Квантовое превосходство: Революция в вычислениях, которая изменит всё
В своей новой книге известный физик и непревзойденный популяризатор науки Митио Каку рассматривает феномен квантовых компьютеров, способных решать задачи, с которыми классические вычислительные системы до сих пор не в состоянии справиться. Развитие квантовых компьютеров может привести к революционным открытиям в криптографии, медицине, сфере искусственного интеллекта, космических исследованиях и многих других областях.
Автор обращается к широкому кругу читателей и поэтому рассказывает о сложных процессах и научных достижениях просто и увлекательно. Книга дает возможность заглянуть в будущее и увидеть, какие инновации ожидают нас в ближайшие десятилетия и как они изменят нашу жизнь.
Книга издана в 2024 году.
Читать Квантовое превосходство: Революция в вычислениях, которая изменит всё онлайн беплатно
Знак информационной продукции (Федеральный закон № 436-ФЗ от 29.12.2010 г.)
Издано при поддержке Российского квантового центра
Переводчик: Наталья Лисова
Научный редактор: Алексей Рубцов, доктор физ. – мат. наук, профессор РАН
Редактор: Ольга Нижельская
Издатель: Павел Подкосов
Руководитель проекта: Анна Тарасова
Художественное оформление и макет: Юрий Буга
Корректоры: Елена Рудницкая, Лариса Татнинова
Верстка: Андрей Фоминов
Иллюстрация на обложке: Getty Images
Все права защищены. Данная электронная книга предназначена исключительно для частного использования в личных (некоммерческих) целях. Электронная книга, ее части, фрагменты и элементы, включая текст, изображения и иное, не подлежат копированию и любому другому использованию без разрешения правообладателя. В частности, запрещено такое использование, в результате которого электронная книга, ее часть, фрагмент или элемент станут доступными ограниченному или неопределенному кругу лиц, в том числе посредством сети интернет, независимо от того, будет предоставляться доступ за плату или безвозмездно.
Копирование, воспроизведение и иное использование электронной книги, ее частей, фрагментов и элементов, выходящее за пределы частного использования в личных (некоммерческих) целях, без согласия правообладателя является незаконным и влечет уголовную, административную и гражданскую ответственность.
© Michio Kaku, 2023
All rights reserved. Published in the United States by Doubleday, a division of Penguin Random House LLC, New York, and distributed in Canada by Random House of Canada Limited, Toronto.
© Издание на русском языке, перевод, оформление. ООО «Альпина нон-фикшн», 2024
В книге упоминаются социальные сети Instagram и/или Facebook – продукты компании Meta Platforms Inc., деятельность которой по реализации соответствующих продуктов на территории Российской Федерации запрещена как экстремистская.
Моей любящей жене Сидзуэ
и моим дочерям д-ру Мишель Каку и Элисон Каку
Предисловие к русскому изданию
Физика, которая изучает явления, происходящие в области элементарных частиц, называется квантовой. Многие уравнения классической механики, сформулированные еще Исааком Ньютоном, перестают работать на квантовом уровне. Они хорошо описывают взаимодействия объектов привычных нам размеров и скоростей, но не могут объяснить, как то же самое происходит на уровне элементарных частиц.
Годом рождения квантовой физики можно считать 1900-й, когда немецкий ученый Макс Планк, изучая законы теплового излучения нагретых тел, ввел понятие «квант», назвав таким образом минимально возможную порцию излучаемой энергии. Альберт Эйнштейн, исследуя явление фотоэффекта, первым из ученых предположил: сам свет состоит из квантов или фотонов, что противоречило всем представлениям физики XIX в. Так родилась квантовая механика.
Последовавший за созданием квантовой механики период взрывного технологического роста принято называть первой квантовой революцией. Ее основой стало использование коллективных квантовых явлений. В 1930–1940-х гг. начались активные исследования полупроводниковых материалов, свойства которых стало возможно описать с помощью квантовой механики. На основе этих изысканий созданы первые полупроводниковые транзисторы – главные компоненты электроники. В 1954 г. советские ученые Николай Басов и Александр Прохоров разработали первый квантовый генератор света, или лазер – устройство, управляющее потоком фотонов. С конца XX в. мир находится на пороге второй квантовой революции. Ее ключевое технологическое отличие заключается в управлении индивидуальными квантовыми объектами, например атомами или фотонами.
Сегодня внимание к развитию квантовых технологий во многом связано с идеей квантовых вычислений, или, проще говоря, квантовых компьютеров, которые призваны решить задачи, ранее недоступные человечеству. Идею о возможности использования квантовых эффектов для вычислений впервые высказал американский физик и нобелевский лауреат Ричард Фейнман. Спустя 20 лет, в 1980 г., советский математик Юрий Манин описал идею квантовых вычислений. В книге «Вычислимое и невычислимое», рассуждая о сложности процесса считывания и записи биологической информации с молекул ДНК, он заметил, что для моделирования этого процесса могли бы подойти квантовые устройства.
Сейчас индустрия квантовых вычислений находится на этапе «шумных квантовых процессоров среднего масштаба», то есть систем из сотен кубитов, работающих неустойчиво из-за внешних помех. В ближайшем будущем прогнозируется появление защищенных от ошибок квантовых компьютеров, которые будут существенно эффективнее классических в решении задач с большим количеством переменных, таких как моделирование и оптимизация.
При этом рынок уже учится применять квантовые вычисления. В логистике их используют для маршрутизации транспорта и составления расписаний. В финансах – для оценки рисков, оптимизации инвестиционных портфелей и кредитного скоринга. Компании промышленного сектора проводят эксперименты по использованию квантовых компьютеров для моделирования новых лекарств и сборки геномов, оптимизации энергосетей, разработки новых материалов, аэро- и гидродинамических расчетов.
