У 1993 році я відкрив метод конструювання квантового компютера. Квантові компютери це пристрої, в яких використовується здатність окремих атомів, фотонів та інших елементарних частинок до обробки інформації. Вони обчислюють так, як не здатні обчислювати класичні компютери, як-от персональні. У процесі дослідження того, яким чином змусити найменші часточки Всесвіту атоми та молекули обчислювати, я краще зрозумів природну здатність до обробки інформації Всесвіту як єдиного цілого. Складний світ, що його ми бачимо навколо, це вияв квантового обчислення Всесвіту, що лежить у його основі.
Цифровий прорив, що бурхливо відбувається сьогодні, є навряд чи останнім у довгій черзі революцій в обробці інформації, що тягнуться назад крізь розвиток мови, еволюцію статі, створення життя аж до початку самого Всесвіту. Кожна революція заклала основу для наступної, і всі революції в обробці інформації від часу Великого вибуху беруть початок у природній здатності Всесвіту обробляти інформацію. Обчислюючи, Всесвіт обовязково породжує складність. Поява життя, статевого розмноження, мозку, людської цивілізації це не випадковість.
Квантовий компютерКвантова механіка добре відома своєю химерністю. Хвилі поводяться, мов частинки, а частинки як хвилі. Речі можуть бути одночасно в двох місцях. І, мабуть, не дивно, що в мікроскопічних масштабах відбуваються дивні й парадоксальні речі, адже наші інтуїтивні знання розвинулися внаслідок взаємодії з обєктами, значно більшими за окремі атоми. Квантова механіка спантеличує. Нільс Бор, батько квантової механіки, якось сказав: «Якщо хтось вважає, що він може пізнати квантову механіку без запаморочення голови, то він ще не розібрався в ній як слід».
Квантові компютери використовують «квантову дивність» для виконування завдань, надто складних для традиційних компютерів. І все тому, що квантовий біт, або кубіт, здатний передавати і 0, і 1 водночас (класичний біт може передавати лише те або друге), тому квантовий компютер може виконувати водночас мільйони обчислень.
Квантові компютери обробляють інформацію, що зберігається в окремих атомах, електронах та фотонах. Квантовий компютер є втіленням демократії в контексті інформації: кожен атом, електрон та фотон однаково беруть участь у передачі та обробці інформації. І ця фундаментальна інформація не обмежується квантовими компютерами. Усі фізичні системи зводяться до квантово-механічних, і всі вони містять та обробляють інформацію. Світ складається з елементарних частинок електронів, фотонів, кварків, і кожна елементарна частинка фізичної системи передає фрагмент інформації: одна частинка один біт. У ході взаємодії вони трансформують і обробляють цю інформацію, біт за бітом. Кожне зіткнення між елементарними частинками це проста логічна операція, або «оп».
Щоб зрозуміти будь-яку фізичну систему через її біти, необхідно докладніше розібратися в механізмі, який дозволяє кожній частинці передавати та обробляти інформацію. Коли ми зрозуміємо, яким чином компютерові це вдається, нам буде зрозуміло, як це робить фізична система.
Ідею створити такий компютер уперше запропонували ще на початку 80-х Пол Беніофф, Річард Фейнман, Девід Дойч та інші. Коли про квантові компютери заговорили вперше, уявлення про них було суто теоретичним: ніхто й гадки не мав, як їх створити. На початку 1990-х я показав, яким чином їх можна створити, використовуючи експериментальне обладнання, що існує сьогодні. Останні десять років я разом із деякими вченими та інженерами зі світовим імям займаюся розробкою, створенням та використанням квантових компютерів.
Є вагомі причини для конструювання квантових компютерів. Перша це наші можливості. У сфері квантових компютерів, що є технологіями для маніпулювання матерією в атомарних масштабах, за останні роки відбулися значні прориви. Тепер ми володіємо достатньо стійкими лазерами, достатньо точними технологіями виробництва та електронікою, досить швидкою для обчислень на атомному рівні.
Друга причина це наші потреби, якщо ми хочемо продовжувати створювати дедалі швидші та потужніші компютери. За останні півстоліття потужність компютерів збільшувалася вдвічі кожних півтора року. Цей вибух потужності компютера відомий як закон Мура на честь Ґордона Мура, згодом голови компанії Intel, який помітив експоненційне зростання в 1960-х роках. Закон Мура це закон не природи, а людської винахідливості. Кожні вісімнадцять місяців компютери стають дедалі швидшими, бо кожні вісімнадцять місяців інженери додумуються, яким чином удвічі скоротити розмір дротів та логічних схем, з яких вони сконструйовані. Щоразу розмір базових компонентів компютера зменшується вдвічі, оскільки вдвічі більше вміщується на чипі того самого розміру. Компютер, який отримуємо в результаті, вдвічі потужніший за свого попередника півторарічної давнини.