Как-то несколько лет назад мне уже доводилось писать о невероятной возможности реализации квантовых вычислений на неработающем квантовом компьютере ("КВ" 24'2002). Тогда речь шла о поистине фантастическом выводе, сделанном еще в 1999 г. британскими физиками Гремом Митчисоном (Graeme Mitchison) из Кембриджского университета и Ричардом Джошем (Richard Jozsa) из Бристольского университета. Они показали, что свойства квантовых состояний столь удивительны, что построенный на таких состояниях квантовый компьютер будет производить вычисления, даже будучи выключенным. Они назвали такие вычисления "контрфактуальными", т.е. противоречащими фактичности. А привела их к такому странному выводу попытка строго квантовомеханически определить пространство состояний теоретически реалистичного квантового компьютера. А оно представляет собой произведение пространств состояний самого компьютера ("включен"-"выключен"), выходного регистра (состояния, соответствующие результатам вычислений) и, скажем условно, входного регистра (исходных данных и алгоритмов их преобразований). А это и означает, что проекция произвольного состояния в таком пространстве на подпространство, задаваемое состоянием "выключено", в общем случае не нулевое.

Недавно к подобному выводу пришла и группа ученых из университета Иллинойса, работающая под руководством известного специалиста в области квантовых вычислений Пола Квята. И не просто подтвердила теоретический вывод конца 90-х, а и построила прототип работающего квантового компьютера, на котором не выполнялась никакая программа. Об этом они сообщили в недавнем выпуске журнала "Nature" (Vol. 439, No. 7079, P. 949-952, 23.02.2006).

Схема эксперимента состояла в следующем. Фотон посылался в систему зеркал и других оптических приборов, с помощью которых осуществлялся алгоритм простого поиска по базе данных путем изменения свойств фотона. Только теперь ключевую роль играла не сложная структура пространства состояний квантового вычислительного устройства, а квантовый эффект Зенона. Из истории науки и философии мы помним, что этот древнегреческий философ, последователь Парменида, сформулировал ряд парадоксов, показывающих противоречивость (а логически - невозможность) движения, как, впрочем, и изменения вообще.

Квантовый эффект Зенона заключается в том, что часто (в пределе - непрерывно) повторяемые измерения (наблюдения) квантовой системы как бы замораживают ее поведение. Так, например, перманентное наблюдение за радиоактивным ядром должно приводить к тому, что ядро никогда не будет распадаться, оставаясь, тем не менее, квантовомеханическим объектом.

В предложенной американскими учеными схеме такое повторяемое наблюдение фотона приводит к тому, что он фактически перестает взаимодействовать с системой, в целом, продолжая в то же время взаимодействовать с компонентами системы, постоянно изменяя свои свойства, как если бы он действительно проходил через эти компоненты. А, стало быть, будет проводить поиск по базе данных.

Ученые полагают, что полученный ими результат - это не просто забавная демонстрация странностей квантового мира, а один из путей, который может привести к созданию действительно работающих квантовых компьютеров. Главная проблема тут - это все та же пресловутая проблема декогеренции, т.е. быстрой деградации приготовленных квантовых состояний за счет неустранимого взаимодействия со степенями свободы окружения системы.

Сергей САНЬКО