Максим Іванович Дідрук - Теорія неймовірності, Максим Іванович Дідрук

даних застосовує квантово-механічні ефекти. Звичайний комп’ютер оперує бітами, які можуть набувати лише одного з двох значень: нуля або одиниці. Тобто під час обчислень традиційні комп’ютери перекодовують усі величини у двійкову систему й далі працюють тільки з нулями й одиницями. Квантовий комп’ютер натомість оперує кубітами, квантовими аналогами звичайного біта, і на відміну від останнього кубіт може чи бути нулем або одиницею, чи набувати будь-якого значення в проміжку між ними. Кажуть, що кубіт перебуває в суперпозиції двох станів: нуля й одиниці. У чому перевага? Відповідно до математичного опису квантової механіки взаємодія двох квантових об’єктів зумовлює формування проміжних станів з інформацією про всі можливі шляхи її розвитку. Для людей, які не надто цікавляться квантовою механікою, складно уявити, про що йдеться і нащо це взагалі потрібно. Загалом ви маєте розуміти, що за правильного використання квантовий комп’ютер буде значно кращим за традиційні комп’ютери у швидкості й ефективності. Та оскільки ми досі не запропонували жодної робочої моделі, а окремі експерти запевняють, що створення квантового комп’ютера в принципі неможливе, отже є якісь проблеми.

Перша полягає в тім, що квантовий комп’ютер виконуватиме швидше й ефективніше лише ті обчислення, які підготовлені спеціально для нього. Скажімо, він дасть змогу передбачати перебіг складних хімічних реакцій, моделювати тривимірну структуру білків, розв’язувати складні рівняння зі сфери насамперед квантової фізики, проте його поява аж ніяк не означатиме, що традиційні методи обчислень відійдуть у небуття. І далі залишатимуться завдання, які буде простіше виконувати на класичних комп’ютерах.

Друга проблема відчутно серйозніша. Кубіт — не якась абстракція. Його треба реалізовувати фізично. Біт у традиційних комп’ютерах, по суті, відіграє роль перемикача: струм тече — значення біта інтерпретують як одиницю, струму немає — біт дорівнює нулю. З кубітом усе складніше. У квантовому комп’ютері недостатньо вмикати та вимикати струм. Для реалізації кубіту необхідно отримати доступ до елементарних частинок на кшталт фотона чи електрона та контролювати їхні квантові властивості, наприклад спін. Так ось, фізичний кубіт украй нестабільний. Навіть найменша взаємодія з навколишнім середовищем призводить до його колапсу в один із двох дискретних станів: 0 або 1. Цей процес називають декогеренцією. Відтак усі операції з кубітами в обчислювальній машині важливо провести до того, як квантова система сколапсує.

Уникнути декогеренції дають змогу дорогі та громіздкі охолоджувальні камери, всередині яких підтримується температура, що трохи вища за абсолютний нуль. Але навіть за їхньою допомогою максимальний час життя квантової системи, якого досягли розробники, є вкрай малим. Нинішній рекорд становить близько 150 мікросекунд і належить 20-кубітовому квантовому комп’ютеру IBM Q20 Austin. Такий пристрій має тільки одну сьому мілісекунди на розрахунки, після чого видаватиме білий шум замість результатів обчислень.

Сьогодні ІТ-гіганти на кшталт Google, IBM, Microsoft та Intel сукупно виділяють мільярди доларів на розроблення квантових комп’ютерів. Їм вдалося скласти прототипи з кількох десятків кубітів, тоді як для виконання практичних завдань квантові комп’ютери потребують сотень і тисяч кубітів. А що більша квантова система, то проблемніша. В осяжному майбутньому неможливість підтримувати когерентність досить довго для квантових обчислень залишатиметься основною перешкодою на шляху до створення функціонального квантового комп’ютера. І якщо проблему стабільності кубітів не розв’язати (а поки що важко уявити, у який спосіб розробники чипів подолають властиву квантовим системам крихкість), прориву не відбудеться й на цифрову галузь чекатиме тривалий застій.

«Армагеддон»

«Армагеддон» став найкасовішим фільмом 1998 року та швидко набув статусу культового, але позаяк від моменту виходу на екрани минуло понад два десятиліття, навряд чи ви його бачили. Менше з тим, бо продюсери «Армагеддону» взялися за вкрай цікаву тему: що може вдіяти людство, коли Землі загрожуватиме зіткнення з велетенським астероїдом чи кометою?

Отже.

Ідея стрічки проста: до Землі наближається астероїд завбільшки зі штат Техас, зіткнення прогнозують за 18 днів, і в штаб-квартирі НАСА науковці ламають голови над тим, як запобігти катастрофі. Вони перебирають різноманітні варіанти: знищити астероїд лазером, поставити на ньому сонячні вітрила, закидати ядерними бомбами, — але всі ж і забраковують. Астероїд надто великий. Зрештою вчені вирішують… відрядити на астероїд експедицію нафтовиків, щоб ті пробурили в ньому 250-метрову свердловину, заклали туди водневу бомбу та підірвали її, сподіваючись у такий спосіб розколоти астероїд навпіл, щоб обидва уламки пролетіли повз Землю.

В останньому реченні маячнею є буквально все.

По-перше, в чому сенс буріння 250-метрової свердловини? Протяжність штату Техас із заходу на схід перевищує 1200 кілометрів, а це дає підстави сміливо припустити, що в астероїда з фільму діаметр десь із тисячу кілометрів. Якщо зменшити його до масштабів яблука, то очевидно, що 250-метрова свердловина не пробурить навіть його шкірку. Якщо вже геть точно порахувати, то в масштабі яблука бур зануриться на одну п’ятдесяту товщини яблучної шкірки. За таких умов байдуже, де підривати водневу бомбу: у свердловині чи на поверхні астероїда. Ефект буде однаковий. Тобто не буде ніякого.

По-друге. Навіть якби нафтовики пробурилися до самісінького ядра, одна-єдина бомба аж ніяк не зашкодить тисячокілометровому астероїду. Для того щоб розколоти таку громіздку брилу, потужність термоядерного заряду мала б у сотні разів переважати потужність усіх ядерних боєголовок Росії, США та Китаю разом узятих.

По-третє. Уявімо, що нафтовики все ж пробурили свердловину завглибшки 500 кілометрів і заклали в неї достатньо потужний заряд. Питання: з якого дива астероїду після його детонації розколюватися саме навпіл? Це нісенітниця. Його розірве на шматки, і що найгірше — всі ці шматки й далі мчатимуть у напрямку планети. Для контексту ви маєте знати, що астероїд, який 66 мільйонів років тому знищив динозаврів і ще 70 % усього живого на Землі, був завбільшки з Мангеттен. Унаслідок підриву тисячокілометрового астероїда десятикілометрових уламків утвориться десь із мільйон. І лише одного з них вистачить, щоби знищити людську цивілізацію.

У фільмі все завершується хепіендом. Брюс Вілліс останньої миті підриває бомбу й гине. Астероїд розколюється на два великі шматки, що оминають Землю. Менші уламки згорають в атмосфері. Людство на Землі святкує порятунок. Утім, реальність була би трохи інакшою, і справа закінчилася б… ну, армагеддоном. І це повертає нас до запитання на початку: а що насправді можна вдіяти, коли Землі загрожуватиме великий астероїд чи комета? Необов’язково тисячокілометровий, хай удесятеро чи навіть у сотню разів менший. Чи є ефективні способи уникнути катастрофи?

Простих рішень не існує. Та й непростих, якщо відверто, небагато. Одні вчені пропонують підривати ядерні заряди над поверхнею астероїда (не для того, щоби зруйнувати його, це неможливо, а з метою розплавити породу на