Чи переоцінені квантові кубіти? Дискусія про раціональну фізику

Квантові комп'ютери є одночасно найперспективнішим і найзаплутанішим сегментом інновацій в обчислювальній техніці. З одного боку, квантові комп'ютери обіцяють виконувати обчислення, які в іншому випадку були б абсолютно неможливими, і часом здається, що вони порушують усі правила та обмеження звичайних комп'ютерів.

З іншого боку, їх надзвичайно важко створити та масштабувати їхню обчислювальну потужність до корисних рівнів. І ми досі багато чого не розуміємо в квантовій фізиці, що робить концепцію квантових комп'ютерів вразливою до несподіваних сюрпризів. Наприклад, належна теорія квантової гравітації залишалася недосяжною протягом десятиліть, що потенційно вказує на глибокий недолік у нашому розумінні квантової механіки.

Цю останню ідею фундаментального обмеження самої квантової фізики нещодавно додатково розвинув Тім Палмер, дослідник з Оксфордського університету, найбільш відомим своєю роботою з теорії хаосу та клімату.

Він вважає, що фундаментальні математичні властивості квантового простору можуть за своєю суттю обмежувати фактичні можливості квантових комп'ютерів набагато більше, ніж вважалося раніше.

Він опублікував своє дослідження у престижному науковому журналі PNAS¹, під назвою «Раціональна квантова механіка: Перевірка квантової теорії за допомогою квантових комп'ютерів".

Розуміння ажіотажу: як працюють квантові комп'ютери?

Перш ніж обговорювати ідею професора Палмера, буде корисно зрозуміти, що робить квантові комп'ютери особливими.

Ключова частина полягає в тому, що замість «дискретних» бітів зі значеннями 1 та 0, як у звичайному комп'ютері, кубіти квантових комп'ютерів демонструють квантову суперпозицію та заплутаність.

Спрощено кажучи, це означає, що кожен кубіт може за своєю суттю зберігати більше складної інформації одночасно, що спрощує обчислення зі складними математичними матрицями.

Отже, для складного набору даних з багатьма можливими значеннями для кожної точки даних, такими як значення спіну електронів або атомів у чіпі чи електроді батареї, квантові комп'ютери можуть впоратися зі складністю встановлення, причому кожен доданий кубіт експоненціально збільшує ємність.

На відміну від цього, звичайний комп'ютер додає лише одну нову ємність за раз, один новий біт за раз, тому обчислення, яке стає експоненціально складнішим щоразу, коли додається нова точка даних, швидко стає некерованим, а швидко зростаюча складність перевантажує можливості навіть найкращого звичайного суперкомп'ютера.

Принаймні, така теорія, що підтримується поширеними концепціями роботи класичної квантової фізики. Але професор Палмер стверджує, що це не так.

Квантова механіка проти раціональної квантової фізики (RaQM)

Що таке Гільбертів простір? Структура квантової сили

«Основні» концепції квантової фізики зазвичай об'єднуються під терміном «квантова механіка» (КМ) і описують складні, часто контрінтуїтивні явища, що відбуваються на квантовому рівні.

Ключовим елементом, що стосується квантових комп'ютерів, є ідея Гільбертовий простірЦя концепція розширює звичний 2D або 3D простір до будь-якої кількості вимірів і створює математичну основу, на якій побудована більша частина квантової фізики.

«Гільбертів простір — це математичне поняття в лінійній геометрії, яке визначає нескінченновимірний простір. Іншими словами, він бере геометричні поняття, обмежені двовимірними та тривимірними просторами, та розширює їх таким чином, щоб їх можна було використовувати з нескінченною кількістю вимірів».

Оскільки це такий фундаментальний інструмент квантової фізики, його рідко ставлять під сумнів. І це, безумовно, «істинна» ідея загалом, оскільки вона зробила можливими більшість передбачень квантової фізики, які були підтверджені експериментально.

«Гільбертові простори мають вирішальне значення в таких галузях, як квантова механіка, де вони забезпечують математичну основу для розуміння поведінки частинок на мікроскопічних масштабах. Це включає застосування у розв'язанні складних рівнянь, таких як рівняння Шредінгера, яке описує, як квантові системи еволюціонують з часом».

У класичній інтерпретації кількість вимірів у гільбертовому просторі зростає експоненціально з кількістю кубітів, що використовуються квантовим комп'ютером. Ця інтерпретація повністю залежить від континуальної природи гільбертового простору, ідею, яку оскаржує Прі Палмер.

Раціональна квантова фізика: виклик континууму

Теорія, опублікована оксфордським фізиком, заперечує, що Гільбертів простір справді діє саме так, і вказує на невловимість квантової гравітації як ознаку того, що це може бути так. Він називає свою теорію «раціональною квантовою механікою» (RaQM).

«Ми пропонуємо теорію квантової фізики, засновану на уявленні про те, що континуальна природа простору станів квантової механіки наближається до чогось дискретного за своєю суттю, і стверджуємо, що причиною такої дискретності є гравітація».

Ідея полягає в тому, що Гільбертів простір справді є гранулярним, але з надзвичайно малим простором, оскільки гравітація настільки слабка порівняно з іншими фундаментальними фізичними силами. Він розвинув ці ідеї далі в супутній науковій статті.² з назвою "Розгадка таємниць квантової механіки: чому природа не терпить континууму".

Не вдаючись у математичні подробиці, вважається, що квантовий стан визначено лише стосовно певних «раціональних» спостережуваних величин. Це призводить до дещо іншого розуміння комплексних чисел, таких як уявне число √(-1) або так звані кватерніони, що дозволяє реалістично інтерпретувати квантовий стан у RaQM порівняно з QM.

Або, як висловився професор Палмер, його теорія усуває деякі відомі парадокси квантової фізики, такі як кіт Шредінгера.

«У RaQM коти більше не є одночасно живими та мертвими».

1,000-кубітна стеля: практичні наслідки для майбутнього

Важливою частиною передумови надпотужних квантових комп'ютерів є те, що додавання більшої кількості кубітів додає більше «вимірів» для роботи над математичною задачею. Це припущення ґрунтується на ідеї нескінченного «запасу нового сховища даних» (вимірів) за допомогою гільбертового простору, оскільки до системи додається більше кубітів.

Таким чином, ідея професора Палмера матиме серйозні наслідки для квантових комп'ютерів.

Якщо це правда, то інформаційний вміст у квантовому стані зростає лінійно зі збільшенням кількості кубітів, а не експоненціально, як вважалося раніше, що по суті порушує найбільшу передумову квантових комп'ютерів.

«Якщо кількість заплутаних кубітів перевищує критичну, у квантовому стані просто недостатньо інформації, щоб виділити хоча б один біт інформації кожному виміру гільбертового простору. Коли це станеться, квантові алгоритми, які використовують весь гільбертів простір, перестануть мати квантову перевагу над класичними алгоритмами».

У статті оцінюється, що цей поріг може бути досягнутий, коли квантові комп'ютери перевищать приблизно від кількох сотень до 1,000 кубітів з виправленими помилками.

Слід зазначити, що це значно нижче очікуваного порогу, необхідного для злому важливих рівнів шифрування, наприклад, для злому 2048-бітного ключа RSA за допомогою потрібно 4,099 кубітів. алгоритм Шора, квантовий алгоритм, найімовірніше, буде корисним для практичних цілей.

Якщо професор Палмер має рацію, це може означати, що шифрування назавжди залишиться захищеним від квантових комп'ютерів, як ми їх розуміємо сьогодні.

Оскільки багато прототипів квантових комп'ютерів наближаються до цієї межі, самостійно чи через мережу, ми, ймовірно, скоро дізнаємося, чи ця ідея правдива.

«Квантова механіка (КМ) вирішила всі експериментальні завдання, які стояли перед нею, тому в цій статті я пропоную експеримент, який можна було б провести через кілька років – якщо вірити дорожнім картам квантових технологій – для тестування RaQM у порівнянні з КМ».

Ця концепція, якщо її доведуть, може мати деякі важливі наслідки для квантової фізики, які виходять далеко за межі обмеження потенціалу квантових комп'ютерів. Що саме по собі може зробити квантові комп'ютери дуже важливими, навіть якщо їхнє практичне застосування обмеженіше, ніж сподівалося раніше.

«Якщо квантові комп’ютери забезпечать експерименти не лише для пошуку теорії-наступника квантової механіки, але й, що ще важливіше, для пошуку теорії, яка синтезує квантову та гравітаційну фізику, це, безумовно, буде надзвичайно гарним результатом для всієї роботи, яка була вкладена в квантові обчислення протягом багатьох років».

Стратегічні інвестиційні висновки: управління квантовими ризиками

Ця нова концепція далеко не доведена і насправді є радикальним відхиленням від консенсусу фізиків щодо квантової механіки. Тож поки що це лише дуже цікава, але недоведена теорія, яка існує лише в теоретичній математиці.

Однак інвесторам в акції квантових обчислень слід звернути на це увагу, оскільки це нагадує нам, що квантова фізика досі не до кінця вивчена і має потенціал як для дивовижних нових можливостей, так і для обмежень у своєму практичному застосуванні.

Ще один елемент полягає в тому, що якщо шифрування назавжди захищене від квантових комп'ютерів, то й біткойн, який нещодавно постраждав від наративу... невдовзі «зламані» прогресом у квантових обчисленнях, тему, яку ми також розглядали в розділі «Постквантний інвестиційний аудит: 10 найкращих акцій на 2026 рік".

Тож, можливо, має сенс збалансувати обидва ризики один з одним:

• Якщо квантові комп'ютери досягнуть максимального порогу в 1,000+ кубітів, біткойн буде безпечним, і наратив, який знизив ціну біткойна, зникне.
• Якщо професор Палмер помиляється, квантові комп'ютери справді можуть загрожувати біткойн-частині портфеля, але вони також зможуть виконувати важко уявне диво обчислень як у шифруванні, так і в глибшому розумінні матеріального світу.

Тож портфель, що поєднує акції квантових обчислень та криптовалюти, ймовірно, найкраще пом'якшить обидві можливі наслідки.

Щодо інвестицій у квантові обчислення ви можете звернутися наш інвестиційний звіт про Honeywell та її дочірню компанію з квантових обчислень, Квантинуумабо нашу статтю «5 найкращих квантових обчислювальних компаній 2025 року".

Список використаної літератури:

^{1Тім Палмер. Раціональна квантова механіка: Перевірка квантової теорії за допомогою квантових комп'ютерівPNAS. 123 (12) e2523350123. 16 березня 2026 року. https://doi.org/10.1073/pnas.2523350123
2Тім Палмер. Розгадування таємниць квантової механіки: чому природа не терпить континууму. Праці Королівського товариства. Лютий 18, 2026. https://arxiv.org/abs/2602.16382}