Новый Мир ( № 7 2011)

Если классический процессор в каждый момент времени находится ровно в одном состоянии (т. е. все биты, с которыми он работает, имеют значение либо нуль, либо единица), то квантовый процессор находится в так называемойквантовой суперпозиции

, то есть во всех возможных состояниях одновременно: каждый кубит с некоторой вероятностью равен нулю или единице. Весь набор кубитов называется квантовым регистром. Главный выигрыш, который мы получаем при использовании квантового компьютера, — этоквантовый параллелизм.

«Данные в процессе вычислений представляют собой квантовую информацию, которая по окончании процесса преобразуется в классическую путем измерения конечного состояния квантового регистра. Выигрыш в квантовых алгоритмах достигается за счет того, что при применении одной квантовой операции большое число коэффициентов суперпозиции квантовых состояний, которые в виртуальной форме содержат классическую информацию,преобразуется одновременно

» (курсив мой. —В. Г.)

[9].

Если нам удастся за один такт процессора выполнить все возможные параллельные вычисления над всеми возможными наборами входных данных, необходимых для решения нашей задачи, мы безусловно получим очень серьезный выигрыш в вычислительной мощности.

Но, как водится, гладко было на бумаге. Проблем пока больше, чем решений. Дело в том, что непосредственно с квантовой информацией мы работать не можем — не потому, что не умеем, а потому, что это запрещено: как только мы попытаемся с ней работать, она превратится в классическую (наступит «коллапс волновой функции»), причем результат работы квантовой системы перейдет в классическую информацию не однозначно, а с некоторой вероятностью. Если бы у Боба были квантовые весы, после того как он положил на них палочки (кубиты) и отвернулся (то есть не наблюдал за системой), весы показывали бы некоторый интервал значений — например, от 1 до 10 — стрелочка металась бы по шкале, а когда Боб посмотрел бы на весы, они перешли бы в классическое состояние и замерли на значении, которое не обязательно с вероятностью 100% равно 8. То есть информацию о квантовой системе можно получить только с некоторой вероятностью, и, например, для задачи сложения двух чисел обычные весы безусловно подойдут лучше квантового компьютера. Не всегда это непреодолимая помеха, но вообще говоря, классических алгоритмов, которые можно ускорить с помощью квантового компьютера, довольно мало. А таких, которые ускорить нельзя, — подавляющее большинство.