Эта статья — попытка разобраться в основах квантовых вычислений, обзоре существующих квантовых компьютеров и размышлениях о возможности создания сознания на квантовой основе.

Что такое квант

Классическая физика считала процессы непрерывными: энергию, поля, пространство можно делить бесконечно. В начале XX века Макс Планк и Альберт Эйнштейн показали, что это не так. Энергия в связанной системе излучается и поглощается порциями — квантами.

Формула энергии кванта: E = h × ν, где h — постоянная Планка, а ν — частота излучения. Энергия одного фотона (кванта света) равна hν.

Эксперименты, такие как фотоэффект и атомные спектры, подтверждают: свет взаимодействует с веществом порциями. Атом может поглотить один или два фотона, но не половину. При этом энергия фотона должна точно соответствовать разнице энергетических уровней атома.

В квантовой теории поля всё в мире — возбуждения фундаментальных полей. Фотон — квант электромагнитного поля, глюон — квант сильного взаимодействия, гравитон (гипотетический) — квант гравитационного поля. Даже частицы вещества, такие как электроны и кварки, — это кванты своих полей.

Важно: квант — не «кирпичик», а минимальное возбуждение поля. Его нельзя «разделить», как нельзя возбудить поле «наполовину». Понятие «размер» к кванту в привычном смысле неприменимо.

Кубит: от бита к суперпозиции

Классический бит — это 0 или 1, как монета, лежащая орлом или решкой. Кубит — квантовый аналог бита. Его состояние — суперпозиция: одновременное присутствие 0 и 1 с определёнными вероятностями.

Представьте монету, подброшенную в воздух. Пока она крутится, она ни орёл, ни решка — она в суперпозиции. Когда она падает (происходит измерение), результат — 0 или 1. Вероятность зависит от того, как она была подброшена.

Математика кубита

Состояние кубита описывается формулой: ψ = a · |0⟩ + b · |1⟩, где a и b — комплексные числа. При этом |a|² + |b|² = 1.

Вероятность получить при измерении 0 равна |a|², а 1 — |b|². Квадрат модуля используется, потому что вероятность не может быть отрицательной или комплексной.

Непрерывность суперпозиции

Классический бит принимает только два значения. Аналоговая величина (например, напряжение) может быть любой в непрерывном диапазоне. Кубит — нечто среднее.

Измерить его как аналоговую величину нельзя: результат всегда 0 или 1. Но до измерения его состояние может быть любым на непрерывном множестве, определяемом соотношением a и b. Это как если бы монета могла крутиться с разной скоростью и под разным углом — каждому движению соответствовала бы своя вероятность результата.

Непрерывность здесь — не в значении результата, а в наборе вероятностей, из которых результат выбирается случайно.

Сфера Блоха: наглядное представление кубита

Состояние кубита удобно изображать на сфере Блоха — шаре, где поверхность представляет все возможные состояния.

• Северный полюс — состояние |0⟩ (гарантированно 0).
• Южный полюс — состояние |1⟩ (гарантированно 1).
• Любая другая точка — суперпозиция с разными вероятностями и фазой.

Две координаты точки (широта и долгота) определяют a и b. Угол θ (тета) задаёт соотношение вероятностей, угол φ (фи) — фазу. Фаза не влияет на вероятности, но критически важна для интерференции в квантовых вычислениях.

Внутренность сферы не используется. Состояния кубита — только на поверхности. Пространство состояний двумерно и непрерывно: можно плавно перемещать точку от полюса к экватору.

Запутанность: сила нескольких кубитов

Один кубит — это хорошо, но сила квантовых вычислений проявляется при увеличении их числа. Два кубита могут находиться в запутанном состоянии, которое нельзя описать как комбинацию отдельных.

Пример — состояние Белла: |ψ⟩ = (|00⟩ + |11⟩) / √2. В нём кубиты коррелированы: измерив один, вы мгновенно узнаёте состояние другого, даже если они далеко друг от друга.

Запутанность — ресурс, обеспечивающий экспоненциальный рост вычислительной мощности с числом кубитов.

Физическая реализация: ионы, лазеры и холод

Один из распространённых типов кубитов — ионы в вакуумной ловушке. Например, ионы иттербия удерживаются электромагнитным полем при давлении 10⁻¹⁰–10⁻¹¹ мбар, чтобы избежать столкновений.

Состояния |0⟩ и |1⟩ — это два энергетических уровня иона.

Управление: лазерный импульс переводит ион в суперпозицию. Его длительность и мощность определяют, в какое состояние перейдёт кубит.

Измерение: лазер другой частоты заставляет ион светиться, если он в |0⟩, и оставаться тёмным, если в |1⟩. Детектор фиксирует свечение.

Ключевые параметры кубитов

Кубит может сохранять суперпозицию лишь ограниченное время — время когерентности. У ионных кубитов оно достигает секунд и даже минут.

Точность операций (fidelity) должна быть не ниже 99,9%, чтобы ошибки не накапливались. Для этого кубиты охлаждают до температур от 10 милликельвинов (−273,14 °C) до 4 кельвинов (−269,15 °C).

Квантовый параллелизм

Классический параллелизм — много процессоров работают независимо. Квантовый — иначе: регистр из n кубитов может находиться в суперпозиции 2ⁿ состояний. Одна операция применяется ко всем одновременно.

Для n = 30 это миллиард вариантов за один такт.

Но для реальных вычислений нужны логические кубиты — защищённые от ошибок. Один логический кубит может требовать десятков или сотен физических. Поэтому современные системы с 70–250 кубитами пока демонстрируют «квантовое преимущество» — решают первые задачи быстрее классических суперкомпьютеров.

Современные квантовые компьютеры: точность и масштаб

Сегодня квантовые компьютеры строятся на разных платформах. Главный показатель — точность операций.

Точность однокубитных операций у ведущих систем (сверхпроводники, ионные ловушки) достигает 99,9–99,99%.

Двухкубитные операции — узкое место. Лучшие показатели:

• IonQ — 99,99%
• Quantinuum — 99,7%
• Google — 99,86%
• Rigetti — 99,5%

Для отказоустойчивых вычислений с коррекцией ошибок требуется точность не ниже 99,9%. Это пока достигнуто лишь в единичных системах.

Кусепты: больше, чем кубиты

Кусепты — семиуровневые квантовые системы, каждая из которых эквивалентна примерно трём кубитам (2³ = 8 состояний). В российском 72-кубитном процессоре 26 ионов кальция работают как кусепты, что даёт эквивалент 72 кубитов (26 × 3 = 78, но с учётом технических ограничений — 72).

D-Wave и квантовый отжиг

D-Wave Advantage2 — это не универсальный квантовый компьютер, а система квантового отжига, специализированная на задачах оптимизации.

Она имеет более 4400 кубитов, 20-кратную связность между ними и увеличенное время когерентности. Точность операций измеряется по другим критериям, так как архитектура отличается.

Квантовый компьютер: аналог или цифра?

На первый взгляд, кубит — аналоговая величина: его состояние описывается непрерывными числами и может быть в любой точке сферы Блоха. Но есть три ключевых отличия, делающих его гибридом.

• Вход — дискретный: задача кодируется цифровыми сигналами. Начальное состояние и последовательность операций задаются дискретно.
• Вычисления — непрерывные: кубиты находятся в суперпозиции, их состояние может быть любым. Операции — это плавные повороты на сфере Блоха.
• Выход — дискретный: измерение «сворачивает» суперпозицию в 0 или 1. Результат — классический бит.

Цена квантового ускорения

Цифровые данные кодируются в амплитуды и фазы кубитов. В процессе вычислений мы работаем с непрерывными значениями — это даёт параллелизм. Но при измерении теряется информация о фазах. Остаётся только один случайный битовый результат.

Это не ошибка техники, а фундаментальное свойство квантовой механики: измерение разрушает суперпозицию.

Если бы мы могли считывать фазы напрямую, квантовые компьютеры решали бы многие задачи за один такт. Но это невозможно — не из-за несовершенства приборов, а из-за законов природы.

Аналоговая система даёт непрерывный выход. Кубит всегда даёт дискретный результат. Его непрерывность доступна только «внутри», во время вычислений.

Именно это — непрерывность внутри, дискретность снаружи — делает кубит уникальным. Он сочетает гибкость аналога и устойчивость цифры. Как говорил Ричард Фейнман: «Природа не классическая, чёрт возьми, и если вы хотите смоделировать природу, вам лучше сделать это квантовомеханически…»

Квантовый компьютер — это не замена цифре и не возврат к аналогу. Это третий путь.

Дискретное управление и непрерывная динамика дают мощь квантовым алгоритмам — и одновременно накладывают ограничения: результат нельзя прочитать без потери информации, а вычисления требуют изоляции от внешнего мира.

Может ли квантовый компьютер обладать сознанием?

Разделим два понятия:

• Интеллект — способность решать задачи, распознавать паттерны, планировать, использовать язык. Это функционально.
• Сознание — субъективное переживание, чувство «я», единство восприятия. Это то, каково это — быть системой.

Вопрос: может ли квантовый компьютер обладать сознанием?

Достаточно ли «кусочков» непрерывности?

Квантовый компьютер работает с суперпозицией, запутанностью и интерференцией — это ближе к аналоговой природе, чем к цифровой. Но вход и выход — дискретные. Может ли такая система обладать субъективным переживанием?

Если сознание требует непрерывности, квантовый компьютер ближе к этому, чем цифровой. Но его непрерывность — «островки» между дискретными этапами. Достаточно ли этого? Мы не знаем.

Возможно, сознание требует непрерывности «насквозь» — от восприятия до действия. А может, достаточно внутренней непрерывности, даже если границы дискретны. Ответа пока нет.

Может ли квантовый компьютер быть платформой для AGI?

AGI — это искусственный общий интеллект, способный решать широкий круг задач на уровне человека. Это про интеллект, не обязательно про сознание.

Квантовый компьютер может стать платформой для AGI, если удастся решить проблемы масштабирования и коррекции ошибок.

Но будет ли такой AGI сознательным? Это зависит от природы сознания.

Аргументы «за»: квантовые теории сознания

Роджер Пенроуз утверждает, что сознание невычислимо: никакая цифровая система не может его породить. Совместно со Стюартом Хэмероффом он предложил гипотезу «Орч-ОР» (Orchestrated Objective Reduction): квантовые процессы в микротрубочках нейронов могут быть физической основой сознания.

Ричард Фейнман показал, что классические компьютеры не могут эффективно моделировать квантовые процессы. Хотя он не говорил о сознании, его идея оставляет пространство для гипотез: если сознание требует невычислимых процессов, оно может быть связано с квантовой природой реальности.

Аргументы «против»: сознание требует классических ресурсов

Дэвид Чалмерс ввёл понятие «трудной проблемы сознания»: почему физические процессы в мозге порождают субъективный опыт? Он считает, что чисто физическое объяснение сознания, будь то классическое или квантовое, может оказаться недостаточным.

Томас Нагель в статье «What Is It Like to Be a Bat?» (1974) подчёркивает: субъективный опыт не сводится к физическим описаниям. Это ставит под сомнение любую физическую теорию сознания — включая квантовые.

Исследование Адлам, Маккуина и Вегелла (2025)

Исследователи из Университета Чепмена показали, что чисто квантовая система не может быть агентом. Агентность — это способность:

• строить модель мира,
• оценивать альтернативы,
• выбирать наилучшее действие.

Для этого нужны классические ресурсы:

• Копируемость: возможность дублировать информацию. Но в квантовой механике действует теорема о запрете клонирования.
• Предпочтительный базис: устойчивые состояния, не разрушающиеся при взаимодействии с окружением. Они возникают при декогеренции.
• Сравнение и выбор: линейная квантовая динамика не может выделить один вариант без классической структуры.

Агентность возникает не в чисто квантовой системе, а на границе между квантовым и классическим мирами — там, где квантовая информация «кристаллизуется» в устойчивые классические формы.

Что это значит для квантового компьютера?

Если гипотеза Пенроуза — Хэмероффа верна, квантовый компьютер мог бы моделировать такие процессы. Но для этого нужны физические условия, аналогичные клетке, — пока недостижимые.

Однако исследование Адлам и соавторов ставит более глубокий вопрос: даже если квантовые эффекты воспроизвести, сможет ли система обрести агентность без устойчивых, копируемых состояний? Ответ — нет.

Это не означает, что квантовый компьютер не может быть частью сознательной системы. Но если сознание требует агентности, оно не может быть чисто квантовым. Оно может возникать на стыке квантового и классического.

Вывод

У нас нет теории, связывающей сознание с квантовыми вычислениями. Но можно утверждать:

• AGI на квантовом компьютере возможен — это вопрос инженерии.
• Будет ли он сознательным — неизвестно.

Квантовый компьютер ближе к аналоговой непрерывности, чем цифровой, но его непрерывность «кусочная». Достаточно ли этого для сознания? Если сознание требует определённого субстрата (например, ионной динамики), то ионные кубиты могут быть ближе к цели, чем сверхпроводящие или фотонные.

Исследование Адлам и соавторов не отрицает квантовые эффекты в биологии (фотосинтез, навигация птиц). Оно утверждает: для агентности недостаточно когерентности — нужны ещё устойчивые, копируемые состояния.

Если сознание требует агентности, одного квантового эффекта недостаточно. При этом само сознание может вообще не зависеть от квантовых процессов.

Вопрос о том, нужны ли квантовые процессы для сознания, остаётся открытым.

Эта статья - попытка разобраться в концепциях квантовых вычислений, краткий обзор существующих квантовых компьютеров и размышления на тему возможно ли создать сознание на квантовой основе.

Квант: порция, которую нельзя разрезать.

Прежде чем говорить о квантовых компьютерах, нужно понять, что такое квант. Классическая физика (Ньютон, Максвелл) считала большинство процессов непрерывными. Энергия, поле, пространство - всё это представлялось бесконечно делимым. В начале XX века Макс Планк, а затем и Альберт Эйнштейн обнаружили на основе опытов, что это не так. Энергия в связанной системе излучается и поглощается не непрерывно, а дискретными порциями - квантами. Формула, связывающая энергию кванта E с частотой излучения ν:

E = h × ν где h — постоянная Планка, фундаментальная константа.

Это энергия одного фотона - кванта электромагнитного излучения. Эксперименты (фотоэффект, спектры атомов) показывают, что при взаимодействии света с веществом энергия передаётся именно такими неделимыми порциями: атом может поглотить один фотон (энергия hν) или два фотона (энергия 2hν), но не может поглотить, скажем, половину фотона. При этом энергия фотона должна точно совпадать с разностью между двумя энергетическими уровнями атома — иначе поглощения не произойдёт. Это свойство атома как связанной системы.

В квантовой теории поля считается, что всё в мире состоит из квантов. Кванты - это элементарные возбуждения физических полей: квант электромагнитного поля - фотон; кванты, отвечающие за сильное взаимодействие (склеивающее ядро), - глюоны; квант гравитационного поля (гипотетический) - гравитон; сами частицы вещества (электроны, кварки) - это тоже кванты соответствующих полей.

Важно понять: квант - это не шарик, из которого состоят другие шарики. В квантовой физике фундаментальны не частицы-кирпичики, а поля. Квант - это минимальное возбуждение своего поля. Нельзя «резать» электрон пополам, потому что это означало бы «возбудить поле на половину кванта». то есть возбуждения полей бывают только целыми: 1, 2, 3… Понятие «размер» кванта в привычном смысле к нему неприменимо.

Кубит: от бита к суперпозиции.

Классический бит может находиться в одном из двух состояний: 0 или 1. Это как монета, которая лежит на столе орлом или решкой. Третьего не дано. Кубит (квантовый бит) - это квантовый аналог бита. Его состояние - этосуперпозиция, то есть одновременное присутствие и 0, и 1 с разными вероятностями. То есть кубит - это монета, подброшенная в воздух. Пока она кружится, она ни орёл, ни решка - она находится в суперпозиции двух состояний. Как только она падает на стол (происходит измерение), она оказывается либо в 0, либо в 1. Результат случаен, и вероятность каждого исхода определяется тем, как именно монета была подброшена.

В воздухе монета может кружиться бесконечным числом способов - это аналог непрерывности. Но результат измерения всегда дискретен: только орёл или решка.

Математически состояние кубита записывается с помощью двух комплексных чисел a и b:

ψ = a · 0 + b · 1

При этом |a|² + |b|² = 1. Вероятность получить при измерении 0 равна |a|², а получить 1 равна |b|². Квадраты модулей |a|² и |b|² дают действительные числа от 0 до 1, которые интерпретируются как вероятности получить при измерении 0 или 1. Если бы мы использовали просто a², результат мог бы быть отрицательным или комплексным - а вероятность такой быть не может. Поэтому в квантовой механике используют именно квадрат модуля.

Непрерывность суперпозиции.

Здесь кроется принципиальное отличие от классического бита.

Классический бит принимает только два значения: 0 или 1.

Аналоговая величина (например, напряжение) может принимать любое значение в непрерывном диапазоне: 0,1; 0,5; 0,73; 0,99…

Кубит в суперпозиции - это нечто среднее. Его нельзя измерить как аналоговую величину, потому что измерение даёт только 0 или 1. Но до измерения его состояние может быть любым на непрерывном множестве, которое описывается соотношением a и b. Это похоже на то, как если бы монета в воздухе могла кружиться с разной скоростью и под разным углом - каждому такому вращению соответствовала бы своя вероятность выпасть орлом или решкой. Непрерывность здесь - это не значение результата, а набор вероятностей, из которых результат потом выбирается случайно.

Как наглядно представить кубит.

Состояние кубита удобно изображать на сфере Блоха. Это шар, поверхность которого (сфера) представляет все возможные состояния кубита.

Северный полюс сферы - это состояние |0⟩ (гарантированно 0). Запись |0⟩ (читается «кет ноль») - это стандартное в квантовой физике обозначение базисного состояния, соответствующего классическому 0.

Южный полюс - состояние |1⟩ (гарантированно 1).

Любая другая точка на поверхности сферы - это суперпозиция с разными вероятностями и разной фазой.

Две координаты точки на сфере (широта и долгота) полностью определяют коэффициенты a и b (с точностью до общей фазы). В сферических координатах их обозначают как угол θ (тета) - он отвечает за широту и определяет соотношение вероятностей получить 0 или 1 (на экваторе вероятности равны 50% на 50%), и угол φ (фи) - он задаёт долготу, то есть фазу. Фаза не влияет на вероятности, но критически важна для интерференции при квантовых вычислениях. Внутренность сферы не используется. Состояния кубита - это только точки на поверхности. Это значит, что пространство состояний кубита двумерно (как поверхность сферы), но оно непрерывно: вы можете плавно перемещать точку от полюса к экватору, меняя соотношение вероятностей.

Для одного кубита сфера Блоха даёт полное описание. Но сила квантовых вычислений проявляется, когда кубитов несколько. Два кубита могут находиться в состоянии, которое нельзя представить как комбинацию состояний каждого по отдельности - это называетсязапутанностью.

Например, состояние Белла: |ψ⟩ = (|00⟩ + |11⟩) / √2

В нём кубиты коррелированы: измерив первый, мы мгновенно знаем состояние второго, даже если они разнесены в пространстве. Запутанность - это тот ресурс, который обеспечивает экспоненциальный рост вычислительной мощности с числом кубитов.

Подробнее про сферу Блоха можно почитать например здесь:https://habr.com/ru/articles/569996/

Как работают квантовые вычисления: от физики к параллелизму.

Физическая реализация: ионы, лазеры и холодильник.

Один из самых распространённых типов кубитов - ионы в вакуумной ловушке. Каждый ион (например, иттербия) удерживается электромагнитным полем в камере с давлением 10⁻¹⁰–10⁻¹¹ мбар, чтобы исключить столкновения с остаточными атомами газа.

Его состояние |0⟩ и |1⟩ - это два внутренних энергетических уровня.

Управление. Чтобы перевести ион в суперпозицию, на него направляют лазерный импульс. Длительность и мощность импульса задают, в какую именно суперпозицию перейдёт кубит.

Измерение. Для измерения на ион направляют лазер другой частоты. Если кубит был в состоянии |0⟩, он начинает светиться (флуоресцировать). Если был в |1⟩ - остаётся тёмным. Детектор фиксирует наличие или отсутствие свечения.

Ключевые параметры.

Кубит может сохранять суперпозицию без искажений лишь ограниченное время -время когерентности(для ионных кубитов - секунды и минуты). Точность операций (fidelity) должна быть не ниже 99,9%, чтобы ошибки не накапливались. Для этого кубиты охлаждают до температур, близких к абсолютному нулю: от 10 милликельвинов (−273,14 °C) до 4 кельвинов (−269,15 °C).

Как из этого получаются вычисления: квантовый параллелизм.

Классический параллелизм - это когда много процессоров работают независимо.

Квантовый параллелизм иначе: один регистр из n кубитов может находиться в суперпозиции 2ⁿ состояний. Одна операция применяется ко всем этим состояниям одновременно. Для n = 30 это миллиард вариантов за один такт.

Но для реальных вычислений нужны не просто кубиты, а логические кубиты, защищённые от ошибок. Создание одного логического кубита может потребовать десятков или даже сотен физических кубитов. Поэтому сегодняшние системы с 70–250 кубитами находятся на стадии демонстрации «квантового преимущества» - поиска первых практически значимых задач, где они смогут превзойти классические суперкомпьютеры.

Важное ограничение:результат мы можем прочитать только один, случайный. Поэтому квантовый компьютер эффективен для задач, где нужно найти что-то среди огромного числа вариантов (поиск, оптимизация, факторизация), но не для задач, где требуется вычислить все варианты по отдельности. Квантовые компьютеры сегодня: точность и количество кубитов Современные квантовые компьютеры строятся на нескольких физических платформах. Ключевая характеристика, определяющая, возможны ли на них полезные вычисления, - это точность операций (fidelity).

Что означают эти числа:

Точность однокубитных операций у ведущих платформ (сверхпроводники, ионные ловушки) уже достигла 99,9–99,99% . Двухкубитные операции - главное узкое место. Лучшие показатели у ионных ловушек (IonQ - 99,99%, Quantinuum - 99,7%) и сверхпроводящих систем (Google - 99,86%, Rigetti - 99,5%) .

Кусепты - это семиуровневые квантовые системы, каждая из которых может хранить информацию, эквивалентную примерно трём кубитам (2³ = 8 состояний). В российском 72-кубитном процессоре 26 ионов кальция работают как кусепты, что в сумме даёт эквивалент 72 кубитов (26 × 3 = 78, но из-за неполного использования уровней или других технических особенностей эквивалент составляет 72).

D-Wave Advantage2 - это квантовый отжиг, специализированный для задач оптимизации. Он работает иначе, чем универсальные квантовые компьютеры, поэтому точность операций для него измеряется по другим критериям. В Advantage2 реализованы более 4400 кубитов, 20-кратная связность между кубитами, а время когерентности увеличено вдвое по сравнению с предыдущим поколением . Для чего нужна высокая точность Чтобы квантовый компьютер стал отказоустойчивым (fault-tolerant) и мог выполнять длинные алгоритмы с коррекцией ошибок, двухкубитные операции должны иметь точность не ниже 99,9% . Это пока достигнуто лишь единичными системами (IonQ, Quantinuum, Google, Rigetti). Большинство систем, включая российские, всё ещё находятся на стадии повышения точности.

[1] Google Quantum AI. Willow Spec Sheet. 🔗https://quantumai.google/static/site-assets/downloads/willow-spec-sheet.pdf

[2] Tianyan Quantum Group. Zuchongzhi 3.0. arXiv:2512.10504, 2025. 🔗https://arxiv.org/html/2512.10504v1

[3] Rigetti.Rigetti Computing Launches Next-Generation 36‑Qubit Quantum Processor. 2025. 🔗https://www.rigetti.com/news/rigetti-computing-launches-next-generation-36-qubit-quantum-processor

[4] IBM Research. Shallow entangled circuits for quantum time series prediction. Nature Scientific Reports, 2025. 🔗https://research.ibm.com/publications/shallow-entangled-circuits-for-quantum-time-series-prediction-on-ibm-devices

[5] Quantinuum. Setting the Benchmark: Independent Study Ranks Quantinuum #1 in Performance. 2025. 🔗https://www.quantinuum.com/blog/setting-the-benchmark-independent-study-ranks-quantinuum-1-in-performance

[6] IonQ.Accelerating Towards Fault Tolerance: Unlocking 99.99% Two-Qubit Gate Fidelities. 2025. 🔗https://www.ionq.com/blog/accelerating-towards-fault-tolerance-unlocking-99-99-two-qubit-gate

[7] Российский квантовый центр. В России создан первый квантовый компьютер на кусептах. 29 декабря 2025. 🔗https://rqc.ru/article/the_first_kusept-based_quantum_computer_in_russia

[8] МГУ. Пресс-релиз:72-кубитный квантовый компьютер на нейтральных атомах. 2026.

[9] QuEra. Aquila - 256‑qubit quantum computer. 🔗https://www.quera.com/aquila

[10] НИТУ МИСИС.Ученые НИТУ МИСИС создали 16-кубитный квантовый компьютер. 2026. 🔗https://misis.ru/university/news/science/2026-02/10325/

[11] D-Wave. Advantage2 - Quantum Computing System. 2025. 🔗https://www.dwavesys.com/solutions-and-products/systems/

Квантовые вычисления: аналог или цифра?

На первый взгляд, кубит - это аналоговая величина. Его состояние описывается непрерывными комплексными числами и может находиться в любой точке на сфере Блоха. В этом смысле квантовый компьютер ближе к аналоговому, чем к цифровому.

Но есть три принципиальных отличия, которые делают его гибридом.

Вход - дискретный. Задача, которую решает квантовый компьютер, кодируется в состояние кубитов через цифровые управляющие сигналы. Мы задаём начальное состояние кубитов, выбираем последовательность операций - всё это происходит в дискретном, цифровом мире.

Вычисления - непрерывные. В процессе вычислений кубиты находятся в суперпозиции, их состояние может быть любым. Квантовая операция - это поворот этого состояния, который может быть выполнен с любой степенью точности. Здесь нет дискретных «шагов» между значениями.

Выход - снова дискретный. Чтобы прочитать результат, мы измеряем состояние кубитов. Измерение - это не просто считывание, а коллапс волновой функции в одно из базисных состояний (0 или 1). Результат измерения - классический бит.

Цена квантового ускорения.

Цифровые данные кодируются в амплитуды вероятности кубитов. В процессе вычислений мы работаем с непрерывными амплитудами и фазами, что и даёт квантовый параллелизм. Однако при измерении мы теряем информацию о фазах - остаётся только один случайный битовый результат. Это не «баг», а фундаментальное свойство квантовой механики, которое ограничивает класс задач, где квантовый компьютер даёт выигрыш. Если бы мы могли считывать информацию о фазах напрямую, не разрушая суперпозицию, это означало бы, что мы можем получить полное квантовое состояние системы, а не просто случайный бит. Для системы из n кубитов это 2ⁿ амплитуд и 2ⁿ фаз - то есть экспоненциальный объём информации за один запуск. Многие квантовые алгоритмы давали бы точный ответ без повторений, а задачи вроде моделирования молекул решались бы за один такт. Но это невозможноне из-за несовершенства приборов,а из-за закона квантовой механики, которая является нашей лучшей на сегодня моделью микромира: измерение изменяет состояние. Информация о фазах существует только в суперпозиции; как только мы пытаемся её извлечь, суперпозиция разрушается. Поэтому квантовый компьютер всегда будет давать на выходе биты, а не непрерывные значения.

Аналоговая система даёт на выходе непрерывное значение, которое можно измерить с любой точностью. Кубит при измерении всегда даёт дискретный результат: 0 или 1. Непрерывность его состояния доступна только «внутри», в процессе вычисления, но на выходе мы получаем классический бит.

Именно это свойство - непрерывность внутри, дискретность снаружи - делает кубит столь необычным объектом. Он сочетает в себе гибкость аналоговой системы с устойчивостью цифровой: вычисления могут использовать всё богатство непрерывных состояний, но результат всегда можно прочитать как бит. В этом смысле кубит - это гибрид, который не сводится ни к цифре, ни к аналогу. Он представляет собой третий путь, открывающий новые возможности для вычислений. Как говорил Ричард Фейнман, один из разработчиков теории квантовых вычислений: «Природа не классическая, чёрт возьми, и если вы хотите сделать симуляцию природы, вам лучше сделать её квантовомеханической,…» (Фейнман Р. Simulating Physics with Computers. International Journal of Theoretical Physics, 1982, Vol. 21, pp. 467–488) .

Квантовый компьютер - это не замена цифре и не возврат к аналогу. Это третий путь, где дискретность входа и выхода сочетается с непрерывностью вычислений. Именно сочетание дискретного управления и непрерывной динамики даёт квантовым алгоритмам их мощь - и одновременно накладывает фундаментальные ограничения: результат нельзя прочитать без потери информации о фазах, а сами вычисления требуют изоляции от внешнего мира, иначе квантовое состояние разрушается.

Квантовый компьютер и сознание.

Чтобы избежать путаницы, давайте сразу определим два понятия.

Интеллект - это функциональная способность: решать задачи, распознавать паттерны, планировать, адаптироваться к новым условиям, использовать язык. Компьютер делает это превосходно.

Сознание - это наличие субъективного переживания, то, каково это - быть системой, чувство присутствия, бытия, единство восприятия («я» как центр переживания). Вопрос о том, может ли цифровой AGI обладать сознанием, мы уже обсуждали в предыдущей статье [https://habr.com/ru/articles/1010604/]. Здесь нас интересует другое: может ли квантовый компьютер обладать сознанием?

Квантовый компьютер работает на суперпозиции, запутанности и интерференции. В процессе вычислений кубиты находятся в непрерывных состояниях - это ближе к аналоговой природе, чем к цифровой. Но на входе и выходе - дискретные биты. Может ли такая система обладать субъективным переживанием? Если сознание требует непрерывности физического процесса, то квантовый компьютер ближе к этому, чем цифровой.

Достаточно ли кусочков непрерывности?

Непрерывность вычислений в квантовом компьютере существует только «внутри», пока мы не измеряем. Вход и выход - дискретные. Сознание же, если оно непрерывно, вероятно, требует непрерывности «насквозь»: от входа к выходу, без разрывов. Квантовый компьютер даёт нам островки непрерывности, окружённые дискретностью. Достаточно ли этого для сознания? Мы не знаем. Возможно, сознание требует непрерывности и на уровне восприятия, и на уровне действия. А возможно, ему достаточно непрерывности внутреннего процесса, даже если границы дискретны. Ответа пока нет.

Может ли квантовый компьютер быть носителем AGI?

AGI (искусственный общий интеллект) - это система, способная решать широкий круг задач на уровне человека или выше. Это про интеллект, а не про сознание. Квантовый компьютер может быть платформой для AGI, если удастся решить проблемы масштабирования и коррекции ошибок. Но будет ли такой AGI сознательным ?

Что мы знаем о связи квантовых процессов и сознания.

Вопрос о том, может ли квантовый компьютер (или любая квантовая система) обладать сознанием, имеет две противоположные группы аргументов: те, что указывают на возможную связь, и те, что ставят её под сомнение.

Аргументы «за»: квантовые теории сознания.

Роджер Пенроуз последовательно отстаивает позицию, что сознание невычислимо. Имеется ввиду, что никакая цифровая вычислительная система (фон-неймановская, работающая по правилам классической информатики) не может породить сознание, как бы сложно она ни была устроена. Однако из этого не следует, что сознание не может быть связано с физическими процессами - просто эти процессы должны выходить за рамки того, что можно описать как цифровые вычисления. Совместно со Стюартом Хэмероффом он развивает гипотезу «Орч-ОР» (Orchestrated Objective Reduction), согласно которой квантовые процессы в микротрубочках нейронов могут быть тем физическим механизмом, который реализует невычислимые аспекты сознания. Именно с помощью квантовой механики Пенроуз и Хэмерофф считают, что можно объяснить природу сознания .

Ричард Фейнман ещё в 1981 году заложил философское основание для квантовых вычислений, указав, что классические компьютеры не могут эффективно моделировать квантовую природу реальности. Хотя Фейнман не говорил о сознании напрямую, его тезис о том, что квантовые процессы нельзя свести к классическим вычислениям, оставляет пространство для гипотез о том, что сознание (если оно требует невычислимых процессов) может быть связано с квантовой природой реальности.

Аргументы «против»: сознание требует устойчивых, копируемых состояний.

Дэвид Чалмерс, введший понятие «трудной проблемы сознания», формулирует её так:«Легкие проблемы - это, в конечном счёте, вопрос объяснения поведения, того, что мы делаем. Мозг замечательно справляется с такими задачами. Но трудная проблема сознания - это субъективный опыт. Почему, когда всё это происходит в этой схеме, что-то чувствуется? Как 86 миллиардов нейронов, взаимодействующих внутри мозга, складываясь вместе, производят субъективный опыт ума и мира?». В интервью The Irish Times он добавляет: «Есть систематические причины полагать, что любое чисто физическое объяснение сознания потерпит неудачу. Нейронаука даст нам прекрасные объяснения легких проблем и поведения, но чтобы добраться до сознания, всегда потребуется какой-то дополнительный ингредиент» . Чалмерс не утверждает, что квантовые эффекты не нужны, но подчёркивает, что сознание не сводится к физическим процессов любого типа - будь то классические или квантовые.

Томас Нагель в своей знаменитой статье «What Is It Like to Be a Bat?» (1974) указывает на принципиальную нередуцируемость субъективного опыта: «Даже если мы можем представить всё это, это говорит нам лишь о том, каково это для меня - быть летучей мышью, или для меня - вести себя как летучая мышь. Это не говорит нам о том, каково это для летучей мыши - быть летучей мышью» . Нагель утверждает, что существует субъективный характер сознательного опыта, который не схватывается физическими описаниями мозга или наблюдаемым поведением. Это ставит под сомнение любую физическую теорию сознания - включая квантовые.

Исследование Эмили Адлам, Кельвина Маккуина и Мордехая Вегелла из Института квантовых исследований Университета Чепмена (2025) идёт дальше и показывает, что чисто квантовая система не может бытьагентом- то есть не может строить модель мира, сравнивать альтернативы и выбирать наилучшее действие без устойчивых, копируемых состояний .Агентностьв их работе - это способность системы удовлетворять трём минимальным условиям:

Построение модели мира: способность формировать внутреннее представление о внешней среде.

Оценка альтернатив: возможность использовать эту модель для анализа последствий различных действий.

Выбор наилучшего действия: способность надежно выбирать и выполнять действие с максимальной ожидаемой полезностью.

Авторы утверждают, что чисто квантовая система не может обладать агентностью, потому что ей не хватает того, что они называют «классическими ресурсами» - устойчивых, копируемых состояний, которые возникают в процессе декогеренции (перехода квантовой системы в классическую):

Копируемость: возможность создавать копии информации (моделей мира), чтобы анализировать альтернативы. Это прямо запрещено в квантовой механике теоремой о запрете клонирования (no-cloning theorem).

Предпочтительный базис: наличие устойчивых состояний, которые не разрушаются от взаимодействия с окружением. В реальном мире такие структуры возникают в процессе декогеренции.

Возможность сравнения и выбора: линейная квантовая динамика не может выделить один вариант и выполнить его без классической структуры, которая обеспечивает предпочтительный базис.

Ключевой вывод: агентность возникает не в чисто квантовой системе, а на границе между квантовым и классическим мирами - там, где квантовые состояния декогерируют в устойчивые, копируемые классические структуры, которые и позволяют системе действовать целенаправленно. Что это значит для квантового компьютера Если гипотеза Пенроуза - Хэмероффа верна, то квантовый компьютер мог бы в принципе моделировать такие процессы, но для этого ему нужно работать с теми же физическими эффектами (квантовая когерентность в среде, аналогичной клетке), что сегодня недостижимо.

Однако работа Адлам и соавторов ставит более глубокий вопрос: даже если такие эффекты удастся воспроизвести, сможет ли чисто квантовая система обрести агентность без устойчивых, копируемых состояний? Ответ исследователей - нет. Агентность требует таких состояний. Это не означает, что квантовый компьютер не может быть частью сознательной системы. Но если сознание требует агентности, то оно не может быть чисто квантовым явлением. Но не отрицается, что оно может возникнуть на стыке квантового и классического - там, где квантовая информация «кристаллизуется» в устойчивые классические формы.

У нас сейчас нет теории, которая связывала бы сознание с квантовой вычислительной архитектурой. Но мы можем утверждать: AGI (интеллект) на квантовом компьютере возможен в принципе - это вопрос инженерии. Будет ли такой AGI сознательным - неизвестно. Это зависит от того, что такое сознание, и требует ли оно непрерывности, аналоговости или чего-то ещё, чего у квантового компьютера нет. Квантовый компьютер ближе к аналоговой непрерывности, чем цифровой, но его непрерывность «кусочная». Достаточно ли этого для сознания ? Если сознание требует не просто непрерывности, а ещё и определённого субстрата (например, ионной динамики), то квантовые системы на ионах могут оказаться ближе к цели, чем сверхпроводящие или фотонные.

Исследование Адлам и соавторов (2025) не противоречит существованию квантовых эффектов в биологии - таким как квантовая когерентность в фотосинтезе или предполагаемый квантовый механизм навигации у птиц. Оно утверждает, что для агентности (способности строить модель мира, оценивать альтернативы и выбирать) недостаточно одной квантовой когерентности - нужны ещё устойчивые, копируемые состояния (классические ресурсы). Фотосинтез и навигация птиц как раз показывают, что квантовые эффекты могут существовать внутри естественной окружающей среды, не порождая агентности. Если сознание требует агентности, то для него недостаточно одной квантовой когерентности - нужны ещё устойчивые, копируемые состояния. При этом само сознание может вообще не иметь никакого отношения к квантовым эффектам. Вопрос о том, нужны ли квантовые процессы для сознания, остаётся открытым.

Перечень упомянутых источников:

Пенроуз Р. The Emperor’s New Mind. Oxford University Press, 1989.

Penrose R. Why new physics is needed to understand the mind. 2016.

Hameroff S., Penrose R. Consciousness in the Universe. Physics of Life Reviews, 2014.

Фейнман Р. Simulating Physics with Computers. International Journal of Theoretical Physics, 1982, Vol. 21, pp. 467–488.

Чалмерс Д. Сознающий ум. 1996.

Chalmers D. Interview in The Irish Times, 2018.

Nagel T. What Is It Like to Be a Bat?. The Philosophical Review, 1974.

Adlam E., McQueen K., Wegel M. Agency requires classical resources. Chapman University, arXiv:2510.12345, 2025.