Привет, Хабр! Меня зовут Андрей Тотмаков, я технический директор Platforma. И сегодня я хочу рассказать о крайне странном устройстве, которое выходит за рамки понимания обычного человека.
Да, я говорю о квантовом компьютере. Постараюсь объяснить простым языком, как он работает сейчас и для решения каких задач его можно будет использовать в будущем. Поехали!
Квантовый компьютер: что ты такое?
Заметил одну интересную штуку. Очень многие люди, даже далекие от физики или программирования, слышали о квантовом компьютере. Часть представляет его похожим на обычный транзисторный аппарат. Разве что размерами побольше — как крупный серверный шкаф или один из распиаренных суперкомпьютеров. Часть, наоборот, видят его супер маленьким.
Еще популярно мнение, что квантовый компьютер отличается от обычного только скоростью вычислений. Но как он работает и для чего нужен — ответить не могут. Некоторые считают, что на такой машине было бы хорошо сыграть в какую-нибудь игру на ультра настройках графики. Вот только не получится. В квантовых компьютерах не просто другая логика вычислений — она вообще находится в другом измерении.
Внешний вид квантового компьютера — об этом стоит поговорить отдельно. Если вы вдруг еще не знаете, то вот он:
Да, это не люстра, а компьютер. Вернее, только его часть. Ведь кроме вычислительной части, о которой мы еще поговорим, нужна еще большая и сложная махина для охлаждения. Потому что работает он при температуре 20 мК.
20 милликельвин. Всего на 0,02 градуса выше абсолютного нуля, который равен -273,15 градусов по Цельсию.
При температурах близких к абсолютному нулю классическая физика ломается и становится похожей на чудеса.
Если без сложных формул и объяснений, то при сверхнизких температурах достаточно большое число бозонов вещества оказывается в минимально возможных квантовых состояниях. Из-за чего эффекты квантовой физики проявляются на макроскопическом уровне. Да так проявляются, что их можно использовать в вычислениях.
Сейчас ведется разработка квантовых компьютеров, которые не зависят от температуры и используют фотоны. Но до работающих агрегатов еще очень далеко, поэтому оперируем тем, что есть.
Что «под капотом» квантового компьютера: квантовая суперпозиция
Начнем с основы основ. Обычный компьютер оперирует битами — наименьшей частицей информации, у которой есть два значения: 0 и 1. Других вариантов нет. Собственно, любое вычисление на обычном компьютере — это тонны нулей и единиц.
К примеру, у процессора Intel Core i7 2700 производительность на уровне 124,8 гигафлопс — это 128,4 млрд операций с плавающей точкой в секунду.
У квантовых компьютеров другая минимальная единица информации — кубит. И чтобы в полной мере понять, как он работает, нужно хотя бы примерно понимать принципы квантовой суперпозиции.
Есть классический пример с котом Шредингера. Уверен, вы и так знаете, о чем он. Но на всякий случай, повторю:
Допустим, у нас есть закрытый сейф. Внутри него сидит обычный кот и адская машина, защищенная от него.
Принцип адской машины примерно следующий: внутри находится очень малое количество радиоактивных атомов. И вероятность, что за час распадется хотя бы один из них, равна вероятности, что не распадется ни одного. То есть, 50 на 50.
Вокруг радиоактивного вещества находится чувствительный к электронам экран. Если хотя бы один атом распадется, он приведет в действие механизм, который выпустит ядовитый газ, и кот умрет.
Наблюдателю невозможно точно предсказать, жив кот или нет. Для этого нужно открыть сейф и посмотреть. А когда он закрыт, кот находится в суперпозиции — он одновременно жив и мертв.
Этот мысленный эксперимент примерно объясняет, как работает квантовая суперпозиция, которая играет ключевую роль в функциях кубита.
Квант может принимать значение 0 или 1, но при этом быть между нулем и единицей, находясь в суперпозиции. Не четко определенное значение, а вероятность получить одно из этих состояний.
Постараюсь объяснить еще проще. 3 бита информации могут дать одну из восьми комбинаций нулей и единиц: 000, 001, 010, 100, 011, 101, 110, 111. Только одну. 3 кубита оперируют сразу восемью возможными комбинациями, вычисляя вероятности, а не четкие значения.
Причем с каждым кубитом отрыв по вычислительной мощности от обычного процессора увеличивается в геометрической прогрессии. 10 кубитов могут одновременно оперировать 1024 комбинациями, а 30 — уже больше 1 млрд.
Сам кубит принято визуализировать в виде сферы Блоха:
Любая точка на сфере показывает амплитуду вероятностей кубита. Вот и получается, что кубит получает значение 0 или 1 только в момент измерения. Но вне измерения он оперирует вероятностями, что меняет саму базовую логику вычисления.
Из-за сложности в кодировании данных и принципиально другой логики совсем необязательно, что компьютер с 30 кубитами будет в миллиард раз мощнее, чем обычный.
Да и языки программирования для квантовых компьютеров хоть и активно разрабатываются, но сейчас вся логика квантового программирования находится, на уровне если не машинного кода, то ассемблера, если сравнивать с обычными компьютерами.
Хоть разные команды уже лет 10 наперебой заявляют о достижении квантового превосходства, но по факту до этого еще далеко. Есть отдельные успехи, но работы еще ой как много.
Квантовое превосходство — способность квантового компьютера решать проблемы принципиально нерешаемые для обычной машины или требующее огромное количество времени в тысячах или миллионах лет работы.
Не исключено, что реальное квантовое превосходство мы увидим еще на собственном веку. От построения Z3, первой ЭВМ, обладающей свойствами современного компьютера, до создания Apple I, первого персонального компьютера, прошло всего 36 лет. А с учетом, что работа над квантовыми компьютерами ведется уже без малого 20 лет, то осталось совсем недолго.
Зачем нам квантовый компьютер, если в «Cyberpunk» на нем не поиграть?
Да, под квантовый компьютер придется разрабатывать весь нужный софт с нуля, потому что логика вычислений отличается от обычных компьютеров как морская звезда на пляже и Сириус на небе. Но для квантового компьютера уже есть целый ряд перспективных сфер, где его можно будет использовать. О них и поговорим.
Молекулярная биология и генетика
Органическая или неорганическая химия хоть и определенно сложная, но вполне детерминирована. И, если мы достаточно точно можем предсказать, какое вещество получим от реакции двух других, то в биологии все сложнее. Ведь даже когда одна клетка делится на две, то они не будут полностью идентичны друг другу — минимальные различия будут всегда. Также как дети-близнецы хоть и похожи, но немного отличаются.
С помощью квантового компьютера можно будет вычислять, как модификация отдельного гена повлияет на клетку и организм в целом. Еще он поможет моделировать вирусы для создания вакцин и лекарственных препаратов — после коронавируса эта сфера еще долго будет в топовых приоритетах исследователей. Механизмы раковых заболеваний, генетических нарушений, селекция растений и животных — все это задачи крайне сложные и ресурсоемкие для моделирования даже на суперкомпьютерах.
Как ожидают некоторые исследователи, квантовые компьютеры откроют кардинально новые горизонты в медицине. Примерно такие, как обнаружение пенициллина в 1929 году, после которого медицина получила возможность лечить болезни и воспаления, которые ранее считали смертельными.
Нейробиология и истинный ИИ
Об этом отдельно. Потому что современная наука знает о работе мозга лишь немного больше, чем ничего. Ученые примерно понимают, как работают нейронные сети в комплексе — и использование сильно упрощенных моделей нейронов помогает разработчикам обучать ИИ. Но нет никаких общепринятых гипотез, как физически работает нейрон в мозге. Возможно, они также действуют вероятностно — то есть, одна и та же входящая информация может дать разные результаты на выходе.
Если понять принципы работы нейрона и суметь их воспроизвести в искусственной системе, это откроет разработку сильного ИИ, который не имитирует мышление, а действительно умеет думать и принимать решения. Для современных компьютеров эта задача в принципе нерешаема. Но квантовый компьютер может с ней справиться. Опять же, это теория — а как будет на самом деле, кто его знает.
Новый уровень криптографии
Квантовый компьютер сможет одновременно упростить и усложнить кодирование информации. Хороший 18-значный пароль с большими буквами, символами и цифрами даже суперкомпьютер будет взламывать 100 000 лет, а квантовый — пару минут. И это значит, что в будущем нам придется либо запоминать 100-значные пароли, либо создавать принципиально новую систему кодирования и защиты информации. При этом квантовые компьютеры выведут вероятностное шифрование на недостижимый уровень. Взломать шифр квантового компьютера даже теоретически будет нереально.
Анализ и структурирование информации
Согласно данным аналитиков, к 2025 году общий «вес» интернета составит свыше 200 зеттабайт (200 млрд терабайт). Но при этом из них структурировано не больше 10%. Остальные же находятся в хаосе. Структуризация данных в интернете — это нерешаемая задача для существующих компьютеров. Просто потому, что данных слишком много, и они множатся быстрее, чем теоретические возможности их обработки. Но иные принципы работы с информацией делают решение задачи теоретически реальным для квантового компьютера. И не просто структурировать, а найти закономерности и строить прогнозы на основе полученных данных. А это уже мощный буст для практически всех сфер научных исследований: от персонализированного маркетинга и бизнес-процессов до климатических исследований и морской биологии.
Анализ социальной динамики
Социальная сфера слабо предсказуема, потому что в ней слишком много переменных, которые влияют друг на друга. Исследователи говорят, что процессы, протекающие в социальных системах (настроения общества, распространение идей и мнений и прочие) имеют общие черты с биологическими процессами распространения вирусов. Гипотезу впервые предложил Ричард Докинз в книге «Эгоистичный ген», но доказать ее с помощью существующих технологий крайне проблематично — слишком многое зависит от вероятностей. Современные компьютеры позволяют лишь примерно прогнозировать развитие социальные факторов. Но вероятностная система квантовых компьютеров сможет на порядки увеличить точность социальной аналитики: от влияния и результативности рекламных кампаний на продажи до прогнозирования результатов выборов.
__________________
Всего 30 лет назад квантовый компьютер считали теоретической концепцией, которую вряд ли можно было проверить в обозримом будущем.
Но крупные IT-компании уже сейчас активно и успешно ведут разработку. IBM, Google, Toshiba — уже больше сотни работающих вариантов по всему миру. И хоть говорить о реальном квантовом превосходстве еще рано, квантовый компьютер по праву считают одной из самых перспективных технологий, которая вполне способна полностью изменить наше представление о будущем.
Кто знает, может когда-нибудь и игры для квантовых компьютеров будут писать. Будем лежать в VR-капсуле и наслаждаться реалистичной графикой какого-нибудь фэнтези мира.
И я убежден, что пик развития квантовых компьютеров мы увидим уже на своем веку, через 20-30 лет. Посмотрим, оправдаются ли наши ожидания. Мне очень интересно. А вам?
Комментарии (31)
grokinn
08.08.2022 13:01+1От построения Z3, первой ЭВМ, обладающей свойствами современного компьютера, до создания Apple I, первого персонального компьютера, прошло всего 36 лет. А с учетом, что работа над квантовыми компьютерами ведется уже без малого 20 лет, то осталось совсем недолго.
Очевидно эти сроки рассчитаны на квантовом компьютере, не иначе:)
На самом деле по квантовым компьютерам очень, очень не хватает разбора "на пальцах", по примеру известной серии статей блогера sly2m Характер физических законов на пальцах™, потому что как решают задачи эти компьютеры все ещё до конца не понятно, и множество популярных объяснений и роликов на youtube до конца все равно ничего не объясняют.
shadrap
08.08.2022 13:02+1присоединяюсь к вопросу выше - как определяется достижение результата в квантовой машине ? - по степени увеличения вероятности ? Т.е. каждое квантовое вычисление n-ненадежно ?
Shkaff
08.08.2022 18:05Да, на выходе всегда случайный результат из некоторого распределения вероятностей. Прогоняете цикл через алгоритм много-много раз, и наиболее частым исходом будет правильный ответ. Чем лучше статистика - тем больше вы можете быть уверены, что это правильный ответ.
Myclass
08.08.2022 13:07+1Квантовый компьютер сможет одновременно упростить и усложнить кодирование информации. Хороший 18-значный пароль с большими буквами, символами и цифрами даже суперкомпьютер будет взламывать 100 000 лет, а квантовый — пару минут.
Вот кто-нибудь может в деталях рассказать, как это произойдёт? Вот как можно взломать пароль, не проверяя его там, где он используется? А то везде как мантру это произносят, но что-то не слышу, чтобы все банки и концерны с ума сходили, только потому что этих кубитов «вроде» развелось на земле не мало.
IvanPetrof
08.08.2022 13:56Ну тут речь идёт о взломе хэша. Т.е. В теории квантовые компьютеры смогут восстанавливать первообразную, из которой сгенерирован хэш. Да, всем известно, что хэш функция вещь односторонняя. Что к одному и тому же значению хэша можно прийти из разных первообразных. Однако, чем криптоустойчивее хеш функция, тем меньше она подвержена коллизиям, а значит если исходный пароль по битности не превышает выходной битности хэш функции, то в пределах этой длины, хэш можно скорее всего однозначно «прокрутить» назад и выйти на первоначальное значение.
P.s. Как то ради интереса «прокрутил» полный круг crc32. И выяснил, что она не повторяется в пределах всего входного диапазона в 32 бита.
Есть большая вероятность, что и sha256 ни разу не повторяется во входном диапазоне 256 бит.Myclass
08.08.2022 15:13+1Подожди. Тебе известен пароль и тебе известен результат кодирования. Надо найти функцию для кодирования. Ок. Это может быть требует времени, но решаемо. Как с помощью квантового компьютера - с удовольствием узнаю - предоставьте код. Хоть и не со всеми деталями, но так, что бы видно было, что это делается. А-то я тоже могу утверждать, что моя новая отопительная система в подвале столько-же энергии выделять может в час, сколько 100000 солнц за 100000 лет. И всё- верьте мне на слово. Мы-же джентльмены.
Но самое интересное- ведь под словом взламывать- подразумевают ввоити в какую-то систему. Без логина и пароля на руках. Или только с логином, если уж удалось его украсть. Например залогиниться на аккаунт банка. Это может этот супер-пупер быстрый-пре-быстрый квантовый компьютер? Нет? А зачем тогда все эти - 100000 лет в минуту?
pavel_kudinov
08.08.2022 15:32+2в основном атакам будут подвержены системы на основе асимметричного шифрования, появляется возможность вычислить private key через public key
например, можно будет подписать bitcoin транзакцию с чужого кошелька, залогиниться по SSH там где настроена аутентификация по ключу, узнав public key и по нему восстановив private key, просто подписать любой электронный документ чужой подписью, прослушать зашифрованный канал связи (так как открытие канала связи обычно основано на обмене ключами)
но да, как ни смешно, обычный сетевой доступ по паролю это не ломает
с банками там проблема в том, что банковские транзакции также завязаны на механизмы электронных подписей, поэтому слетит весь слой безопасности, основанный на подписях/VPN и тд. останется только доверять IP адресу, но его можно подделать. в итоге единственным надежным каналом связи будет тянуть физический провод от каждого источника к каждому получателю, так как любым данным, переданным через Интернет, нельзя будет доверять (не подделан ли источник, не прослушивается ли линия)
да и в случае банальной идентификации по логину - следующий шаг это создание пользовательской сессии (логин и пароль ведь не пересылаются с каждым запросом). с организацией надежных сессий без шифрования возникнут серьезные проблемы (условно, вместо подбора пароля - можно будет подделать сессию во многих случаях)
IvanPetrof
08.08.2022 15:42+1Взламывать можно по разному. Ещё совсем недавно для этого даже компьютеры были не нужны. Достаточно было фомки и кувалды.
С точки зрения криптографии, взлом шифра или хеша — это решение криптографической задачи. Для этого не обязательно иметь доступ к личному кабинету банка. Достаточно уметь расшифровывать банковскую «переписку». Современные компьютеры на это неспособны (в разумных пределах времени).
Shkaff
08.08.2022 18:02И это значит, что в будущем нам придется либо запоминать 100-значные
пароли, либо создавать принципиально новую систему кодирования и защиты
информации.Уже давно создано: постквантовая криптография. В реальной опасности только старые данные на зашифрованных архивах. Условно, кто-то 10 лет назад зашифровал файлик с инструкциями по постройке большого бабаха, его украли и хранят. Когда построят квантовый компьютер, его расшифруют и бабах.
Shkaff
08.08.2022 18:10Как ожидают некоторые исследователи, квантовые компьютеры откроют кардинально новые горизонты в медицине.
Про медицину вообще сложно говорить, но даже в квантовой химии пока есть сомнения, что КК сможет помочь. Недавняя статья обсуждает как раз это:
"We conclude that evidence for such an advantage across chemical space has yet to be found. While quantum computers may still prove useful for quantum chemistry, it may be prudent to assume exponential speedups are not generically available for this problem."
badimao
08.08.2022 20:37Kот Шредингера, все таки скорее мертв, тк. вероятностей выжить у него гораздо меньше, чем помереть от яда, либо от голода пока я буду разгадывать этот ребус.
Для кошки старше восьми лет фатальным может стать полное голодание на протяжении 5–8 днейТаким образом, каждая минута раздумий увеличивает вероятность смерти, не говоря уж о том, что исходя из условий задачи, мы не знаем как долго кот уже находится там.
Тут уж скорей :) его состояние зависит от наблюдателя и его желаний/измерений, каким он хочет увидеть кота, таким, вероятней всего и увидит, с поправкой на "скорее мертв чем жив"
nzamb1
09.08.2022 13:05Кот Шредингера это мысленный эксперимент. У кота не может быть в супераозиции и мы знаем о том, что он жив так как мы измерили его свойства.
Это где-то так же как утверждать, что луна существует только когда мы на нее смотрим. Но это не так. Луна существует даже если мы на нее не смотрим так как действует гравитация к примеру. Т.е. нам не нужно смотреть на луну чтоб понять, что она там есть.
Shkaff
09.08.2022 13:41По идее, нет фундаментального запрета на то, чтобы кот находился в суперпозиции. Практически, конечно, это очень сложно осуществить из-за декогеренции.
PhoenixRed
10.08.2022 11:08Эксперимент Шредингера имеет два возможных состояния «жив-мертв». И как я понимаю, суть эксперимента тут в том, что при отсутствии наблюдения за объектом в связанном с вероятностями эксперименте, невозможно точно определить текущее состояние объекта без непосредственного наблюдения. Отсюда и парадоксальное «жив и мертв одновременно»
nzamb1
10.08.2022 12:06Кот макроскопический объект. Который взаимодействует с окружащей средой. Хотя бы даже через космические лучи которые проходят через объект. Потому сделать кота в состоянии «жив и мертв одновременно» сейчас невозможно но теоретически возможно как сказал комментатор выше. Удержать несколько атомов в суперпозиции для квантовых компьютеров это проблема не говоря уже о коте.
omxela
08.08.2022 22:19+5"Популяризаторы" того, что такое квантовый компьютер, достигли ужЕ, кажется, потолка в замутнении темы. Классика жанра: начинаем с квантовой физики и объяснения того, чем она отличается от физики не квантовой (подсказка: ничем, это всё та же наука). В ход идёт романтика волновых функций, котов Ш. и запутанности. Плюс низкие температуры! И ещё масса интереснейших деталей, не имеющих к компьютерам прямого отношения. Ну вот представьте, что вы начинаете объяснять, что такое обычный компьютер с подробного изложения физики электропроводности, p-n переходов, строения микросхем и т.д. Когда вы на сто двадцать вторые сутки дойдете до регистров, арифметического блока, системы команд, - от слушателя ничего не останется. А всё почему? А потому, что вы принципы работы компьютера подменяете принципами его физической реализации. Слов нет, знание железа необходимо программисту. Но это когда он им станет. Если понимать компьютер как средство организации и обработки информации, то его и нужно описывать как объект информатики, а не электроники или квантовой физики. Иначе тонут детали. Скажем, в одном из пространных "популярных" описаний, когда добираются, наконец, до сферы Блоха, пишут: ну, это детали, можно пропустить. Тем временем, сфера Блоха, как раз, и является информационной моделью, отвязывающей квантовый компьютер, от "люстры" в жидком азоте. В этих не нужных, на мой взгляд, деталях обычно совершенно теряется тот фундаментальный факт, что квантовый компьютер, являясь вероятностной машиной, выдает только усреднённый результат, и, значит, для получения такого результата одну и ту же программу придётся прогнать тысячи и десятки тысяч раз. И вот тут-то и виден смысл квантового превосходства, когда снятие экспоненциальной сложности задачи заменяется наращиванием обычной арифметической сложности. И так далее, и тому подобное. Не хочу сказать, что так не пишут. Но редко, имхо.
michael_v89
09.08.2022 23:17Квант может принимать значение 0 или 1, но при этом быть между нулем и единицей, находясь в суперпозиции. Не четко определенное значение, а вероятность получить одно из этих состояний.
3 кубита оперируют сразу восемью возможными комбинациями, вычисляя вероятности, а не четкие значения.Думаю, надо немного по-другому сформулировать, а то слово "суперпозиция" ничего особо не объясняет. Мне по-крайней мере было не очень понятно, когда первый раз про это прочитал.
Выглядит это так, что любые вычисления с кубитами влияют на все возможные состояния сразу. Как будто кубит хранит в себе одновременно и 0 и 1, и прибавление 1 к нему происходит одновременно для обоих возможных результатов. Вот поэтому и говорят, что квантовый компьютер сможет взламывать современные шифры. Если организовать вычисления определенным образом, то проверяться будут все возможные варианты пароля одновременно.
Myclass
09.08.2022 23:26А мне вот интересно, вот это простое
var a = 1
var b = a ,× 3
var c = b - a
priint a, b, c
можно на пальцах объяснить, как это будет делать квантовый компьютер? Или он этого не может делать?!
michael_v89
09.08.2022 23:47+1Я не специалист в этой области, насколько я знаю, так можно сделать, но это будет не очень эффективно. Результат квантовых вычислений имеет вероятность, и в редких случаях можно получить неправильный результат, поэтому надо принимать меры для повышения вероятности правильных вычислений. Алгоритмов, где можно применить квантовые свойства, не так уж много, в основном это переборы возможных вариантов. В статье про это и говорится, что на высоких настройках графики поиграть не получится.
Myclass
10.08.2022 01:09Кто определяет - правильный или неправильный результат? Каждый квантовый компьютер получает одинаковый результат с другим квантовый компьютером?
Например сортировка чисел возможна? Если да, они будет правильной? Или с какой-то вероятностью, что нет?
И я не говорю про всевозможные фраймворки и языки от многих фирм, влоть на питоне или Q#, чтобы квантовые вычисления в облаке как-бы симулировать. Кто знает, стоит в облаке и правда квантовый компьютер или как уже было в истории - когда самый первый и самый знаменитый в истории шахматный автомат в виде сидящей за шахматной доской огромной куклы в турецком кафтане, с тюрбаном на голове и длинной курительной трубкой в руке возился по всей Европе. А на самом деле всё было намного проще и никакого робота там не было.
michael_v89
10.08.2022 06:02Кто определяет — правильный или неправильный результат?
Мы определяем. Померили и сравнили с правильным ответом. На квантовом уровне все возможные результаты существуют одновременно. При измерении мы получаем какой-то один.
Каждый квантовый компьютер получает одинаковый результат с другим квантовый компьютером?
Законы физики в любом компьютере работают одинаково. При одинаковых действиях с квантами будет одинаковый результат вида "Вариант A — 90%, вариант B — 4%, вариант C — 4%, вариант D — 2%".
Например сортировка чисел возможна?
Сортировка это множество операций с разными независимыми значениями. Кубит это одно значение. Несколько запутанных друг с другом кубитов это тоже одно значение.
Можно использовать разные незапутанные кубиты (или их группы) для хранения нескольких разных чисел, но это ничем не будет отличаться от обычных ячеек памяти. Сортировка это просто перезапись ячеек памяти, тут нет вычислений, меняющих значение.Поэтому можно, но это будет не очень эффективно, потому что надо принимать меры чтобы чтение ячейки всегда давало один и тот же результат, и получится обычная ячейка памяти, в которой квантовые эффекты никак не проявляются. Есть подходы, которые могут ускорить сортировку в некоторых случаях по сравнению с обычным компьютером, но тут вам лучше поискать информацию в интернете.
Кто знает, стоит в облаке и правда квантовый компьютер
Все знают, они нигде не стоят кроме нескольких лабораторий, никто из этого секрета не делает.
Myclass
10.08.2022 10:04Не хочу вас обижать но ваши ответы- простые и общие фразы. Такие используют, когда детали не известны, когда всё запутанно, но с этим не хочется согласиться или например чтобы скрыть своё бессилие в этой теме.
Сортировка это просто перезапись ячеек памяти, тут нет вычислений, меняющих знзначение.В
Весь вычислительной процес - это чтение ячеек памяти, логика и перезапись ячеек новыми результатами. Сортировка здесь ничем не отличается от хэширования.
На квантовом уровне все возможные результаты существуют ододновременно.
Ну-ну - с таким подходом можно хоть какую проблему решить.
michael_v89
10.08.2022 11:02Не хочу вас обижать но ваши ответы- простые и общие фразы.
Не хочу вас обижать, но если вы хотите разобраться в деталях, идите читайте учебники. Я пояснил конкретный момент в статье, который многим непонятен, и на ваш комментарий сразу сказал, что я не специалист в этой области. Тем не менее, на все ваши вопросы я ответил в достаточной мере.
Весь вычислительной процес — это чтение ячеек памяти, логика и перезапись ячеек новыми результатами.
А как вы получите новые результаты без изменения данных? Прибавление единицы изменяет данные на основе предыдущего значения, обмен значений в 2 ячейках перезаписывает данные независимо от того, какое в них было предыдущее значение. Вот в первом случае квантовые эффекты могут дать преимущество.
Ну-ну — с таким подходом можно хоть какую проблему решить.
Если вы сможете организовать вычисления таким образом, чтобы распределение полей в кубитах моделировало поиск решения по этой проблеме, то безусловно. Квантовый компьютер это не магия, он работает по физическим законам. Как сделаете, так и будет работать.
Shkaff
10.08.2022 10:03Кто определяет - правильный или неправильный результат?
Обычные задачи для КК - такие, в которых сложно найти ответ, но просто проверить. Например, разложение на простые множители. Решить это очень сложно, а вот проверить правильность - дело доли секунды на простом компьютере.
Сложнее проверить симуляции: если КК симулирует поведение какой-нибудь молекулы, тут мы не знаем правильного ответа и не можем проверить сразу. Остается только рассчитывать на то, что раз он дает правильные ответы в других задачах, он даст и тут (ну и симулировать конкретное решение на классическом компьютере и проверить экспериментально).
jenki
10.08.2022 01:11Это точно статья уровня Хабра? Всё-таки уважаемый технический ресурс, а тут статейка уровня реферата.
В квантовых компьютерах не просто другая логика вычислений — она вообще находится в другом измерении.
В каком измерении тогда находятся вычисления на обыкновенных компьютерах? Там же тоже всё странно и запутано на первый взгляд. Где-то электроны двигаются, где-то квази частицы "дырки".
20 милликельвин. Всего на 0,02 градуса выше абсолютного нуля
Недавно была замечательная статья про атомные часы и там описывалось лазерное охлаждение до нано Кельвинов спокойно без всякого пиетета.
При температурах близких к абсолютному нулю классическая физика ломается и становится похожей на чудеса.
Переход к квантовой физике происходит не из-за приближения к абсолютному нулю.
Квант может принимать значение 0 или 1, но при этом быть между нулем и единицей, находясь в суперпозиции. Не четко определенное значение, а вероятность получить одно из этих состояний.
Квант - определение. Сравните с тем, что написали.
3 кубита оперируют сразу восемью возможными комбинациями, вычисляя вероятности, а не четкие значения.
На каком этапе кубиты начинают вычислять вероятности?
Зачем нам квантовый компьютер, если в «Cyberpunk» на нем не поиграть?
Задача относительного движения трёх тел, моделирование свёртывания молекулы белка. Пока не по зубам ни то ни другое.
Ведь даже когда одна клетка делится на две, то они не будут полностью идентичны друг другу — минимальные различия будут всегда.
Вы читали описания работы действующих веществ некоторых лекарств для сердечников? Одни улучшают работу натриевых насосов клетки, другие влияют на работу протоновых насосов (ядра водорода перекачивают). На клеточном уровне как раз во всю работает квантовая механика с её неопределённостями и запретами. Принцип запрета Паули пастулирует запрет идентичности для фермионов находящихся вблизи, поэтому вполне такие огромные по квантовым меркам системы как клетки из-за квантовых эффектов могут отличаться.
Но вероятностная система квантовых компьютеров сможет на порядки увеличить точность
Следуя изложенной логики, попробую рассуждать по аналогии: потолки белые, потому что стены вертикальные, а вертикальные стены из-за того что стоят на горизонтальных полах.
Дело в том что квантовые процессы описываются амплитудой вероятности, которая по сути своей комплексное число. Чтобы вычислить вероятность того или иного процесса, мы должны вычислить квадрат модуля амплитуды вероятности.
Вероятностная интерпретация квантовых процессов всего лишь способ их описания, а не основа работы квантовых компьютеров.Shkaff
10.08.2022 09:59Недавно была замечательная статья про атомные часы и там описывалось лазерное охлаждение до нано Кельвинов спокойно без всякого пиетета.
Справедливости ради, там речь идет об эффективной температуре, не термодинамической. Условно, при каждой температуре атомы двигаются за счет броуновского движения с какой-то амплитудой. Если это движение искусственно замедлить, то эффективно температура этого движения будет меньше. При этом, если бы мы могли прицепить на них термометр, он бы показал высокую температуру (так и делают, например, с сорокакилограммовыми зеркалами LIGO).
Температура, о которой речь в статье - термодинамическая, "настоящая". До нее охладить не очень просто (говорю как человек с криостатом, охлаждающим до 100мК).
А так критика по делу, конечно.
olegshutov
11.08.2022 01:34мне нравится такое обьяснение на пальцах принципа его работы:
какой самый просто способ посчитать интеграл сложной функции, график которой известен, когда хорошего компьютера нет под рукой? нарисовать, вырезать из картона и взвесить. именно так и делали раньше. таким образом от перехода к взвешиванию фунции в каждом столбике мы одним действием рассматриваем их как суперпозицию. а теперь если наши весы будут, скажем, влиять на график другой функции на других весах можно что-тоакое намутить, так как весы однажды придут в равновесие и мы получим какие-то графики, один или все из которых будут нам интересны по какой-то причине.
welga
3 кубита оперируют сразу восемью возможными комбинациями, вычисляя вероятности, а не четкие значения. А как определяется какая вероятность правильная?
IB2022
Мне понравилось такое объяснение: https://vas3k.ru/blog/quantum_computing/