W WikiBсвободна енциклопедия

Квантов компютър

Квантовият компютър е компютър, който представя и обработва информацията чрез квантови състояния. Той използва явленията суперпозиция, интерференция и заплитане и по принцип може да решава някои задачи експоненциално по-бързо от обикновените (класически) компютри.[1] Голям квантов компютър би могъл да разбие широко използвани системи за шифроване и да помогне при симулирането на физични системи, но сегашните машини са предимно експериментални и подходящи само за тесни специализирани задачи.[2] Към 2026 г. постиженията в областта се разглеждат по-скоро като научни крачки, отколкото като доказателство за скорошно практическо приложение; държавните инвестиции в квантови изчисления по света достигат 10 млрд. долара до април 2025 г.[6] През 2024–2025 г. Google представя чипа Willow и твърди, че постига „проверимо квантово предимство“,[25][34] IBM обявява машина с корекция на грешките до 2029 г.,[46] а новите оценки намаляват многократно ресурсите, нужни за разбиване на шифъра RSA.[55] Това ускорява прехода към постквантова криптография.[62] Нобеловата награда за физика за 2025 г. е присъдена за откритията, върху които стоят свръхпроводящите квантови компютри.[64][65]

Основни данни

ПараметърДанни
Основна единицакюбит (квантов бит)[3]
Използвани явлениясуперпозиция, интерференция, заплитане[1]
ИдеяБениоф (1980); Манин и Файнман[8]
Ключов алгоритъмалгоритъм на Шор (1994) — разлагане на множители[10]
Първи работещ компютърдва кюбита (1998)[12]
Най-развити технологиисвръхпроводници и йонни капани[16]
Работна температура (някои системи)20 миликелвина[15]
Най-големи търговски системидо 2000 кюбита, грешки около 5 %[18]
Google Willow (2024)105 кюбита[25]
IBM Starling (план за 2029)200 логически кюбита[45]
Microsoft Majorana 1 (2025)осем кюбита, топологичен подход (спорен)[51][52]
Държавни инвестиции10 млрд. долара (април 2025)[6]
Нобелова наградафизика 2025 — Кларк, Деворе, Мартинис[64]

Принцип на действие

Основната единица на информацията е кюбитът. Класическият бит е в едно от две състояния (0 или 1), а кюбитът може да бъде в линейна комбинация от тях — квантова суперпозиция. При измерване се получава едно от двете състояния според вероятностно правило.[3] Ако кюбитите се управляват по подходящ начин, вълновата интерференция увеличава вероятността за желания резултат; квантовите алгоритми се проектират именно така, че да постигат това усилване.[4]

Квантовите компютри още не са практични за реални задачи. Ако кюбитът не е достатъчно изолиран от околната среда, настъпва декохеренция, която внася шум (грешки) в изчисленията.[5] Затова някои машини се охлаждат до 20 миликелвина, обикновено с разреждащ хладилник, а изследване от 2020 г. показва, че дори космическите лъчи могат да разрушат състоянието на някои системи за милисекунди.[15]

История

Квантовата теория възниква през 1920-те години.[7] През 1980 г. Пол Бениоф описва квантова машина на Тюринг, а Юрий Манин и Ричард Файнман независимо предлагат хардуер, основан на квантови явления, за по-ефективна симулация на физични системи.[8] През 1984 г. Чарлз Бенет и Жил Брасар прилагат квантовата теория в криптографията и показват, че квантовото разпределение на ключове може да повиши сигурността.[9]

През 1994 г. Питър Шор публикува квантови алгоритми за разлагане на цели числа на множители и за дискретния логаритъм с полиномиално време. Достатъчно голям квантов компютър би разбил шифъра RSA и обмена на ключове на Дифи–Хелман.[10] През 1996 г. алгоритъмът на Гроувър дава ускорение при търсене в неподредени данни, а Сет Лойд доказва, че квантовите компютри могат да симулират квантови системи без експоненциалните разходи на класическите — потвърждение на хипотезата на Файнман от 1982 г.[11]

През 1998 г. компютър с два кюбита доказва техническата осъществимост, а следващите опити увеличават броя на кюбитите и намаляват грешките.[12] През май 2016 г. IBM пуска облачната услуга IBM Quantum Experience с процесор от пет кюбита;[13] към юни 2025 г. в нея има 12 устройства, свободно достъпни за всички.[14]

Технологии за кюбити

Свръхпроводниците и йонните капани са най-развитите подходи, но се изследват и други.[16] Първите квантови логически врати са направени с уловени йони, а прототипи с до 20 кюбита вече съществуват; тази техника обаче изисква сложно вакуумно оборудване, лазери и микровълнова апаратура, което затруднява изграждането на големи процесори.[17]

Най-големите търговски системи използват свръхпроводници и достигат 2000 кюбита, но при по-големите машини грешките са от порядъка на 5 %. Всички те работят при криогенни температури, а мащабирането изисква интеграция на цяла силициева пластина — сериозно инженерно предизвикателство.[18] Друг подход са топологичните квантови компютри, които използват квазичастици (анйони) и теорията на плитките, за да получат по-устойчиви логически врати.[20] През 2025 г. учени от Станфорд създават наноустройство с молибденов диселенид, което свързва спин и фотон при стайна температура.[19]

Квантовото превъзходство и спорът за него

„Квантово превъзходство“ (или „квантово предимство“) означава квантов компютър да реши задача, непосилна за класическите. През 2019 г. Google и НАСА обявяват, че са го постигнали с машина от 54 кюбита, която решава задача, отнемаща според тях 10 000 години на суперкомпютър. IBM оспорва твърдението и смята, че суперкомпютърът Summit би я решил за около 2,5 дни с по-добри алгоритми.[21] През декември 2020 г. екип от Научно-техническия университет на Китай, воден от Пан Дзиенвей, обявява превъзходство с фотонния компютър Jiuzhang (76 фотона);[22] според статията класически суперкомпютър би имал нужда от 2,5 млрд. години за пробите, получени за 200 секунди.[23]

Критиците посочват, че шумно рекламираните постижения се основават на задачи без пряко практическо приложение.[24] Предишните твърдения за квантово предимство често са опровергавани от по-добри класически изчисления, които го заличават.[37]

Google Willow и Quantum Echoes

Willow е свръхпроводящ процесор със 105 кюбита на Google Quantum AI, произвеждан в Санта Барбара, Калифорния.[25] Той е представен на 9 декември 2024 г. в статия в Nature. Google твърди, че е подобрил корекцията на грешките и че за 5 минути решава тестова задача (случайна извадка от схеми), която на най-бързия суперкомпютър би отнела 10 септилиона години.[26] Willow има два пъти повече кюбити от предшественика си Sycamore, а времето на кохерентност е увеличено от 20 до 100 микросекунди.[28] По твърдение на Google това е първият чип, при който корекцията на грешките работи под прага.[30]

Критиците отбелязват, че логическата грешка от около 0,14 % на цикъл остава с порядъци над нужната за големи алгоритми,[31] че са показани само квантова памет и запазване на логически кюбити, но не и логически операции под прага,[32] и че Willow остава изследователски прототип от ерата на „шумните квантови устройства със среден мащаб“ (NISQ).[33] Говорител на Google заявява, че компанията е поне на 10 години от разбиването на RSA.[27] Ръководителят на Google Quantum AI Хартмут Невен предизвиква спор с твърдението, че Willow „подкрепя идеята“ за изчисления в паралелни вселени (мултивселена).[29]

През октомври 2025 г. изследователи на Google обявяват в Nature „проверимо квантово предимство“ — изчисление, недостижимо за класически компютър, чийто резултат може да бъде потвърден от друг квантов компютър (което още не е направено).[34] Методът Quantum Echoes изпраща сигнал в кюбитите, смущава един от тях и после обръща развитието на сигнала, за да „чуе ехото“.[40] Използвани са 65 от кюбитите на Willow;[36] изчислението е 13 000 пъти по-бързо, отколкото на суперкомпютъра Frontier, на който пълният набор би отнел около 150 години.[35] Скот Ааронсън го определя като „приличен кандидат“ за ефективно проверимо предимство.[38] При опит за определяне на структурата на две молекули резултатите съвпадат с ядрения магнитен резонанс, но още не изпреварват класическите изчисления.[39] Google смята, че практически приложения може да има до пет години.[41]

Корекция на грешките и пътните карти

Теоремата за прага доказва, че квантови изчисления с произволна дължина са възможни, ако грешката на отделните квантови врати е под определен праг; над него опитите за корекция внасят повече грешки, отколкото премахват.[42] Повърхностният код, развит от тороидалния код на Алексей Китаев, позволява двумерна схема само с локални измервания.[43] През 2024 г. са показани подходи за устойчива на грешки квантова памет — стъпка от ерата на шумните устройства (NISQ) към устойчиви на грешки машини, макар мащабното им изграждане да остава инженерно предизвикателство.[44]

IBM обявява, че до 2029 г. ще построи Starling — първия устойчив на грешки квантов компютър в света.[46] Той трябва да има 200 логически кюбита (около 10 000 физически), а през 2033 г. да бъде последван от Blue Jay с 2000 логически кюбита.[45] Компанията разчита на кодове с ниска плътност на проверките (LDPC); изследванията ѝ още не са рецензирани.[47] Джей Гамбета от IBM заявява, че „науката е решена“ и мащабирането вече е само инженерен проблем.[48] Процесорът Helios на Quantinuum постига 48 логически кюбита от 98 физически, но още не с точността и мащаба, нужни за атаки срещу шифри.[49]

Microsoft Majorana 1

Majorana 1 е процесор на Microsoft, който използва топологични свръхпроводници в опит да постигне топологично квантово изчисление, по-устойчиво на грешки от обичайните подходи.[50] Устройството побира осем кюбита.[51] През 2026 г. излиза Majorana 2. И двата чипа предизвикват едновременно ентусиазъм и скептицизъм, защото няма категорично публично доказателство, че в тях има майоранови нулеви моди.[52] Самите автори на статията в Nature пишат, че измерванията „сами по себе си не определят“ дали откритите състояния са топологични.[53] Квантовият хардуер на Microsoft е обект на спорове още от оттеглената през 2018 г. статия в Nature.[54]

Заплахата за шифроването

През 2019 г. Крейг Гидни и Мартин Екеро оценяват, че 2048-битов ключ RSA може да бъде разбит за осем часа от квантов компютър с 20 млн. шумни кюбита. През май 2025 г. Гидни (Google Quantum AI) намалява оценката до под един милион кюбита за по-малко от седмица.[55] Подобрението идва изцяло от по-ефективни алгоритми, а предположенията за хардуера (грешка на вратите 0,1 %, цикъл от една микросекунда) остават същите.[56]

Австралийската Iceberg Quantum твърди, че с кодове QLDPC разбиването на RSA-2048 може да стане с по-малко от 100 000 физически кюбита,[57] но архитектурата е проверена само чрез числени симулации.[58] На 31 март 2026 г. Google Quantum AI публикува заедно с Джъстин Дрейк от фондацията Ethereum и Дан Бонех от Станфорд оценка, че елиптичната криптография на биткойн, Ethereum и почти всички криптовалути може да бъде разбита с по-малко от 500 000 физически кюбита за минути.[59] Google не публикува самите схеми, а само доказателство с нулево знание, че оценката е вярна.[60] Поддържането на изчисления без грешки с стотици хиляди кюбити за минути или дни обаче остава нерешен инженерен проблем.[61]

Заради тази заплаха Националният институт за стандарти и технологии на САЩ (NIST) стандартизира алгоритми за постквантова криптография.[62] Криптосистемите, базирани на решетки, не са известни като уязвими за квантови компютри.[63]

Нобеловата награда за физика (2025)

Джон Кларк, Мишел Деворе и Джон Мартинис получават Нобеловата награда за физика за 2025 г. „за откриването на макроскопично квантово-механично тунелиране и квантуване на енергията в електрическа верига“.[64] Тримата правят откритието в средата на 1980-те години в Калифорнийския университет в Бъркли.[68] Според Йоран Юхансон от Технологичния университет „Чалмерс“ те пренасят квантовото тунелиране от микросвета върху свръхпроводящи чипове, което позволява създаването на квантови компютри.[65] Кларк казва, че „основата на квантовите изчисления се крепи до голяма степен на нашето откритие“.[66] През 2014 г. Мартинис и екипът му преминават в Google, за да построят първия полезен квантов компютър.[67]

Скептицизъм

Бил Унру се съмнява в практичността на квантовите компютри още през 1994 г., а Гил Калай смята, че квантово превъзходство никога няма да бъде постигнато.[69] Физикът Михаил Дяконов пише, че полезен квантов компютър би изисквал контрол над огромен брой непрекъснати параметри, и на въпроса дали това някога ще бъде възможно отговаря: „Не, никога.“[70]

Вижте също

Доказателства към твърденията

  1. Quantum computing
    Wikipedia
    Отвори източника
  2. Quantum computing
    Wikipedia
    Отвори източника
  3. Quantum computing
    Wikipedia
    Отвори източника
  4. Quantum computing
    Wikipedia
    Отвори източника
  5. Quantum computing
    Wikipedia
    Отвори източника
  6. Quantum computing
    Wikipedia
    Отвори източника
  7. Quantum computing
    Wikipedia
    Отвори източника
  8. Quantum computing
    Wikipedia
    Отвори източника
  9. Quantum computing
    Wikipedia
    Отвори източника
  10. Quantum computing
    Wikipedia
    Отвори източника
  11. Quantum computing
    Wikipedia
    Отвори източника
  12. Quantum computing
    Wikipedia
    Отвори източника
  13. IBM Quantum Platform
    Wikipedia
    Отвори източника
  14. IBM Quantum Platform
    Wikipedia
    Отвори източника
  15. Quantum computing
    Wikipedia
    Отвори източника
  16. Quantum computing
    Wikipedia
    Отвори източника
  17. Quantum computing
    Wikipedia
    Отвори източника
  18. Quantum computing
    Wikipedia
    Отвори източника
  19. Quantum computing
    Wikipedia
    Отвори източника
  20. Quantum computing
    Wikipedia
    Отвори източника
  21. Quantum computing
    Wikipedia
    Отвори източника
  22. Quantum supremacy
    Wikipedia
    Отвори източника
  23. Quantum supremacy
    Wikipedia
    Отвори източника
  24. Quantum computing
    Wikipedia
    Отвори източника
  25. Willow processor
    Wikipedia
    Отвори източника
  26. Willow processor
    Wikipedia
    Отвори източника
  27. Willow processor
    Wikipedia
    Отвори източника
  28. Willow processor
    Wikipedia
    Отвори източника
  29. Willow processor
    Wikipedia
    Отвори източника
  30. Willow processor
    Wikipedia
    Отвори източника
  31. Willow processor
    Wikipedia
    Отвори източника
  32. Willow processor
    Wikipedia
    Отвори източника
  33. Willow processor
    Wikipedia
    Отвори източника
  34. Quantum ‘echoes’ reveal the potential of Google’s quantum computer
    Science News · 2025-10-22
    Отвори източника
  35. Quantum ‘echoes’ reveal the potential of Google’s quantum computer
    Science News · 2025-10-22
    Отвори източника
  36. Quantum ‘echoes’ reveal the potential of Google’s quantum computer
    Science News · 2025-10-22
    Отвори източника
  37. Quantum ‘echoes’ reveal the potential of Google’s quantum computer
    Science News · 2025-10-22
    Отвори източника
  38. Quantum ‘echoes’ reveal the potential of Google’s quantum computer
    Science News · 2025-10-22
    Отвори източника
  39. Quantum ‘echoes’ reveal the potential of Google’s quantum computer
    Science News · 2025-10-22
    Отвори източника
  40. Google says it made a breakthrough toward practical quantum computing
    Engadget · 2025-10-22
    Отвори източника
  41. Google says it made a breakthrough toward practical quantum computing
    Engadget · 2025-10-22
    Отвори източника
  42. Quantum error correction
    Wikipedia
    Отвори източника
  43. Quantum error correction
    Wikipedia
    Отвори източника
  44. Quantum computing
    Wikipedia
    Отвори източника
  45. IBM will build monster 10,000-qubit quantum computer by 2029
    Live Science · 2025-06
    Отвори източника
  46. IBM will build monster 10,000-qubit quantum computer by 2029
    Live Science · 2025-06
    Отвори източника
  47. IBM will build monster 10,000-qubit quantum computer by 2029
    Live Science · 2025-06
    Отвори източника
  48. IBM will build monster 10,000-qubit quantum computer by 2029
    Live Science · 2025-06
    Отвори източника
  49. Q-Day Just Got Closer: Three Papers in Three Months Are Rewriting the Quantum Threat Timeline
    The Quantum Insider · 2026-03-31
    Отвори източника
  50. Majorana 1
    Wikipedia
    Отвори източника
  51. Majorana 1
    Wikipedia
    Отвори източника
  52. Majorana 1
    Wikipedia
    Отвори източника
  53. Majorana 1
    Wikipedia
    Отвори източника
  54. Majorana 1
    Wikipedia
    Отвори източника
  55. How to factor 2048 bit RSA integers with less than a million noisy qubits
    arXiv (Craig Gidney) · 2025-05-21
    Отвори източника
  56. Q-Day Just Got Closer: Three Papers in Three Months Are Rewriting the Quantum Threat Timeline
    The Quantum Insider · 2026-03-31
    Отвори източника
  57. Q-Day Just Got Closer: Three Papers in Three Months Are Rewriting the Quantum Threat Timeline
    The Quantum Insider · 2026-03-31
    Отвори източника
  58. Q-Day Just Got Closer: Three Papers in Three Months Are Rewriting the Quantum Threat Timeline
    The Quantum Insider · 2026-03-31
    Отвори източника
  59. Q-Day Just Got Closer: Three Papers in Three Months Are Rewriting the Quantum Threat Timeline
    The Quantum Insider · 2026-03-31
    Отвори източника
  60. Q-Day Just Got Closer: Three Papers in Three Months Are Rewriting the Quantum Threat Timeline
    The Quantum Insider · 2026-03-31
    Отвори източника
  61. Q-Day Just Got Closer: Three Papers in Three Months Are Rewriting the Quantum Threat Timeline
    The Quantum Insider · 2026-03-31
    Отвори източника
  62. Quantum computing
    Wikipedia
    Отвори източника
  63. Quantum computing
    Wikipedia
    Отвори източника
  64. John Clarke, Michel Devoret and John Martinis win the 2025 Nobel Prize for Physics
    Physics World · 2025-10-07
    Отвори източника
  65. John Clarke, Michel Devoret and John Martinis win the 2025 Nobel Prize for Physics
    Physics World · 2025-10-07
    Отвори източника
  66. John Clarke, Michel Devoret and John Martinis win the 2025 Nobel Prize for Physics
    Physics World · 2025-10-07
    Отвори източника
  67. John Clarke, Michel Devoret and John Martinis win the 2025 Nobel Prize for Physics
    Physics World · 2025-10-07
    Отвори източника
  68. John Clarke, Michel Devoret and John Martinis win the 2025 Nobel Prize for Physics
    Physics World · 2025-10-07
    Отвори източника
  69. Quantum computing
    Wikipedia
    Отвори източника
  70. Quantum computing
    Wikipedia
    Отвори източника
Човешки преглед

Предложи промяна

Предложението влиза в опашка за преглед. Нищо не се публикува автоматично.

Не се притеснявайте за формата: можете да поставите обикновен текст, текст от Word или от друг сайт. Шлюзът за формат ще подреди заглавията, списъците и източниците, а рецензент ще провери резултата. Източниците изброете в края под „Източници:“ — по един на ред, със заглавие и адрес.

Модерация

Докладвай проблем

Сигналът отива при човешки модератор. Подаването му не скрива и не променя съдържанието.