему всего за несколько минут удалось провести операцию, которая традиционным способом решалась бы около двух миллиардов лет. Компьютер работает на основе оптических квантовых вычислителей (кубиты базируются на фотонах) с применением «бозонного семплинга»<ref>[https://meduza.io/feature/2020/12/07/kitayskie-fiziki-vtorymi-v-mire-dostigli-kvantovogo-prevoshodstva-chego-chego-prevoshodstva-nad-chem Китайские физики вторыми в мире достигли квантового превосходства] {{Wayback|url=https://meduza.io/feature/2020/12/07/kitayskie-fiziki-vtorymi-v-mire-dostigli-kvantovogo-prevoshodstva-chego-chego-prevoshodstva-nad-chem |date=20201207052255 }}, [[Meduza]], 7 декабря 2020 года.</ref>.

{{Внешние медиафайлы
 |width  = 350px
 |align  = center
 |clear  = none
 |video1 = [https://english.cas.cn/newsroom/mutimedia_news/202110/t20211027_286897.shtml Прототип квантового компьютера «Цзючжан-2.0»]  (Сайт [[Китайская академия наук|Китайской академии наук]]).
}}

В 2021 году группы китайских учёных под руководством [[Пань Цзяньвэй|Пань Цзяньвэя]] создали два прототипа квантовых компьютеров:
* сверхпроводящий квантовый процессор «Цзу Чунчжи 2.1» с 66 кубитами;
* квантовый компьютер «Цзючжан-2.0» со 113 обнаруженными фотонами (кубитами), решающий задачу отбора проб гауссовых бозонов в септиллион раз быстрее самых производительных суперкомпьютеров<ref>{{статья|заглавие=Китай достиг квантового превосходства на двух технических линиях|ссылка=http://russian.news.cn/2021-10/26/c_1310269710.htm|издание=Синьхуа|archivedate=2021-12-28|archiveurl=https://web.archive.org/web/20211228214501/http://russian.news.cn/2021-10/26/c_1310269710.htm}}</ref><ref>{{статья|заглавие=China Focus: Chinese scientists develop new quantum computer with 113 detected photons|ссылка=http://www.news.cn/english/2021-10/26/c_1310269887.htm|издание=Xinhua.|archivedate=2022-03-09|archiveurl=https://web.archive.org/web/20220309164043/http://www.news.cn/english/2021-10/26/c_1310269887.htm}}</ref>.

В конце 2021 года компания IBM представила свой новый квантовый процессор на сверхпроводящих кубитах, получивший название ''Eagle («Орёл»)'', который является частью программы по созданию супербыстрых компьютеров. У нового чипа 127 кубитов, что в два раза превышает предыдущие квантовые процессоры IBM<ref>[https://www.bbc.com/russian/news-59326139 Шаг в будущее: компания IBM представила новый чип для квантового компьютера] {{Wayback|url=https://www.bbc.com/russian/news-59326139 |date=20211118064653 }}, [[Би-Би-Си]], 17 ноября 2021 года.</ref>.

В ноябре 2022 года компания IBM представила свой новый квантовый процессор Osprey c 433 кубитами, который будет использовать компьютер IBM Quantum System Two<ref>November 9, 2022 [https://www.hpcwire.com/off-the-wire/ibm-unveils-400-qubit-plus-quantum-processor-and-next-gen-quantum-system-two/ IBM Unveils 400 Qubit-Plus Quantum Processor and Next-Gen Quantum System Two] {{Wayback|url=https://www.hpcwire.com/off-the-wire/ibm-unveils-400-qubit-plus-quantum-processor-and-next-gen-quantum-system-two/ |date=20230101125557 }}</ref><ref>10.11.2022 ''Геннадий Детинич'' [https://3dnews.ru/1077149/ibm-predstavila-kvantoviy-protsessor-s-433-kubitami-budushchee-ne-za-gorami IBM представила квантовый процессор с 433 кубитами — самый мощный и совершенный в мире] {{Wayback|url=https://3dnews.ru/1077149/ibm-predstavila-kvantoviy-protsessor-s-433-kubitami-budushchee-ne-za-gorami |date=20230101125553 }}</ref><ref>{{Cite web |url=https://www.atomic-energy.ru/news/2022/11/11/130189 |title=IBM представила рекордный квантовый компьютер с 433 кубитами |access-date=2023-01-01 |archive-date=2023-01-01 |archive-url=https://web.archive.org/web/20230101125603/https://www.atomic-energy.ru/news/2022/11/11/130189 |deadlink=no }}</ref>.

В России в 2024 году создали первый 50-кубитный компьютер и планируют создать в 2025 году 75-кубитный компьютер<ref>{{Cite news|title=В России планируют создать квантовый компьютер на 75 кубитов в 2025 году|url=https://ria.ru/20241125/kompyuter-1985499708.html|website=[[РИА Новости]]|date=2024.11.25}}</ref> и несколько 50 кубитных компьютеров<ref>{{Cite news|title=В РФ в 2025 году представят несколько 50-кубитных квантовых компьютеров|url=https://nauka.tass.ru/nauka/22373561|website=[[ТАСС]]|date=2024.11.11}}</ref>.

6 января 2024 года в городе [[Хэфэй]] введён в эксплуатацию китайский квантовый компьютер на сверхпроводниках третьего поколения «Бэньюань [[Сунь Укун|Укун]]» ({{китайский||本源悟空}}) со 198 кубитами (72 рабочих и 126 связанных), 10 апреля 2024 года на нём установлена первая китайская защитная система [[Постквантовая криптография|постквантовой криптографии]], а 25 октября 2024 года осуществлено самое крупномасштабное в мире [[гидродинамика|гидродинамическое]] моделирование, результаты которого опубликованы в международном научном журнале<ref>{{статья|автор=Zhao-Yun Chen et al.|заглавие=Enabling large-scale and high-precision fluid simulations on near-term quantum computers|издание=Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering|том=432, Part B|год=2024|месяц=December|число=1|doi=10.1016/j.cma.2024.117428||язык=en}}</ref><ref>{{cite web|title=中国量子计算产业按下“加速键”|date=9 января 2025|lang=zh|publisher=Агентство «[[Синьхуа]]»|url=http://www.news.cn/tech/20250109/77579ce76a05455da2386839f09c1d33/c.html}}</ref>.

19 февраля 2025 года Microsoft представила новый квантовый чип [[Majorana 1]], в котором, вместо традиционных [[Сверхпроводящие квантовые вычисления|сверхпроводящих кубитов]], используется новый тип материала, называемый [[Топопроводник|топопроводником]]. Это может стать значительным достижением в области квантовых вычислений, и по заявлениям Microsoft, позволит разработать практический квантовый компьютер не за десятилетия, как считалось ранее, а всего за несколько лет<ref>{{Cite web|url=https://news.microsoft.com/source/features/ai/microsofts-majorana-1-chip-carves-new-path-for-quantum-computing/|title=Microsoft’s Majorana 1 chip carves new path for quantum computing|lang=en-US|website=Source|access-date=2025-02-20}}</ref>.

=== Адиабатические компьютеры D-Wave ===
{{main|D-Wave Systems}}
Канадская компания [[D-Wave Systems]] с 2007 года заявляла о создании различных вариантов квантового компьютера: от 16-кубитного до 2000-кубитного. Компьютеры D-Wave пригодны для решения лишь узкого класса задач. Некоторые исследователи высказывали сомнения, что в компьютерах компании действительно достигается существенное «квантовое ускорение», однако компьютеры D-Wave (предлагаемые по ценам 10—15 млн [[USD]]) покупались компаниями [[Google (компания)|Google]], [[Lockheed Martin]] и [[Temporal Defense Systems]], а также агентством [[NASA]] и [[Лос-Аламосская национальная лаборатория|Лос-Аламосской национальной лабораторией]]<ref>[https://www.forbes.com/sites/alexknapp/2011/05/25/d-wave-sells-quantum-computer-to-lockheed-martin/#211a96d926b4 D-Wave Sells Quantum Computer to Lockheed Martin] {{Wayback|url=https://www.forbes.com/sites/alexknapp/2011/05/25/d-wave-sells-quantum-computer-to-lockheed-martin/#211a96d926b4 |date=20180315004528 }}.</ref><ref>[https://www.dwavesys.com/our-company/customers Customers] {{Wayback|url=https://www.dwavesys.com/our-company/customers |date=20180724100739 }}, сайт D-Wave.</ref>.

В декабре 2015 года специалисты компании [[Google (компания)|Google]] подтвердили, что, согласно их исследованию, компьютер D-Wave использует квантовые эффекты. При этом в «1000-кубитном» компьютере кубиты в действительности организованы в кластеры по 8 кубитов каждый. Тем не менее это позволило добиться быстродействия в 100 млн раз больше (по сравнению с обычным компьютером) в одном из алгоритмов<ref>[http://news.mit.edu/2015/3q-scott-aaronson-google-quantum-computing-paper-1211 3Q: Scott Aaronson on Google’s new quantum-computing paper] {{Wayback|url=http://news.mit.edu/2015/3q-scott-aaronson-google-quantum-computing-paper-1211 |date=20160524174145 }}, 11 декабря 2015.</ref>.

В феврале 2022 года Исследовательский центр Юлиха в Германии запустил квантовый суперкомпьютер с более чем 5000 кубитов. Компьютер был создан на базе канадской системы D-Wave с удалённым облачным доступом. Эта квантовая разработка предназначена для решения задач оптимизации и выборки. Чтобы реализовать коммерческое применение квантовых вычислений, германский центр создал Юлихскую пользовательскую инфраструктуру для квантовых вычислений (JUNIQ), чтобы обеспечить доступ к такого рода вычислениям различным группам пользователей и компаний в Европе<ref>{{Cite web|lang=ru|url=https://www.ixbt.com/news/2022/02/01/zarabotal-pervyj-v-evrope-kvantovyj-superkompjuter-s-bolee-chem-5000-kubitami.html|title=Заработал первый в Европе квантовый суперкомпьютер более чем с 5000 кубитами|website=iXBT.com|access-date=2022-02-28|archive-date=2022-02-28|archive-url=https://web.archive.org/web/20220228124410/https://www.ixbt.com/news/2022/02/01/zarabotal-pervyj-v-evrope-kvantovyj-superkompjuter-s-bolee-chem-5000-kubitami.html|deadlink=no}}</ref>.

== См. также ==
* [[Сверхпроводящие квантовые вычисления]]

== Примечания ==
{{примечания}}

== Литература ==
'''Статьи'''
* Опенов Л. А. Спиновые логические вентили на основе квантовых точек // [[Соросовский образовательный журнал]], 2000, т. 6, № 3, с. 93-98;
* ''G. Brassard, I. Chuang, S. Lloyd, C. Monroe.'' [http://www.pnas.org/content/95/19/11032.full Quantum computing] {{Wayback|url=http://www.pnas.org/content/95/19/11032.full |date=20181020231920 }} // ''[[PNAS]].'' — 1998. — Vol. 95. — P. 11032—11033.
* ''[[Килин, Сергей Яковлевич|Килин С. Я.]]'' [http://ufn.ru/ru/articles/1999/5/b/ Квантовая информация] {{Wayback|url=http://ufn.ru/ru/articles/1999/5/b/ |date=20100929192824 }} // ''[[УФН]].'' — 1999. — Т. 169. — C. 507—527.
* ''[[Валиев, Камиль Ахметович|Валиев К. А.]]'' [http://ufn.ru/ru/articles/1999/6/i/ Квантовые компьютеры: можно ли их сделать «большими»?] {{Wayback|url=http://ufn.ru/ru/articles/1999/6/i/ |date=20091223105120 }} // ''[[УФН]]''. — 1999. — Т. 169. — C. 691—694.
* ''A. M. Steane, E. G. Rieffel.'' [https://web.archive.org/web/20061017015251/http://www.fxpal.com/?p=abstract&abstractID=50 Beyond Bits: The Future of Quantum Information Processing] // ''IEEE Computer.'' — January 2000. — P. 38—45.
* ''Kilin S.Ya.'' Quanta and information // ''Progress in optics.'' — 2001. — Vol. 42. — P. 1-90.
* ''[[Валиев, Камиль Ахметович|Валиев К. А.]]'' [http://ufn.ru/ru/articles/2005/1/a Квантовые компьютеры и квантовые вычисления] {{Wayback|url=http://ufn.ru/ru/articles/2005/1/a |date=20090210063140 }} // ''[[УФН]]''. — 2005. — Т. 175. — C. 3—39.
* ''T. D. Ladd, F. Jelezko, R. Laflamme, Y. Nakamura, C. Monroe, J. L. O’Brien.'' [http://arxiv.org/abs/1009.2267 Quantum Computing] {{Wayback|url=http://arxiv.org/abs/1009.2267 |date=20130921013714 }} // ''[[Nature]]''. — 2010. — Vol. 464. — P. 45—53.
* Квантовый компьютер и квантовые вычисления. Глав. ред. В. А. Садовничий, Ижевск: ИЖТ, 1999. — 288с.

'''Книги'''
* [http://books.prometey.org/download/15288.html Квантовые вычисления за и против] {{Wayback|url=http://books.prometey.org/download/15288.html |date=20210316033523 }} / Под ред. Садовничего В. А.
* [http://books.prometey.org/download/15289.html Квантовый компьютер и квантовые вычисления] {{Wayback|url=http://books.prometey.org/download/15289.html |date=20210316033522 }} / Под ред. Садовничего В. А.
* {{книга|автор= Баумейстер Д., [[Экерт, Артур|Экерт А.]], [[Цайлингер, Антон|Цайлингер А.]]|заглавие=Физика квантовой информации|город=М.|издательство=Постмаркет|год=2002|страниц=376}}
* {{книга|автор=[[Валиев, Камиль Ахметович|Валиев К. А.]], А. А. Кокин|заглавие=Квантовые компьютеры: надежды и реальность|город=Ижевск|издательство=РХД|год=2004|страниц=320}}
* {{книга|автор=[[Дойч, Дэвид|Дойч Д.]]|заглавие=Структура реальности|город=Ижевск|издательство=РХД|год=2001|страниц=400}}
* {{книга|автор=Кайе Ф., Лафламм Р., Моска М.|заглавие=Введение в квантовые вычисления|город=Ижевск|издательство=РХД|год=2009|страниц=360}}
* ''[[Китаев, Алексей Юрьевич|Китаев А. Ю.]], [[Александр Шень|Шень А.]], [[Вялый, Михаил Николаевич|Вялый М. Н.]]'' [https://mccme.ru/free-books/qcomp/qbook.pdf Классические и квантовые вычисления] {{Wayback|url=https://mccme.ru/free-books/qcomp/qbook.pdf |date=20210709191238 }}. М.: МЦНМО, 1999. 192 с.
* {{книга|автор=Нильсен М., Чанг И.|заглавие=Квантовые вычисления и квантовая информация|город=М.|издательство=Мир|год=2006|страниц=824}}
* {{книга |автор=[[Ожигов, Юрий Игоревич|Ожигов Ю. И.]] |заглавие=Квантовые вычисления |город=М. |издательство=Макс Пресс |год=2003 |страниц=152 |ссылка=http://sqi.cs.msu.su/store/storage/g1xr51z_ozhigov.pdf }} {{Wayback|url=http://sqi.cs.msu.su/store/storage/g1xr51z_ozhigov.pdf |date=20130308060753 }}
* {{книга|автор=[[Ожигов, Юрий Игоревич|Ожигов Ю. И.]]|заглавие=Конструктивная физика|город=Ижевск|издательство=РХД|год=2010|страниц=424}}
* {{книга |автор=[[Прескилл, Джон|Прескилл Дж.]] |заглавие=Квантовая информация и квантовые вычисления |город=Ижевск |издательство=РХД |год=2008—2011 |страниц=464+312 }}
* {{книга |автор=[[Ааронсон, Скотт|Скотт Ааронсон]] |заглавие=[[Квантовые вычисления со времён Демокрита]]|оригинал=Scott Aaronson. Quantum Computing since Democritus |место=М. |издательство=Альпина Нон-фикшн |год=2017 |allpages=494 |isbn=978-5-91671-751-8 |ref=Ааронсон }}

== Ссылки ==
{{Навигация}}
* ''А. Бердичевский''. [http://www.lenta.ru/articles/2007/09/28/quantum/ Квантовый ликбез.] {{Wayback|url=http://www.lenta.ru/articles/2007/09/28/quantum/ |date=20080912142200 }}
* ''Ю. Лифшиц''. Курс «[http://yury.name/modern.html Современные задачи теоретической информатики] {{Wayback|url=http://yury.name/modern.html |date=20081015063131 }}» (лекции по квантовым вычислениям: введение, суперплотное кодирование, квантовая телепортация, алгоритмы Саймона и Шора).
* [http://postnauka.ru/video/11250 Квантовый компьютер.] {{Wayback|url=http://postnauka.ru/video/11250 |date=20130425220553 }} // Видео лекции В. Шалаева в проекте «[[ПостНаука]]» (9.04.2013)
* [http://qi.cmc.msu.ru/ Кафедра суперкомпьютеров и квантовой информатики] {{Wayback|url=http://qi.cmc.msu.ru/ |date=20220210134749 }} [[Факультет вычислительной математики и кибернетики МГУ|факультета ВМК]] [[Московский государственный университет|МГУ]].
* [http://www.fkk.ftian.ru/ Лаборатория физики квантовых компьютеров] {{Wayback|url=http://www.fkk.ftian.ru/ |date=20220315001503 }} [[Физико-технологический институт РАН|Физико-технологического института РАН]].
* [https://infuture.ru/article/475 Будущее квантовых компьютеров — в троичных вычислениях.] {{Wayback|url=https://infuture.ru/article/475 |date=20220210124850 }} // Infuture.ru
* [http://psj.nsu.ru/lector/neizvestniy/ Квантовый компьютер и его полупроводниковая элементарная база.] {{Wayback|url=http://psj.nsu.ru/lector/neizvestniy/ |date=20080617112506 }} (8.04.2003)
* [http://tph.tuwien.ac.at/~oemer/qcl.html Язык программирования QCL для квантовых компьютеров.] {{Wayback|url=http://tph.tuwien.ac.at/~oemer/qcl.html |date=20031008180632 }}{{ref-en}}
* [https://web.archive.org/web/20101126183619/http://www.ixbt.com/news/all/index.shtml?14%2F05%2F85 Квантовая память.]

{{rq|renew|tex}}
{{Внешние ссылки}}
{{Классы компьютеров}}
{{Квантовая информатика}}
{{Основные направления информатики}}

[[Категория:Квантовый компьютер|*]]
[[Категория:Нерешённые проблемы современной физики]]