Если Матрица действительно существует, то она является квантовым компьютером. Киношная Матрица создает виртуальные миры, неотличимые от реальных и проецирует их в сознание людей, на что обычные компьютеры, даже самые мощные, просто не способны. Но ученые не прекращают попыток создания квантового симулятора, этой теоретически возможной, но практически нереальной машины, способной работать на совершенно иных принципах, нежели обычные компьютеры.

Конечно, машина Шатца не может позволить людям летать, как Матрица, но она наглядно демонстрирует технику создания в виртуальном пространстве объектов, которые не существуют в природе

Разница между ними настолько велика, что её даже трудно вообразить. Коллектив ученых из Института Макса Планка под руководством Тобиаса Шатца (Tobias Schätz) создали рудиментарный прототип машины, симулирующей реальный объект на принципах квантовой механики. Конечно, машина Шатца не может позволить людям летать, как Матрица, но она наглядно демонстрирует технику создания в виртуальном пространстве объектов, которые не существуют в природе.

Шатц создал модель самого маленького объекта, который можно себе представить – атома, состоящего из двух ионов, помещенных в вакуум. В июльском номере журнала Nature Physics исследователи объяснили каким образом им удалось воспроизвести поведение атома, помещенного в магнитное поле. «Очень важно, что им удалось продемонстрировать сам принцип работы квантового симулятора», - говорит Джон Чиаверини (John Chiaverini) из Национальной лаборатории Лос Аламос. Ему вторит Дэйвид Уайнлэнд (David Wineland) из Национально Института стандартов и технологий: «Работа Шатца и его коллег описывает важные инструменты, которые могут найти применение в более сложных системах».

Еще в 1982 году знаменитый Ричард Фейнман (Richard Feynman) говорил, что классические вычислительные машины неспособны симулировать поведение большого количества частиц из-за так называемого феномена суперпозиции. Дело в том, что квантовая механика предусматривает возможность одновременного нахождения частицы в двух различных состояниях. Например, атом может вращаться одновременно и вверх, и вниз. Чтобы воспроизвести состояние объекта, состоящего из двух атомов, компьютер должен отслеживать одновременно четыре различных комбинации вращения: вверх-вверх, вверх-вниз, вниз-вверх и вниз-вниз. Для трех атомов существуют уже восемь комбинаций и так далее. С ростом сложности моделируемого объекта количество комбинаций растет экспоненциально. И хотя мощность компьютеров удваивается каждые два года, даже сотни лет не хватит, чтобы создать машину классического типа, способную симулировать поведение трехсот частиц одновременно. «Для создания модели объекта из трехсот частиц машине необходимо рассчитывать одновременно 2 в 300 степени комбинаций направлений вращения. Это больше, чем количество протонов в видимой Вселенной!», - говорит Тобиас Шатц.

Конечно, два иона – это не модель реального объекта, но исследователи считают, что в будущем им удастся создать более масштабные варианты машины Шатца. В настоящее время исследователям, работающим с новейшими материалами требуется сначала создать реальный, к примеру, кристалл в лаборатории и только затем приступить к изучению его свойств. Квантовая симуляция позволит создавать реальные объекты с заранее известными свойствами. Ричард Фейнман предвидел, что программируемый квантовый компьютер сможет самостоятельно производить квантовые симуляции, но такие машины –  дело далекого будущего. А вот более простые квантовые симуляторы могут появиться уже довольно скоро.