ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КВАНТОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Мы живем в очень удивительное время (как впрочем, так считали многие люди, живущие в определенные ключевые эпохи – например, в период социальных, технических революций): казалось бы, устоявшиеся технологии, которые появились в нашей жизни совсем недавно, видоизменяются, становятся более совершенными. Долгое время мы пользовались сотовыми телефонами – и это было чудом в сравнении с проводной телефонной связью, как появляются смартфоны – карманные компьютеры с выходом в интернет, по которым можно совершить еще и телефонный звонок. Или компьютеры: вот только они стали привычны в нашей жизни, как появляются планшетные компьютеры, компьютеры которые с каждым годом увеличивают свои мощности. Скорость интернета благодаря оптоволоконным кабелям все более возрастает. Человечество еще с прошлого века осваивает космос, и относительно недавно это принесло нам спутниковую связь, спутниковое телевидение, медицинские препараты и т. д.

Такие изменения связаны с все более развивающейся наукой – глобализация порождает не только глобальные проблемы человечества, но и создает условия для общения представителей научного сообщества, помогает им обмениваться идеями, создавать совместные научные разработки, открытия.

Относительно новые направления довольно «старой» науки физики – квантовая физика, квантовая механика. В рамках квантовой физики и механики создана отрасль квантовой технологии. Она базируется на такой особенности квантовой механики как квантовая запутанность. Целью квантовой технологии является создание устройств и систем, основанных на квантовых принципах.

Квантовая технология реализуется через квантовые вычисления (создание квантового компьютера), квантовую криптографию, квантовую телепортацию, квантовую метрологию, квантовые сенсоры, и квантовые изображения.

Квантовые технологии уже внедряются в жизнь человеческого общества. Совсем недавно были созданы первые квантовые компьютеры, хотя их работа еще не удовлетворяет потребностей научного мира, который считает, что по-настоящему функциональный квантовый компьютер появится через 10 лет.

Считается, что квантовые технологии привнесут в жизнь много нового, и тот, кто овладеет ими, получит существенные преимущества в ряде важных областей общественной жизни – политике, мире финансов, безопасности, системах связи и обмене информацией и т. д.

Рассмотрим, каковы перспективы у квантовых технологий.

Прежде всего, квантовый компьютер, о котором было упомянуто выше,  позволит совершить прорыв в вычислениях: разница между квантовым компьютером и традиционным заключается в том, что квантовый компьютер использует не двоичный код, а так называемый кьюбит (квантовый бит). Кьюбит в отличии от бита, состоящего из 1 или 0 двоичного кода сразу имеет множество значений (2ⁿ). Таким образом, оперирование кьюбитами значительно увеличивает вычислительную мощь компьютера – в десятки, сотни раз.

Полнофункциональные квантовые компьютеры будут способны за секунды производить такие расчеты, которые обычные компьютеры производили бы несколько тысяч лет. Кроме того по закону Мура, а точнее по тем оговоркам, которые он делал в 2003 г., рано или поздно рост мощностей транзисторных компьютеров закончится.

С квантовыми вычислениями связаны и параллельные области науки, в которых применение данных вычислений, произведет значительный прорыв. К таким областям относится медицина, а точнее сфера разработки новых лекарственных средств. Медицинские ученые считают, что применение квантовых вычислений позволит исследовать человеческое тело, его особенности, вплоть до уровня ДНК, а также достигнуть понимания фолдинга белка (сворачивание белка в третичную структуры, неправильное сворачивание приводит к некоторым заболеваниям), что поможет предотвращать саму возможность появления болезней или их успешное лечение.

Другое направление, в котором успешно могут применяться возможности квантовых технологий – это безопасность в области шифрования данных. Считается, что квантовое шифрование благодаря особенности квантового спутывания создаст мощную защиту от взлома.

Определенный прорыв в области квантового шифрования был сделан летом 2017 г., когда китайские ученые смогли передать данные с использованием технологии квантового шифрования. Зашифрованный пакет был отправлен с китайского спутника «Мо-Цзы» на наблюдательные станции Синлун. Передача велась с расстояния от 645 до 1200 км и имела скорость на 20 порядков больше, чем оптоволоконное соединение.

Ученые считают, что КНР сможет создать к 2030 году невзламываемую квантовую сеть.

Квантовые технологии также могут быть использованы в атомных часах, которые используются не только для отсчета точного времени, и используются, в том числе для GPS-навигации. Квантовые часы, которые будут более точными, могут использоваться для сверхточного определения местоположения объекта.

Квантовые технологии позволят обнаруживать объекты под поверхностью земли, в глубинах океана.

Вычисления, которые можно будет осуществить с помощью квантового компьютера, позволят, как считают ученые NASA, поиск далеких космических объектов, таких как звезд, черных дыр которые не поддаются визуальному или радиочастотному поиску. Кроме того американское космическое агентство рассчитывает использовать квантовые вычисления для расчета и обеспечения роботизированных экспедиций для обследования Солнечной системы.

Квантовые технологии планируется использовать и для создания новых материалов. Квантовые вычисления позволят очень точно моделировать и анализировать атомное взаимодействие, что позволит избежать многочисленных экспериментов при создании новых сплавов, материалов и т. д.

Но говоря о безграничных положительных возможностях квантовой технологии нужно упомянуть и о том, что она может использоваться и во вред.

Если ученые предполагают, что квантовые технологии могут создать сверхбезопасное шифрование, защищающее сообщение, то с такой же легкостью могут создать и систему для идеального взлома. Квантовые технологии, в частности возможности, производить обнаружение любого объекта, создадут угрозу для национальной безопасности. Не будет места на поверхности земли, под ее поверхностью, в глубинах океана, где можно было бы утаить ракетную шахту, войсковое соединение, подводную лодку.

Таким образом, будущее у квантовых технологий действительно очень перспективное – их стремятся получить передовые страны: США разрабатывают квантовый компьютер, Китай создает систему безопасного шифрования и др. Но принесет ли оно пользу человечеству? Например, создание искусственного разума на основе квантовых технологий не приведет ли к концу человеческой цивилизации, о чем говорят некоторые ученые?

Список литературы:

1. http://www.nanometer.ru/2013/07/27/kvantovie_tehnologii_333137.html, свободный. Загл. с экрана. – Яз. рус., англ.
2. Сайт «Википедия» / Квантовая технология [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Квантовая_технология, свободный. Загл. с экрана. – Яз. рус., англ.
3. Сайт Hi-news.ru / 10 невероятных последствий развития квантовых технологий [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://hi-news.ru/technology/10-neveroyatnyx-posledstvij-razvitiya-kvantovyx-texnologij.html, свободный. Загл. с экрана. – Яз. рус., англ.
4. Сайт tadviser.ru / Квантовый компьютер и квантовая связь[Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.tadviser.ru/index.php/Статья:Квантовый_компьютер_и_квантовая_связь
5. Сайт института ИТМО / Квантовые перспективы: настоящее и будущее технологий в России и мире [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://news.ifmo.ru/ru/news/5989/, свободный. Загл. с экрана. – Яз. рус., англ.
6. Сайт Нанометр / Перспективы квантовых технологий [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.nanometer.ru/2013/07/27/kvantovie_tehnologii_333137.html, свободный. Загл. с экрана. – Яз. рус., англ.