Нобелевский комитет вознаградил революционеров
Премия по физике присуждена французу и американцу, изобретения которых обещают вылиться в компьютерную революцию
В МАЕ 1981 года редакция International Journal of Theoretical Physics получила статью нобелевского лауреата Ричарда Фейнмана, которая содержала идею, заслуживающую еще одной нобелевки. Это идея квантового компьютера. Журнал опубликовал статью в 1982 году, а через тридцать лет — то есть в нынешнем, 2012 году — Нобелевский комитет действительно присудил премию по физике за изобретения, которые приблизили реализацию фейнмановской мечты. 9 октября было объявлено, что нобелевскими лауреатами за "создание прорывных технологий манипулирования квантовыми системами" стали Серж Арош, который представляет Коллеж де Франс и Высшую нормальную школу (Франция), и Дэвид Вайнленд, который работает в Университете Колорадо и Национальном институте стандартов и технологии (США).
Разница между классической и квантовой записью очень проста. По классическому принципу, если у нас есть ячейка вместимостью один бит информации, то в двух таких ячейках можно хранить два бита, в трех — три и т.д. По квантовому принципу, если у нас есть квантовый объект, в который можно записать один бит, то в двух таких объектах — они называются квантовыми битами, или, сокращенно, кубитами, — можно вместить четыре бита, в трех — восемь битов, в четырех — 16 и т.д. Нобелевский комитет подсчитал, что всего лишь 300 кубитов могут содержать больше битов, "чем количество атомов во Вселенной". Неудивительно, что такую, без преувеличения, волшебную перспективу он решил отметить премией.
Поскольку у нас дома до сих пор стоят обычные компьютеры, а не квантовые, очевидно, что практически реализовать квантовую запись оказалось очень сложным делом. Главная проблема заключается в том, что кубиты очень легко теряют свои волшебные свойства. Поэтому прежде всего нужно научиться предохранять их от незапланированных внешних влияний. Как отмечает Нобелевский комитет, Серж Арош и Дэвид Вайнленд "независимо друг от друга изобрели и внедрили новаторские методы измерения и манипулирования отдельными частицами при сохранении их квантовомеханической природы, способами, которые ранее считались недостижимыми".
Общее в их методах то, что они укрывают квантовые системы в ловушки. Так, группа физиков под руководством Ароша в лаборатории в Париже научилась удерживать единичные фотоны (световые кванты) в трехсантиметровой полости между двумя зеркалами из сверхпроводящего материала в течение десятой доли секунды и за это время производить с помощью специально подготовленных атомов многократные измерения состояния этих фотонов, не уничтожая их. Методы группы Ароша позволяют проследить эволюцию отдельных квантовых состояний шаг за шагом, в реальном времени. Кстати, оптический компьютер рассматривается как один из перспективных вариантов квантового компьютера.
Противоположным образом распределены роли фотонов и атомов в экспериментах в лаборатории Вайнленда в Боулдере, штат Колорадо. Там единичные ионы (заряженные атомы) в наинизшем энергетическом состоянии (при температуре вблизи абсолютного нуля) удерживаются в ловушке из электрических полей, и с этими ионами производятся манипуляции с помощью тщательно приготовленных лазерных импульсов. Эти ионы, собственно, и представляют собой кубиты, а манипуляции с ними — это и есть квантовая запись информации.
В справке Нобелевского комитета отмечается, что в первых экспериментах группы Вайленда манипуляции производились всего лишь с двумя кубитами, а сегодня "самые передовые технологии квантового компьютера" оперируют с 14 кубитами. Впрочем, помимо тех исследовательских групп, которые делятся своими результатами, есть еще и частные фирмы. Например, в мае прошлого года американский журнал Nature сообщил, что канадская компания DWave Systems получила заказ на квантовый компьютер от американской военной компании Lockheed Martin. По утверждению DWave Systems, ее квантовые компьютеры стоят по $10 млн. и имеют по 128 кубитов.
"Возможно, квантовый компьютер будет построен в этом столетии", — осторожничает в прогнозах Нобелевский комитет. Американский физик Мичио Каку в своей книге "Физика будущего", опубликованной в прошлом году, отнес квантовые компьютеры к ближайшему будущему — до 2030 года. Правда, не пообещал, что цена их будет доступной.