Нечто подобное происходит и с квантовыми компьютерами, которые будут состоять из компонентов субатомного размера и работать по принципам квантовой механики, когда объекты одновременно могут находиться в двух разных состояниях. Например, один квантовый бит одновременно может принимать несколько значений, т. е. находиться сразу в состояниях <включено>, <выключено> и в переходном состоянии. 32 таких бита, называемых q-битами (кубиты, квантовые биты), могут образовать свыше 4 млрд комбинаций.
Для пользователя квантовый компьютер не отличается от обычного компьютера, позволяющего неограниченное распараллеливание одного и того же процесса, с вариацией начальных условий. Один процессор, обрабатывающий кубиты, сможет работать как 2600 параллельно соединенных процессора, которые должны обрабатывать один и тот же алгоритм.
Теоретически квантовые компьютеры могут состоять из атомов или атомных частиц. Последние представляют собой четыре квантовых ячейки на кремниевой подложке, образующие квадрат, причем в каждой такой ячейке может находиться по электрону. Когда присутствует два электрона, силы отталкивания заставляют их размещаться по диагонали. Одна диагональ соответствует логической <1>, а вторая - <О>. Ряд таких ячеек может служить проводником электронов, так как новые электроны будут выталкивать предыдущие в соседние ячейки. Компьютеру, построенному из таких элементов, не потребуется непрерывная подача энергии. Однажды занесенные в него электроны больше не покинут его.
Теоретики утверждают, что компьютер, построенный на принципах квантовой механики, будет работать без ошибок. Объясняется это, прежде всего, тем, что в основе квантовых вычислений лежат вероятностные законы: каждый q-бит на самом деле представляет собой <1> и <О> с разной степенью вероятности. В результате действия этих законов менее вероятные (неправильные) значения практически исключаются. Квантовые компьютеры используют q-биты примерно так же, как микропроцессор использует транзисторные ключи. Однако элементы квантового компьютера могут хранить не только <1> и <О>, но и любые промежуточные значения. Это невероятно ускоряет вычисления: там, где обычному компьютеру потребуется миллион шагов, квантовый обойдется всего тысячей.
Для решения практических задач необходимы квантовые алгоритмы. Пока есть всего несколько квантовых алгоритмов, которые работают лучше, чем алгоритмы для классических компьютеров, - отмечает директор по исследованиям в области оптической физики Bell Labs Ричард Слашер (Richart Slusher).
В реальной практике мало задач, заведомо имеющих единственное решение. На научной конференции в Портленде (штат Орегон) Лав Грувер (Luv Graver) представил новый алгоритм поиска, который доказывает, что квантовые компьютеры будущего смогут отвечать на неопределенные вопросы с множеством ответов. Пример, который чаще всего приводит Bell Labs: их можно использовать для быстрого определения имени и телефонного номера человека, данные о котором вы запомнили лишь частично.
На стадии моделирования: решение многокритериальных задач подтверждает исключение ошибок квантовых вычислений результат, был опубликован в 1996 году; два года спустя он был испытан на первом квантовом компьютере из четырех q-битов. Сегодня существуют Z-q-бит-ные компьютеры, но до практически полезной размерности они "доберутся" лишь через несколько лет. Трудно даже предположить, когда появятся 20- или 3O-q-битные машины, а это минимальная разрядность, при которой можно начать решать полезные задачи.