Шаг во Вселенную. Книга первая. Корабль поколений. - Александр Шуравин

– Вот как?!

– Да. Я не позволю тебе сорвать исследования из-за каких-то… галлюцинаций.

Константин сделал несколько глубоких вдохов и выдохов, чтобы успокоиться.

– Хорошо. Давай поступим так: сейчас ты объяснишь мне, популярно, как работает этот твой… квантовый компьютер. И после этого я приму окончательное решение. Возможно, я воздержусь от отключения. Но если есть реальная опасность, я готов пойти до конца. Пусть будет товарищеский суд.

Леберман демонстративно закатил глаза.

– Хорошо, – наконец проговорил он, – попробую объяснить... простыми словами.

– Представь себе обычный компьютер, – начал Леберман, – он хранит информацию в виде битов, которые могут быть либо нулем, либо единицей. Это как выключатель – либо включен, либо выключен. А теперь представь себе, что этот выключатель может быть одновременно и включен, и выключен. Это и есть кубит, основной элемент квантового компьютера.

– Одновременно? – переспросил Константин, нахмурившись. – Это как?

– Это называется суперпозицией, – объяснил Леберман. – Кубит может находиться в состоянии и нуля, и единицы одновременно. Это как монета, которая крутится в воздухе – пока она не упала, она находится и в состоянии «орел», и в состоянии «решка».

– И что это дает? – спросил капитан.

– Это дает огромную вычислительную мощность, – ответил Леберман. – Обычный компьютер должен перебрать все возможные варианты один за другим. А квантовый компьютер, благодаря суперпозиции, может обрабатывать все варианты одновременно. Это как если бы у тебя была тысяча обычных компьютеров, работающих параллельно.

– Хорошо, – сказал Константин, – а как этот кубит управляется?

– С помощью квантовой запутанности, – ответил Леберман. – Это когда два кубита связаны между собой, даже если они находятся на большом расстоянии. Если ты меняешь состояние одного кубита, то состояние другого кубита меняется мгновенно. Это как если бы у тебя были две монеты, которые всегда падают одинаковой стороной, независимо от того, как далеко они друг от друга находятся.

– Ладно. А как это связано с квантовой телепортацией?

– Если одна частица находится на Земле, другая здесь, на звездолете, и они квантово запутаны, то мы можем изменить квантовое состояние здесь, и оно изменится у частицы на Земле. Но есть проблемы.

– И какие же?

– Если мы попытаемся таким образом передать информацию, нам все равно потребуется передать результат чтения квантового состояния частицы, чтобы там, на Земле смогли расшифровать наше сообщение. И передать нам его придется по обычному каналу, со скоростью света. То есть, никакой мгновенной передачи информации не получится.

– Тогда какой практический смысл в этих экспериментах?

– А вот тут… – Леберман многозначительно поднял указательный палец вверх, – как раз пригодится квантовый компьютер. Он позволяет расшифровать сообщение без передачи результатов чтения квантового состояния. По сути, квантовый компьютер делает прогноз, какое сообщение было передано через квантовую запутанность. А насчет опасности… ты когда-нибудь слышал, чтобы квантовые компьютеры… не знаю… взрывались, например?

Константин задумался. Действительно, о взрывающихся квантовых компьютерах он не слышал. Но в нем все еще сидела тревога.

– Нет, не слышал. Но это не значит, что этого не может произойти впервые. В конце концов, мы в космосе, далеко от дома, и исследуем что-то, чего никто никогда раньше не делал.

– Костя, пойми, квантовые компьютеры – это не ядерные реакторы, – терпеливо сказал Леберман. – Они не могут взорваться. Самое страшное, что может случиться, – это сбой в работе… квантового компьютера.

– Хорошо, – сказал Константин, – я тебя услышал. Но ты все равно будешь держать меня в курсе всех событий. И если я почувствую хоть малейшую угрозу…

– Ты отключишь компьютер, я знаю, – вздохнул Леберман. – Костя, поверь мне, никакой опасности нет. Это просто квантовый компьютер не более того.

Константин посмотрел на Лебермана. В его глазах он увидел не только ученого, увлеченного своей работой, но и человека, который искренне верит в то, что он делает.

– Хорошо, – наконец сказал командир, – Но я должен лично убедится в безопасности. Расскажи мне, как рождаются эти… кубиты.

Лицо Лебермана немного просветлело. Он выдохнул и облокотился на стол, словно готовясь к долгому объяснению.

– Кубиты? Это не просто какие-то элементарные частицы, которые сами по себе появляются. Мы их создаём. На этом компьютере мы используем сверхпроводящие кубиты. Представь себе очень маленький электрический контур, сделанный из специальных материалов, которые при очень низких температурах проводят электричество без сопротивления.

– Сверхпроводящие… значит очень холодные?

– Чрезвычайно. Мы охлаждаем чип до температуры, близкой к абсолютному нулю – минус 273 градуса Цельсия. Это необходимо, чтобы избежать теплового шума, который может разрушить квантовые состояния.

– И что происходит в этом контуре?

– В этом контуре находятся электроны, которые, благодаря сверхпроводимости, образуют так называемые куперовские пары. Эти пары могут находиться в двух энергетических состояниях одновременно, как и наши монетки в суперпозиции. Эти состояния и представляют собой ноль и единицу кубита.

– А как вы управляете этими состояниями?

– С помощью микроволновых импульсов. Мы отправляем импульсы определенной частоты и длительности на кубит, чтобы изменить его состояние. Это как если бы мы подталкивали нашу монету, чтобы она с большей вероятностью выпала орлом или решкой. Мы можем точно контролировать вероятность того, в каком состоянии будет кубит.

– И эти микроволновые импульсы… откуда они берутся?

– Их генерирует специальная электроника, управляемая обычным компьютером. То есть, у нас есть гибридная система: квантовый компьютер, который выполняет сложные вычисления, и классический компьютер, который управляет им и считывает результаты.

– И где хранится это… квантовое состояние кубита? – спросил Константин, стараясь представить себе всю эту сложную систему.

– Оно не хранится в каком-то определенном месте, – ответил Леберман. – Оно существует как состояние электронов в сверхпроводящем контуре. Это как волна, которая распространяется по всему контуру. Если мы попытаемся измерить это состояние напрямую, мы разрушим его, и кубит превратится либо в ноль, либо в единицу.

– Значит, вы должны очень осторожно с этим работать?

– Именно так. Любое вмешательство может разрушить квантовое состояние и привести к ошибкам в вычислениях. Поэтому мы стараемся максимально изолировать кубиты от внешнего мира. Мы используем специальные экраны, чтобы защитить их от электромагнитного излучения, и поддерживаем очень низкую температуру, чтобы избежать теплового шума.

– Понятно, – сказал Константин.

Теперь он