Извините, мои ответы ограничены. Вам следует задавать нужные вопросы

-Доктор Альфред Ланнинг, «Я, робот»

Ну что ж, возможно, когда-нибудь сможете. Но это не поможет вам обыграть своих друзей в Доту или принимать стримы с Netflix быстрее.
Но квантовый компьютер может делать гораздо более крутые вещи.

Что касается квантовых (это слово сегодня зачастую является синонимом слова «магический») компьютеров, наибольший миф о них заключается во мнении, что они способны изгибать пространство-время и выдавать ответы на основании эффектов «суперпозиции» и «запутанности» со «сверхъестественным воздействием на расстоянии». Не имеет значения, насколько дикими могут казаться такие вещи, они основаны на точных научных понятиях. Лучшие академики, исследовательские институты и высокотехнологичные компании по всему миру посвящают жизни и денежные гранты тому, чтобы выяснить пределы возможного для квантовых вычислений.

Что может квантовый компьютер такого, чего не может обычный?

А это, детектив, верный вопрос. Программа прекращает работу

-Доктор Альфред Ланнинг, «Я, робот»

О квантовом компьютере следует думать, как о чем-то вроде устройства обработки графической информации (графического процессора), дополняющего центральный процессор в вашем ПК. ГП улучшает процесс обработки видео благодаря тому, что он оптимизирован под максимально быстрое отображение3D графики за счет использования особой геометрии и шейдеров, которые снимают математическую нагрузку с ЦП. Это специализированная структура, которая наилучшим образом проявляется скорее при выполнении расчетов, связанных с отображением графики современных игр, чем при обработке текста.

Квантовые компьютеры улучшат, а не заменят классические компьютеры

Квантовые компьютеры – это ГП к вашему классическому компьютеру. Чтобы работать с помощью квантового компьютера, требуется столько же времени, как и при работе с обычным; к примеру, ваш браузер потребует прохождения всех стандартных этапов: введение URL, формирование http-запроса, поиск нужных ресурсов и отображение. Квантовый компьютер не увеличивает волшебным образом скорость отдельных рабочих процессов, и для начала следующего процесса ему также необходимо завершение предыдущего.

Аналогично тому, как зависимость между скоростью работы ГП с инструкциями, связанными с графикой, и скоростью работы с ними ЦП имеет экспоненциальную форму, такая же зависимость между работой квантовых и классических алгоритмов может принимать квадратичную или даже полиномиальную форму за счет использования квантовых эффектов суперпозиции и запутанности.

Чем отличаются квантовые системы?

Ваш домашний компьютер несет информацию в двоичном коде: 0 и 1. Квантовый бит, или кубит, содержит информацию в виде суперпозиции 0 и 1, где состояние заключается в значениях вероятности того, что значение кубита будет 0 или 1. Но кубиты не только несут информацию в виде суперпозиции двух состояний, они также имеют «запутанное» состояние, которое не может быть описано без учета состояния кубитов, с которыми они спутаны (см. подробнее парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена, «единицу» квантовой запутанности). Нельзя разбивать спутанные пары – описывать один кубит без второго. Но в чем, на самом деле, заключается отличие квантового алгоритма, это в том, что квантовые вычисления дают нам доступ в комплексное векторное пространство, называемое Гильбертовым пространством, где кубиты формируют базисные векторы и базис пространства, которое дает нам поверхности сферы вероятностей состояний, в которых может находиться кубит, в отличие от традиционных нуля и единицы.

При физическом воплощении, например, в виде фотонов, сверхпроводящих контуров (два электрода с тонким изолирующим слоем между ними, позволяющим создавать суперпозиционное состояние при помощи туннельного эффекта), азотных центров вакансий (распространенный естественный дефект в алмазах), или других типов кубитов, квантовые компьютеры способны сразу предложить множество решений за счет отображения суперпозиционных состояний в данных кубитах. Квантовые амплитуды интерферируют с наложением и вычитанием, так что мы можем измерить экстремум в качестве «верного» отклика.

Какую бы форму ни приняла вычислительная мощь квантовых компьютеров, она опирается на набор квантовых алгоритмов, обеспечивающих значительное ускорение по сравнению с классическими вычислительными алгоритмами. Самый простой пример – это алгоритм Шора (разложение на элементарные операции) и алгоритм Гровера (поисковый алгоритм), но существуют более 50 квантовых алгоритмов, решающих множество задач в различных сферах. К примеру, материаловедение – это базовая дисциплина, которая влияет на любую другую сферу высоких технологий. Скорость обработки данных компьютерами не увеличивается уже теми же темпами, которые наблюдались ранее, так как кремний не способен справляться с большим количеством операций без перегрева. Более высокие скорости возможны с применением аэрокосмических материалов, которые могут экранировать радиацию и выдерживать повышенные температуры. Квантовый компьютер, теоретически, способен симулировать новые конструкции и их свойства, находя материалы, подходящие для данной сферы применения. Квантовый компьютер, естественно, может эффективно симулировать квантовые системы, а также продвигать основные исследования физических явлений.

Что же дальше?

Вокруг квантовых компьютеров в последнее время наблюдается большой ажиотаж, в основном это касается их возможностей, современного состояния исследований в данной области, а также прогнозов масштабов грядущей революции технологий. Но коммерциализация квантовых вычислительных устройств – это только начало. Алгоритмы еще не изучены должным образом, но наибольшие трудности на данный момент связаны с инженерной частью, в частности, с масштабированием системы, а не с теоретическим обоснованием кубитов и квантовых эффектов. Отдельные кусочки мозаики уже исследованы, но необходимо собрать их в единую, глобальную, нечувствительную к ошибкам, масштабируемую квантовую систему, испытанную на квантовых алгоритмах, и с назначенными задачами, которые призвана решать подобная система. Самое поразительное – это то, что такой компьютер появится раньше, чем вы можете себе представить.