Квантовые компьютеры: принципы и перспективы

Актуальность темы. Квантовые вычисления представляют собой одно из наиболее перспективных направлений развития информационных технологий, способное радикально изменить подходы к решению вычислительно сложных задач. В отличие от классических компьютеров, оперирующих битами в состояниях 0 или 1, квантовые системы используют кубиты, способные находиться в суперпозиции состояний благодаря фундаментальным принципам квантовой механики. Это обеспечивает экспоненциальный рост вычислительной мощности при увеличении числа кубитов. Согласно прогнозам ведущих исследовательских центров (IBM, Google, Microsoft), квантовые компьютеры в ближайшее десятилетие смогут решать задачи, недоступные для классических суперкомпьютеров, в областях криптографии, оптимизации, моделирования молекулярных систем и машинного обучения. Достижение квантового превосходства компанией Google в 2019 году продемонстрировало реальность практической реализации квантовых вычислений.

Степень разработанности проблемы. Теоретические основы квантовых вычислений заложены в работах Р. Фейнмана, Д. Дойча, П. Шора. Отечественные исследования в области квантовой информатики представлены трудами Ю. И. Манина, А. С. Холево, С. Н. Молоткова. Современные достижения в создании квантовых процессоров анализируются в работах зарубежных ученых (Preskill, 2018; Arute et al., 2019; Zhong et al., 2020). Практические аспекты применения квантовых алгоритмов исследуются в работах Н. Б. Шамина, К. А. Валиева.

Цель работы — изучить теоретические основы квантовых вычислений и проанализировать перспективы практического применения квантовых компьютеров.

Задачи работы:

1. Рассмотреть принципы квантовой механики, лежащие в основе квантовых вычислений.
2. Изучить архитектуру квантовых компьютеров и концепцию кубита.
3. Проанализировать современное состояние квантовых технологий.
4. Определить перспективные области применения квантовых компьютеров.

Методы исследования: теоретический анализ научной литературы по квантовой информатике, систематизация данных о современных квантовых процессорах, сравнительный анализ квантовых алгоритмов.