Как работают квантовые компьютеры

1. Основа работы: Кубиты и Суперпозиция
В отличие от классических компьютеров, где информация хранится в битах (0 или 1), квантовые используют кубиты.
Суперпозиция — это способность кубита находиться одновременно и в состоянии 0, и в состоянии 1 (и в любой их комбинации). Если представить классический бит как монету, которая лежит строго "орлом" или "решкой", то кубит — это монета, которая вращается в воздухе, пока на нее не посмотрят.

Система из n кубитов может обрабатывать одновременно 2^n состояний. Однако у этого есть и обратная сторона: суперпозиция хрупка. Любое взаимодействие с внешней средой (декогеренция) разрушает ее, что приводит к ошибкам вычислений.

2. "Неизученность" суперпозиции
Эта тема сложна для полного понимания. Сама суть суперпозиции противоречит макроскопическому опыту. Ученые могут блестяще ею управлять (создавать кубиты, удерживать их в ловушках, запутывать), но "почему" природа так устроена — это философский вопрос, уходящий корнями в интерпретации квантовой механики (Копенгагенская интерпретация, многомировая интерпретация и др.).

Исследователи не до конца "изучили" суперпозицию в том смысле, что не могут объяснить, как именно происходит "схлопывание" волновой функции в момент измерения (проблема измерения). Однако это не мешает им использовать математический аппарат для построения алгоритмов.

3. Как получить данные? Принцип измерения
Это самый интересный момент. Нельзя "посмотреть" на вычисление, пока оно идет, потому что любое наблюдение разрушит суперпозицию. Здесь есть важный парадокс: компьютер работает одновременно со всеми вариантами ответов, но в момент измерения получается только один случайный результат.

Чтобы извлечь полезную информацию, физики используют два принципа:

• Повторяемость: алгоритм запускают сотни или тысячи раз, получая набор вероятностных ответов.
• Квантовая интерференция: схему вычислений строят так, чтобы амплитуды вероятности неправильных ответов гасили друг друга, а правильного ответа, наоборот, усиливались.

Простыми словами: готовая формула ответа не получается. Квантовые вентили настраиваются так, чтобы в итоге при многократном измерении правильный результат выпадал с подавляющей вероятностью.

4. Самые мощные компьютеры сегодня (2026 год)
Современные квантовые компьютеры относятся к эпохе так называемых "шумных" устройств промежуточной масштабируемости (NISQ). Количество кубитов растет, но уровень ошибок (шум) пока остается высоким.

Мировые лидеры:

• Google Willow — один из самых мощных сверхпроводниковых процессоров. Главный прорыв этого чипа (105 кубитов) — он впервые продемонстрировал возможность коррекции ошибок "ниже порога" (чем больше кубитов, тем меньше ошибок, а не наоборот). В тестовой задаче случайного семплинга цепей (RCS) он решает пример за 5 минут, на который классическому суперкомпьютеру, по оценкам компании, потребовались бы триллионы лет.
• IBM Starling — сверхпроводниковый процессор. Компания активно развивает гибридные архитектуры, где квантовый процессор работает как ускоритель рядом с классическим суперкомпьютером (модель Quantum-centric Supercomputing).
• Китай (Zuchongzhi 3.0) — сверхпроводниковый процессор, конкурирующий с Google и IBM.
• IonQ Tempo и Quantinuum Helios — лидеры в области ионных ловушек (более 90–100 кубитов соответственно). Они уступают сверхпроводникам по количеству кубитов, но часто показывают более высокую точность (fidelity) операций и лучшее время когерентности.

Это сообщение отредактировал Aleku1 - 26.03.2026 - 12:18

Я оглянулся посмотреть не оглянулась ли она, чтоб посмотреть не оглянулся ли я. С вас 5 тыщ.

Размещено через приложение ЯПлакалъ

Всегда думал они так работают.. с вас 10 тыщь)

Размещено через приложение ЯПлакалъ

То есть квантовые компьютеры уже существуют, но еще в стадии разработки? Как моторы - уже гудят на стендах, которые еще не ставят на самолёты?
А лет через 10 всем будет счастье? Как с холодным термоядом и всякими ТОКОМАКами.
По поводу ответа на заголовок "как работают квантовые компьютеры" - я так и не понял. ДВС понимаю хорошо, а вот паровую машину и вот это не вкуриваю.

Это сообщение отредактировал knight - 26.03.2026 - 12:24

Всё пытаются доить быка, ну ничего, при должном усилии получится обязательно

Размещено через приложение ЯПлакалъ

Почему квантовые компьютеры выглядят как позолоченная люстра?

Был в Советском Союзе еще один...

Похоже нам кто то голову морочит и бюджет осваивает, как с холодным ядерным синтезом.

Квантовые компьютеры никак не работают. Это штука, которая реализуется исключительно на бумаге и на которой зарабатывают учёные-теоретики. На практике это не будет реализовано никогда. Если считаете, что будет, назовите хотя бы приблизительный срок.

Есть более простое объяснение как они работают : Это магия!

т.е. косо посмотрел на него и всё, результат не верный?

все просто! вот в двух словах:

1. Подготовка (Инициализация)
Обычный компьютер подает команду квантовому процессору установить кубиты в начальное состояние (обычно «0»). Затем на кубиты воздействуют лазерами или микроволнами, переводя их в состояние суперпозиции. Теперь система содержит в себе сразу все возможные варианты решения задачи.

2. Квантовый алгоритм (Манипуляция вероятностями)
Это самый важный этап, который происходит внутри криостата (холодильника).
Вместо последовательных вычислений (как в Excel), квантовый компьютер применяет «ворота» (гейты), которые меняют фазы и амплитуды вероятностей кубитов.
Суть: Алгоритм настроен так, что неправильные ответы начинают друг друга «гасить» (разрушительная интерференция), а правильный ответ — «усиливаться» (конструктивная интерференция).
В этот момент компьютер не «знает» ответ, он просто делает правильный исход максимально вероятным.

3. Измерение (Коллапс)
В конце запуска происходит измерение. В этот миг квантовая магия исчезает: суперпозиция разрушается, и кубиты «схлопываются» в обычные 0 и 1.
Из-за вероятностной природы квантовый компьютер может выдать ошибку.
Поэтому расчет запускают несколько десятков или сотен раз.

Роль обычного компьютера
Обычный классический компьютер здесь выполняет три функции:
Управление: Посылает сигналы (импульсы), которые управляют кубитами.
Сбор данных: Считывает финальные 0 и 1 после измерения.
Статистика: Анализирует результаты всех запусков. Если 90 раз из 100 выпал один и тот же результат, классический компьютер принимает его за истинный ответ.

Итог: Квантовый процессор — это скорее «черный ящик» или математический ускоритель, который выдает готовый ответ (с высокой долей вероятности), а классический компьютер просто забирает этот результат и показывает его пользователю.

Смотрел передачу, там создатели этих компов говорили что сами не совсем понимают как они работают )

цыгане теперь будут пздт не коней а золотые квантовые компьютеры

К 2030 году учёные в Сколково сделают на базе Эльбруса

Я чёт не понял. Я, значит, спрашиваю у этого квантового калькулятора: "сколько будет 2+2?", а он мне отвечает "3,1415926535897932384626433832795028841971 с вероятностью 73,575888234288464319104754032291%", так что ли? Или "2+2=4, но это не точно"?

потому что еще не добрались до них asus, giga-byte и прочие чайнтеки.

Да, только нах квантовый компьютер для сложения 2+2?

Это сообщение отредактировал Cboloch - 26.03.2026 - 13:14

Более того, люди еще до конца не поняли что есть само электричество))
Куда им до суперпозиций))

Именно так.
Как у той блондинки, вероятность встретить мамонта, 50 на 50.
Так и тут, может быть так, а может и не быть. А может и не так. Ой всё!

Размещено через приложение ЯПлакалъ

Я физик по профессии и идею "а давайте создадим квантовый компьютер", которая вдруг возникла несколько лет назад, всегда воспринимал с изрядной долей скепсиса. Причин много:

1. Как считает обычный компьютер? С помощью битов, то есть некоторых реальных электронных схем, которые однозначно могут находиться либо в состоянии 0, либо в состоянии 1. Это означает, что если вы с помощью обычного компьютера вычисляете 2*2, то вы всегда получите 4. Квантовый компьютер считает с помощью кубитов, которые с какой-то вероятностью находятся в состоянии 0, с какой-то вероятностью в состоянии 1, то есть в некоторой суперпозиции состояний 0 и 1. Это значит, что если вы с помощью квантового компьютера вычисляете 2*2, то вы с некоторой вероятностью получите 4, с некоторой вероятностью 3 или 5, и вообще можете получить любое число вокруг 4, с некоторой вероятностью. Как видно из статьи ТСа, для того, чтобы получить более точный результат, вычисления проводятся много раз, и разрабатываются алгоритмы, направленные на то, чтобы неправильные результаты сокращались, а правильные усиливались. Но всё равно это означает, что вы получите какое-то узкое распределение вокруг числа 4, но точно 4 с вероятностью 100% вы не получите никогда. В принципе, в науке существуют задачи, в которых абсолютная точность не требуется, и там, возможно, квантовый компьютер мог бы пригодиться, но абсолютно точного решения он получить, строго говоря, не может.

2. Насколько я понимаю, для того чтобы квантовый компьютер работал, нужны очень низкие температуры, порядка 1 К или около того. Это означает, что он никогда не будет дешёвым и не будет стоять на столе в каждом домохозяйстве.

3. Что такое рекорд в 105 кубитов? Это много или мало, с чем надо сравнивать? Насколько я понимаю, это надо сравнивать с тем числом битов или байтов, которыми оперирует классический компьютер. А здесь, как известно, существуют и гигабайты и даже терабайты. То есть квантовый компьютер сейчас имеет порядка 10^2 элементов, в то время как обычный компьютер - ~10^12-10^13. Так что вряд ли квантовый компьютер составит конкуренцию классическому в ближайшие несколько тысяч лет.

Единственная польза от него - разработчикам, осваивающим многомиллионные гранты, выделенные на эту тему. Как говорят в научных кругах, "это, конечно, работать не будет, но спонсору об этом знать не обязательно".

Да, но в квантовых компьютерах правильный процент вычислений от 99.94% и потом перепроверяют на обычных компьютерах ответ. По мне это будущее вычислений в биологии, фармацевтики ИИ и многих других областях

Точность. Квантовая коррекция ошибок (пороговая теорема) позволяет подавлять ошибки экспоненциально. Логический кубит дает детерминированный результат, а не вероятностное распределение.

Температура. Это инженерная проблема дата-центров, а не фундаментальный барьер. Квантовый компьютер не нужен на столе, он будет работать как облачный ускоритель (сверхпроводящие кубиты) или уже работает при комнатной температуре (фотонные платформы).

Масштаб. Сравнение количества кубитов с битами некорректно. 100 кубитов кодируют не 100 бит, а 2^100 состояний (порядка 10^30 классических бит), что делает прямое сравнение емкости памяти бессмысленным.

1. Рассматривайте квантовый компьютер как "аналоговый сопроцессор вероятностей". Когда-то давно, на заре становления персональных компьютеров, в компах была отдельная фишка: "математический сопроцессор", даже в виде отдельной микросхемы на материнку распаивался. позволял ускорять вычисления синусов, тангенсов, работа с матрицами и т.д. Потом его встроили в основной процессор, но это "совсем другая история". Важным фактором было, что это было дополнение к основному процессору, которое само по себе работать не могло. Квантовый компьютер - это тоже сопроцессор. Сам по себе он не может работать: на него винду, макось или юникс не поставишь. Это всего лишь сопроцессор, который работает с вероятностями, а не с точными вычислениями. Когда пишут: "квантовый компьютер взломал алгоритм шифрования", то это не означает, что нашли способ (алгоритм) быстрой дешифровки. А это означает, что этому сопроцессору дали на вход зашифрованную информацию, на выходе сняли ключ дешифровки - и после тысяч попыток подобрать ключ и дешифровать информацию ключ подошёл. Эти несколько тысяч попыток произошли за измеримое время (секунды, минуты), а не за десятилетия, столетия (как это было бы в случае с традиционными системами).

2. да, квантовый сопроцессор в ноутбуках и даже в стационарах в обозримом будущем ожидать не стоит.

3. смотря для каких задач. Для порога взлома криптоключей нужны миллионы кубитов, хотя есть утверждения, что хватит и полтысячи... а сотни кубитов хватит, чтобы моделировать поведение пары молекул... ну хз, разработка лекарств? Какие-то глобальные логистические задачи, всякие "задачи комивояджера" и прочие комбинаторные задачи влёт решаются. Ну и ИИ, конечно.

Это сообщение отредактировал genafana - 26.03.2026 - 14:13

105 кубитов это не 10^13 транзисторов

грубо говоря 15-20 тыс кубитов вскроют ключ от RSA2048 за сутки, а вот даже 10^16 транзисторов не сделают этого и за миллиард лет