Головоломки для математиков
В 1900 году немецкий математик Давид Гильберт составил список из 23 нерешённых математических задач. Работая над одной из этих задач, в которой предлагалось выяснить, всегда ли можно за конечное число шагов установить истинность или ложность математического утверждения, британский математик Алан Тьюринг предложил создать гипотетическую машину, которая сама сумеет производить вычисления. Эта машина – машина Тьюринга – и стала прототипом современного классического компьютера.
Механика классическая – и квантовая
Галилей, Ньютон, Максвелл и другие учёные очень точно описали мир вокруг нас, в результате чего появилась классическая механика. Но когда учёные перешли к уровню атомов и молекул, оказалось, что методы классической механики не работают. Понадобилась новая теория – квантовая механика.
Законы квантовой механики сильно отличаются от законов механики классической. К примеру, согласно принципу суперпозиции, если А – решение уравнения в квантовой механике и B – тоже решение этого уравнения, то и A + B также является решением. Что это означает на практике? Например, если при одном решении электрон находится тут, а при другом – там, то существует решение, при котором электрон находится и тут и там одновременно. Основываясь на этом же принципе, физик Шрёдингер показал, что на квантовом уровне мы можем наблюдать кота живым и мёртвым в одно и то же время – что совершенно невозможно в рамках классической физики.
Квантовые правила и компьютер
1. Сначала превратим бит информации в квантовый бит, или кубит (от quantum bit, qubit). Кубит может находиться в суперпозиции состояний 0 и 1 одновременно!
2. Два кубита могут находиться в суперпозиции четырёх состояний: 00, 01, 10 и 11. А для трёх кубитов это уже восемь состояний: 000, 001… 111.
3. Легко заметить, что с увеличением числа кубитов количество состояний растёт экспоненциально. Всего лишь заменив классическое или (0 или 1) на квантовое и (0 и 1), мы могли бы экспоненциально увеличить вычислительную мощность!
4. Это значит, что если изменить правила вычисления, то можно придумать новые алгоритмы для решения задач, которые сегодня не имеют решения, хотя квантовые компьютеры не обязательно будут эффективны для всех типов задач.
5. Таким образом, для некоторых задач квантовые компьютеры – ровно то, что надо! Пример квантового алгоритма: разложение на множители произведения двух больших простых чисел. На этой очень сложной для классических компьютеров задаче во многом основана современная кибербезопасность. Однако квантовый компьютер смог бы с лёгкостью раскладывать большие числа на множители и взламывать шифры. Квантовые алгоритмы можно будет применять и в других сложных сферах науки и жизни: в материаловедении (чтобы создавать новые квантовые материалы и изучать их свойства), химии (предсказывать поведение больших атомов и молекул – например, при создании новых лекарственных препаратов), здравоохранении (для разработки новых типов датчиков) и во многих других областях, которых мы пока даже не представляем. Квантовые правила позволяют нам разработать новый язык для «разговора» с квантовыми частицами – атомами и молекулами.
Квантовая механика дала нам ключ к пониманию основ Вселенной, её строительных блоков. А квантовая информатика позволит использовать всю мощь квантовой механики для со здания ошеломляющих технологий, таких как квантовый компьютер, квантовая криптография, квантовые сенсоры и многое другое, что пока невозможно даже вообразить.
Реймонд
– Мы не знаем! – Эрик хохотнул – такой смешок взрослые издают, когда на самом деле им совсем не весело. – Такого не может быть, это в буквальном смысле слова невероятно. Но тем не менее похоже, что это правда: кто-то проник во все компьютерные системы мира! Теперь единственный надёжный способ коммуникации – это разговор с глазу на глаз.
– И мобильная связь тоже взломана? – спросила Анни.
– Именно так, – грустно кивнул Эрик. – Взломано всё. Получается, в мире нет неуязвимых систем. – Он отсоединил от Космоса съёмный диск – тот, с помощью которого Джордж проверял системные файлы Космоса. – Возьму его с собой – на случай, если мне понадобится что-то узнать у Космоса, когда я не дома.
– Но кто же это делает? – спросил Джордж.
– Неизвестно. Может, один человек, может, целая корпорация, а может, и какое-нибудь неблагополучное государство. Некоторые считают, что виной всему может быть перемена космической погоды, потому что цели вроде бы выбираются случайно. А кое-кто даже предполагает вмешательство инопланетян, поскольку найти источник проблем на Земле нам не удаётся.
– А вы, вы сами что думаете? – спросил Джордж.
– Я? Боюсь, моя гипотеза не слишком популярна. – Эрик наморщил нос. – Я думаю, что кто-то создал квантовый компьютер и теперь с его помощью взламывает одну за другой все компьютерные системы Земли. Но кто эти люди и как они исхитрились сделать то, чего мы сами пока сделать не можем, – этого я тебе не скажу, потому что не знаю. Знаю только, что мне это ох как не нравится. А теперь мне пора идти.
– Ты куда? – встрепенулась Анни.
Эрик вздохнул, взъерошил ей волосы и поцеловал в макушку.
– Даже этого сказать не могу. Меня ждёт машина. Но я уверен, что здесь вам ничего не грозит. За несколько часов мы решим эту проблему.
– А нам-то что делать? – спросила Анни.
– М-м-м… ты, например, заканчивай свою работу, а я, как вернусь, сразу её прочитаю. – Эрик на миг задумался и отстучал на клавиатуре Космоса несколько команд. – Я разрешаю пользоваться Космосом для твоего проекта, но ради вашей безопасности я закрыл доступ к остальным его функциям. Космос будет делать для вас только то, что имеет отношение к проекту. В таком случае он вряд ли привлечёт внимание злодея-хакера… если тот, конечно, существует.
Джордж пал духом.
– Погоди! – сказала Анни. – Выходит, ты не берёшь Космос с собой? А Эрбота?
– Никого не беру, – сказал её папа. – Не хочу оставлять цифровых следов.
И Эрик вылетел за дверь навстречу очередной научной загадке, которую он спешил разгадать первым. В коридоре он столкнулся с женой и попытался обнять её, но не смог обхватить: в руках у Сьюзен была гора спальников. Тогда он просто чмокнул её в нос и скрылся за дверью.
– Анни! – позвала Сьюзен. – Ты мне поможешь стелить постели? Я одна не справлюсь.
– А может, разобьём лагерь в саду? – предложила Анни. – Поставим палатки… Сейчас тепло. И они вообще любят жизнь в дикой природе. Помнишь, сколько раз они нам по скайпу рассказывали про свои приключения в австралийской глуши?
– Слушай, а это идея! – сказала её мама. – Ты найдёшь палатки?
– Конечно! И начну устанавливать. Не беспокойся, я всё сделаю как надо.
– Анни, – негромко сказал Джордж, – мы же не спросили твоего папу про ДАМ и роботов. И про ИКО не спросили. И почему Космос так странно себя ведёт. Мы вообще ни о чём его не успели спросить!
– Знаю! – с досадой ответила она. – Но что мы могли поделать, если у него одна нога здесь, другая там? Да и как с ним говорить при Космосе?
– А главное, – сказал Джордж, – он забрал тот съёмный диск. Как жаль! Ещё чуть-чуть, и мы бы выяснили, взломан Космос или нет. А теперь нам этого не узнать…
Маму с папой Джордж застал в кухне: они стояли у стола и с озабоченным видом изучали буханку домашнего хлеба, испечённую Дейзи – мамой Джорджа. Джордж немного подождал – может, родители объяснят, в чём дело? – но они просто молча глазели на ароматный поджаристый кирпичик.
– Кхм, – Джордж выразительно прокашлялся. – Мам, пап! – По непривычной тишине Джордж догадался, что сёстры уже уснули. – Извините, конечно, за вопрос, но почему вы уставились на хлеб?
– А потому что, – ответил Теренс, – мы хотим понять, с какой стати нам за него сегодня хотели отвалить тысячу фунтов.
– Тысячу фунтов? – воскликнул Джордж. – И вы отказались?! Такой шанс выпадает раз в жизни!
– Как выяснилось, нет, – сказала мама. – Мы сегодня дежурили в кооперативе, и к нам целый день приходили и предлагали золотые горы за нашу продукцию.
– Но вы же не пользуетесь деньгами! – удивился Джордж.
Кооператив был добровольным объединением людей, которые бесплатно обменивались между собой товарами и услугами.
– У народа теперь горы денег – тех самых, из банкоматов, – добавила Дейзи, – но их не на что потратить. Так что мы решили не продавать наш хлеб. Потому что деньги, кажется, совсем обесценились.
