Почему квантовый компьютер быстрее?
Классический компьютер использует биты - 0 и 1, и выполняет все операции последовательно, даже если это суперкомпьютер со множеством процессоров и ядер. А квантовый компьютер использует кубиты и выполняет операции параллельно.
Кубит - это такая квантовая штука, которая находится в состоянии суперпозиции - он одновременно является нулем и единицей. После измерения он уже принимает одно из значений - 0 или 1. Таким образом один кубит может представлять сразу два состояния - 0 и 1, 2 кубита - 4 состояния, и так далее в соответствии с экспоненциальным ростом (это когда величина растёт тем быстрее, чем больше её значение).
Чтобы узнать количество возможных состояний, нужно возвести 2 в степень количества кубитов. Например для 100 кубитов это число будет 1.26×10³⁰, для 300 кубитов 2.03×10⁹⁰, а это уже больше чем ориентировочное количество атомов во Вселенной, которое оценивается в 10⁸⁰. Квантовый компьютер от Atom Computing имеет 1180 кубит, что на данный момент является рекордом.
И вся мощь в том, что квантовый компьютер оперирует всеми этими состояниями одновременно. В общих чертах это сводится к изменению формы волновой функции, которая описывает состояние всех кубитов.
Например, если у нас есть база данных из миллиарда строк и нам нужно найти нужную, то классический компьютер пробежится последовательно по всей базе, а квантовый будет оперировать со всем миллиардом строк одновременно.
Есть задачи, где из-за экспоненциальной сложности обычный компьютер быстро исчерпывает свои возможности, и решение затягивается на миллиарды лет. А квантовый компьютер, благодаря истинной параллельной обработке решит такую задачу за минуты.
И стоит подчеркнуть, что квантовый компьютер не годится на полную замену обычного, который лучше справится со множеством задач. Он может использоваться для определенных задач вроде моделирования формы молекул и химических реакций. Но даже если он будет использоваться только для этого, то нас ожидает прорыв в медицине, например новые лекарства будут разрабатываться за часы, а не года и десятилетия.