Квантовый компьютер: любое сложное состоит из набора простого

В офф-топик внесены изменения

Пост написан по следующей задумке алгоритму

1.Попытка взглянуть на потенциальные (почти фантастические) возможности квантовых компьютеров
2.Обзор новых исследований и достижений
3.Обьяснить феномен квантовой сцепленности на простом примере
4. Литература


Уплотняя с помощью JPEG и MPEG визуальные материалы, вдруг странная мысль пришла в голову: в случае с виртуальной картинкой или видео речь идет сжатии двухмерного обьекта. А как же быть с трехмерным объектом (например, описанием и сжатием информационного эквивалента антропоморфного обьекта)?



Все программы сжатия данных работают по одному и тому же принципу. Программа просматривает картинку строка за строкой и разыскивает смежные пикселы, имеющие один и тот же цвет. Ясно, что описание трехмерного обьекта потребовало колоссальной по объему информации. В большом компьютере Tianhe-1A (TH-1A), предназначенном для параллельной обработки данных, содержится эквивалент 50 тыс. процессоров. А что произойдет, если заставить работать в параллель эквивалент 32 млрд процессоров?

Как же можно использовать «пикселы» трехмерных обьектов для перемещений? Аналогично изображению: нельзя засунуть лист бумаги, а тем более книгу, в телефонный провод, но можно послать факс. Есть успешные эксперименты по телепортации фотонов (Цайлингер, Франческо Де Мартини, 1997год). Но ведь люди и всё остальное состоят из множества частиц. Значит следующим естественным шагом будет представить, как применить квантовую телепортацию к такой крупной совокупности частиц, что позволило бы перебрасывать макроскопические объекты из одного места в другое.

Существует три проблемы, которые нужно преодолеть для того, чтобы возникла возможность загрузить информацию человеческого мозга в компьютер.

— необходим способ перевода и уплотнения информации мозга на компьютерный язык. Сейчас ведутся работы над компьютерным проектом Blue Brain Project. Проект планируется закончить к 2023 году. А преобразованием мозговых сигналов в команды занимаются сканеры-датчики СКВИД. Неужели сканер может изъять из мозга всю информацию? Подобное представляется возможным, но не сейчас?..
— необходим компьютер с достаточно большим объемом памяти. Например, мозг человека имеет 10 в 14 степени синапсов. На каждый синапс требуется один байт компьютерной памяти. Это приблизительно 1 TIB.

— философская проблема — есть в биологии нечто, чего мы еще не обнаружили, или пока не поняли.



Совместное измерение двух фотонов явилось впечатляющим достижением, но в экспериментах с фотонами удаётся манипулировать только с одной парой сцепленных частиц. Трехмерные макрообъекты имеют свыше миллиарда миллиардов миллиардов частиц. Таким образом создание двух контейнеров сцепленных частиц находится далеко за пределами современных возможностей. Сегодня даже невозможно вообразить совместное измерение миллиардов и миллиардов частиц.

Наука и техника постоянно отодвигает границы невозможного и телепортация макроскопических тел выглядит маловероятной. Но, как знать? Декарту тоже казался маловероятным разговор на расстоянии 100 км…

Загадка

На простой вопрос: «Когда будет сделан квантовый компьютер – завтра, через 10 лет, или никогда?», волшебство Google рождает удивительные результаты: 130 000 тыс ссылок.

Особое внимание привлекает к себе следущая новость: крупнейший американский производитель вооружений Lockheed Martin приобрел первый коммерческий образец квантового компьютера D-Wave One с процессором Rainier. Корпорация очень придирчиво изучала квантовый компьютер, прежде чем совершить покупку и приглядывалась к нему более года. Самое странное во всей этой истории — у научного сообщества до сих пор нет полной уверенности, что обсуждаемый квантовый компьютер работает. Но и в компетенции покупателя вроде бы сомневаться не приходится.
<img src="" alt=«image»/>
На втором месте оказался критик квантового компьютера, сотрудник МТИ Скотт Ааронсон (Scott Aaronson). Все вопросы, по словам г-на Ааронсона, сняла бы одна публикация в рецензируемом журнале, где приводились бы явные свидетельства того, что процессор реализует ключевые квантовые эффекты (запутанность, суперпозиционные состояния), и прямые сравнения квантовых и классических вычислений.

Казалось бы, что может быть проще — вот, соединили два кубита, и это прорыв, вот, соединили кубит с резонатором-памятью, и это означает, что успех близок и т.п. Однако вспыхнувшая в начале февраля 2012 на просторах интернета (блог Потерянное письмо математика Геделя, Gödel’s Lost Letter) дискуссия о возможности создания квантового компьютера продемонстрировала, что не все так просто…

Начал дискуссию Скот Аронсон. Он предложил приз в $100 тыс. тому, кто докажет, исходя из законов природы, принципиальную невозможность создания масштабируемого квантового компьютера. Мотивом столь неординарного поступка явилось непреодолимое желание, живущее в каждом настоящем исследователе, увидеть фундаментальные ограничения, устанавливаемые природой, в данном случае, на скорость обработки информации.

Чтобы разобраться в смысле приза в $100 тыс, Аронсон обьясняет контекст своего вопроса:

— в конце XVIII — начале XIX века люди пытались создать машины, которые бы производили как можно больше полезной работы, потребляя как можно меньше тепла (т.е. горючего) и обнаружили некий предел, устанавливаемый вторым началом термодинамики – КПД тепловой машины должен быть меньше 1 (если больше или равно 1 – тогда это «вечный двигатель»)

— компьютер, который превращает сложную для человека задачу в простую, тоже является своего рода информационным двигателем. Так же, как и тепловая машина, комп может иметь свой, информационный КПД, связанный со степенью понижения сложности задачи и степенью сложности самого компьютера. Существуют ли фундаментальные ограничения на информационный КПД компьютеров? Ответ на этот вопрос мог бы стать первым постулатом квантовой информатики (аналогично второму началу термодинамики).

Собственно ответ на этот вопрос и ждет Скот Аронсон.



Квантовые достижения
ю
Тем временем 19-го сентября 2012-го года в журнале «Nature» был опубликован интригующий отчет исследовательской команды доктора Андреа Морелло и профессора Дзурака из «UNSW School of Electrical Engineering and Telecommunications». Ученые смогли изолировать, измерять и контролировать электрон, принадлежащий к одному атому, а всё благодаря прототипу нового устройства, реализующего квантовый бит на единственном атоме фосфора в кремниевой микросхеме.

<img src="" alt=«image»/>

Как отмечает доктор Морелло: «Этот квант эквивалентен кнопки на ваших клавиатурах. Ни с одним материалом не доводилось достигать таких грандиозных успехов, нежели с кремнием — материал, который имеет преимущество, так как хорошо понятен с научной точки зрения и очень хорошо принят промышленностью. Наша технология является той же, которая уже используются в бесчисленных повседневных электронных устройствах».

Следующей целью команды является объединение пар квантовых битов для создания двух кубитного логического вентиля. Этот опыт позволит создать для квантового компьютера базовый блок обработки.

О том, на какой стадии эволюции пребывает квантовый компьютер, в частности — что такое вентиль и сущность кодирования информации — надо немного освежить в памяти живые, доступные, иногда ироничные страницы знаменитого «Кода»Чарльза Петцольда.



В твёрдотельных системах успешно кодировать кубиты стали относительно недавно.

— в одной работе изменяли спиновое состояния ядер атомов фосфора.
— в другом исследовании использовали NV-центры в искусственном алмазе (эксперимент конгломерата DeBeers, ведущего разработчика и поставщика передовых материалов на основе синтетических алмазов)

Также происходит рост количества кубит в данной технологии:

— на рубеже 21 века во многих научных лабораториях были созданы однокубитные квантовые процессоры;
— в ноябре 2009 года физикам NIST США впервые удалось собрать программируемый квантовый компьютер, состоящий из двух кубит;
— апрель 2012. NIST создал квантовый симулятор, способный воспроизводить взаимодействия между несколькими сотнями квантовых битов (кубитов);
— в апрельском номере журнала Nature, Стефан Риттер (Stephan Ritter) подвел итог изысканиям коллектива ученых под руководством директора Института квантовой оптики Макса Планка, профессора Герхарда Ремпе (Gerhard Rempe), которые построили первую элементарную квантовую сеть. В эксперименте дальняя квантовая связь создавалась примерно за микросекунду и сохранялась порядка 100 микросекунд. В далекой перспективе, по его мнению, в подобную когерентную квантовую систему может превратиться и весь Интернет;
— в конце мая 2012 года группе европейских учёных под руководством Антона Цайлингера (Anton Zeilinger) удалось передать квантовое состояние двух запутанных фотонов между двумя Канарскими островами – Ла-Пальма и Тенерифена (расстояние свыше 143 км). Квантовая телепортация осуществлялась просто через атмосферу. Волоконная оптика не использовалась из-за нерешённых проблем маршрутизации (передавать фотоны в квантовом состоянии возможно только в пределах одного оптоволокна). Усилия исследователей направлены не только на повышение расстояния эффективной передачи данных, но и на разработку концепции глобальной сети – Интернета будущего, в основе которого будут лежать те или иные квантовые свойства частиц;


— китайские физики представили маршрутизатор на одном кубите.
— на подходе компьютеры, состоящие из 16 \ 128 \ 1024-кубит (разработки компании D-Wave).

Квантовый компьютер в настоящее время является «синей птицей» современных вычислителей. Среди чайников бытует представление (благодаря писателям), что такая машина сможет производить манипуляции с трехмерными обьектами, за доли секунды взламывать самые замысловатые шифры, секретность которых основана на существовании т.н. алгоритмически сложных задач, очень быстро определять химические формулы соединений с требуемыми фармацевтическими свойствами или биологический код, приводящий к тому или иному заболеванию (поиск по неупорядоченной базе данных), как утверждает канадская компания D-Wave, другими словами, решать всякие сложные задачи, которые не под силу классическому компьютеру.

Немного теории

Базовыми единицами, или «буквами», современных вычислений являются два битовых состояния «0» и «1». Чтобы закодировать их достаточно только заряда электрона. Но электрон имеет и другие свойства, которые и используются в квантовых битах для расширения «алфавита». Переход от битов к кубитам, таким образом способен значительно увеличить вычислительные возможности компьютеров.

Квантовый бит соответствует одиночному электрону в определенном состоянии. Согласитесь, кодировать заряд электрона и кодирование траектории движения электрона по двум близко расположенным каналам – это не одно и то же. В последнем случае возможны два различных состояния: электрон движется или по верхнему или по нижнему каналу. Согласно квантовой теории, частица может находиться в нескольких состояниях одновременно, то есть, она может как бы проходить через два канала сразу. Такие смешанные состояния и образуют расширенный «алфавит» квантовых вычислений.

Поэтому квантовый компьютер работает в разы быстрее с факториалами очень больших чисел (в то время как для обычной электроники подобные задачи излишне ресурсоемкие). Лучшие из многоядерных процессоров позволяют зашифровать или расшифровать 150-значные числа. Но если бы стояла задача в расшифровке 1000-значного числа, то потребовались бы все вычислительные ресурсы мира, чтобы сделать это. У квантового компьютера подобная задача может занять всего несколько часов.

Для вычисления квантовый компьютер использует так называемые квантовые алгоритмы, использующие квантовомеханические эффекты, такие как квантовый параллелизм и квантовая запутанность. Смысл этого явления заключается в том, что квантовые состояния частиц могут быть связаны друг с другом, даже если они разнесены в пространстве

Часто в качестве квинтэссенции споров о квантовой запутанности приводится диалог Эйнштейна с Бором:

— бог не играет в кости.
— не указывай Богу, что ему делать.

Итоги спора:
— Бор создал Копенгагенскую систему, в которой запрещалось думать о квантовой запутанности
— Эйнштейн, Подольский и Розен сформулировали ЭПР-парадокс. Они провели мысленный эксперимент с двумя додекаэдрами квантовой фирмы с Бетельгейзе, описанный в знаменитой статье «Can quantum-mechanical description of physical reality be considered complete?» (1935 год)

Эту статью и вообще ЭПР-парадокс творчески переосмыслил Роджер Пенроуз в "«Тенях разума». Фирма с Бетельгейзе, взяла систему с общим спином 0 (начальное состояние ), разделили ее на два атома (каждый со спином ) и подвесили аккуратно каждый атом в центр додекаэдра.

Затем додекаэдры тщательно упаковали и отправили почтой (один — на Землю, а другой — в систему альфы Центавра), обеспечив при этом полную неизменность спиновых состояний этих самых атомов до тех пор, пока кто-то из получателей не выполнит измерение спина, нажав на одну из кнопок, размещенных в вершинах додекаэдров.

Самое главное здесь — добиться полной идентичности в ориентации двух додекаэдров. При одновременном нажатии кнопки ничего не происходит. Может, впрочем, произойти следующее событие, за которое фирма назначила премию: зазвенит звонок, за чем последует впечатляющий фейерверк, сопровождающийся полным разрушением данного конкретного додекаэдра.

Нажатия на кнопки представляют собой пространственноподобно разделенные события: согласно теории относительности, никакой обмен сигналами, передающими информацию о том, какие кнопки нажимают пользователи невозможен. Квантовая же теория, напротив, вполне допускает существование некоей «связи», соединяющей додекаэдры через пространственноподобно разделенные события. Вообще говоря, эту «связь» нельзя использовать для передачи непосредственно «пригодной к употреблению» информации, и в этом смысле никакого операционного конфликта между СТО и КТ нет. Имеет место лишь конфликт с духом СТО — что, собственно, и является превосходной иллюстрацией одной из наиболее глубоких Z-загадок квантовой теории, феномена квантовой нелокальности. Два атома в центре додекаэдров образуют сцепленное состояние, и, согласно правилам стандартной КТ, их нельзя считать отдельными независимыми объектами.

Теперь самое главное: когда пользователи начинают нажимать на кнопки, эта «дальнодействующая связь» должна наличествовать, и природа ее такова, что передача сигнала на расстояние около четырех световых лет осуществляется, по всей видимости, мгновенно. Секрет фирмы в том, что они просто берут и подвешивают в центре каждого додекаэдра по одному атому, спин которого равен, ни больше ни меньше.

Нажатие на кнопку активирует измерение атома, расположенного в центре соответствующего додекаэдра. Возможных результатов измерения частицы со спином всего четыре, они соответствуют четырем взаимно ортогональным состояниям. При нажатии на любую кнопку измерительное устройство непременно оказывается сориентировано в направлении (от центра додекаэдра) на эту самую кнопку.



Звонок звенит (результат «да»), если атом при измерении обнаруживается во втором из четырех возможных местоположений. Иначе говоря, остальные три состояния никакой реакции не вызывают (ответ «нет»). В случае ответа «нет» три оставшиеся луча сводятся вместе (скажем, посредством изменения направленности неоднородного магнитного поля на обратную), что не сопровождается никакими разрушительными эффектами, — и мы снова можем нажимать на какую-нибудь другую кнопку, выбирая тем самым новое направление изменения поля.

В качестве ключевого допущения предположим, что никакой дальнодействующей «связи» между земным и альфовским додекаэдром нет. Будем считать, что после того, как додекаэдры покинули «сборочный цех», они существуют раздельно и совершенно независимо друг от друга.

Предсказания квантовомеханического формализма нельзя описать в терминах объектов, рассматриваемых отдельно один от другого. «Сцепленные» этим диковинным образом объекты остаются сцепленными вне зависимости от того, на какое расстояние им случится удалиться друг от друга.

Шрёдингер впервые назвал эти частицы «запутанными» или сцепленными. Сегодня в большинстве экспериментов с запутанными частицами используются фотоны. Это объясняется относительной простотой получения запутанных фотонов и их передачи в детекторы.

Квантовые скептики и оптимисты

В 1983 году Ричард Фейнман высказал идею о принципиальной возможности описания (на языке математики) процессов любой сложности, встречающихся в природе путем использования для вычислений (обработки информации) процессов такой же сложности, какими, например, являются процессы, происходящие в квантовом мире.

После этого долгое время усилия исследователей в области квантовой информатики разделились, грубо говоря, на два направления.

С одной стороны, активно создавались физические устройства (кубиты), способные удерживать и обрабатывать квантовую информацию, но при этом все эксперименты, в конечном счете, сводились к испытанию небольшого количества кубитов (до 10), ставя перед собой цель «продемонстрировать принципиальную возможность», а не создать реальный компьютер. С другой стороны, не бездельничали и прикладные математики, которые разрабатывали квантовые алгоритмы, позволяющие существенно уменьшить количество выполняемых операций (именно это количество в зависимости от длины входного числа и определяет сложность алгоритма) для решения задач, практически «нерешаемых» классическими (неквантовыми) методами. Однако, все предложенные алгоритмы предполагали существование «сферического коня в вакууме», иными словами, идеальных кубитов и идеально выполняемых над ними логических операций.

В конце 90-х прошлого столетия стало ясно, что успех квантовой информатики зависит от «несферичности коня» и наличия «атмосферы», т.е., от возможности реализовать квантовые алгоритмы в реальных условиях, при наличии шумов. Шум мешает любым вычислениям, и квантовым, и классическим, поскольку вносит ошибку во все элементы вычислительного процесса (начальные данные, логические операции, считывание данных и т.д.). Ошибки, возникающие при классических вычислениях, научились исправлять еще во времена Шеннона. С квантовыми системами все гораздо сложнее — они более чувствительны к внешним шумам, и классические методы коррекции ошибок для них неприменимы в силу фундаментальных свойств природы (измерение-считывание разрушает состояние квантового бита). Скептики полагали, что вся эффективность идеальных квантовых алгоритмов будет сведена на «нет» при попытке извлечь информацию из квантовой системы.

Однако, в 1997 г. Peter Shor — автор наиболее известного квантового алгоритма, и John Preskill и ряд других исследователей разработали такие методы коррекции ошибок в квантовых системах, которые не приводят к существенному удлинению самого алгоритма (точнее, требуют выполнения полиномиального количества операций коррекции). Кроме того, были предложены схемы кодирования квантовой информации, позволяющие производить устойчивые к ошибкам вычисления. После этого все немного успокоились, скептики приутихли, а оптимисты начали с еще большим усердием создавать новые физические реализации кубитов, новые (нецифровые) концепции квантовых вычислений и пытаться построить квантовое вычислительное устройство, содержащее более двух кубитов. Тем не менее, за более чем 10 лет текущего столетия преодолеть т.н. «квантовую пропасть» (т.е. удержать в состоянии суперпозиции более 10 кубитов) так и не удалось (канадская компания D-Wave утверждает, что ей удалось создать квантовый компьютер с количеством кубитов порядка 1000, однако опубликованные в открытой печати результаты исследований сотрудников этой компании не позволяют безоговорочно поверить в это утверждение).

Скептики и пессимисты опять оживились и поставили вопрос ребром — а может, квантовый компьютер и вовсе невозможен?

Скептик Жиль Калайи считает, что увеличение числа кубитов приведет к катастрофическому росту ошибок, исправление которых займет столько же времени, как и решение задачи на классическом компьютере. Его главный аргумент — возможность порождения шумом «неправильных» квантовых корреляций, которые в большой системе будут распространяться по принципу домино и охватывать все кубиты. Иными словами, то, что делает квантовый компьютер столь мощным и привлекательным вычислительным средством, а именно, квантовые корреляции, приводит к столь же мощному и быстрому увеличению и распространению шума.

Оптимист Арам Харроу полагает, вслед за Эйнштейном, что природа хитроумна, но не злокозненна («God is subtle but not malicious»). Харроу считает, что в тех конкретных системах, которые на сегодняшний день удалось создать, коррелированные шумы либо маловероятны, либо могут быть учтены и устранены как систематическая ошибка. Учитывая линейность уравнений квантовой механики, Харроу не видит причины катастрофического распространения шума (при условии регулярного применения процедуры коррекции ошибок).



В дискуссию активно включаются другие ученые. Веские аргументы сторон пока ещё недостаточны для раскрытия тайн природы, но спорщики не теряют надежды на победу в споре, подыскивая новые факты.

Выводы


Моделирование, постройка и эксплуатация квантового компьютера возможно при следующем между дисциплинарном подходе:

— программирование (архитектура ЭВМ, параллельные вычисления)
— физика элементарных частиц
оверлокинг
криптология

Источники:
Брайан Грин «Ткань космоса»
Ричард Пенроуз «Тени Разума»

ko.com.ua/100000_ili_kakovoj_budet_cena_otkrytiya_62001
ru.wikipedia.org/wiki/Квантовый_компьютер
www.supercomputers.ru
blogs.computerra.ru

много литературы по этой теме здесь здесь и здесь

по мнению автора теории струн Б. Грина, феномен квантовой сцепленности на популярном уровне хорошо изложен в недавних книгах:
Siegfried Т. The Bit and the Pendulum. New York: John Wiley, 2000;
Johnson G. A Shortcut Through Time. New York: Knopf, 2003.
Поделиться публикацией
Никаких подозрительных скриптов, только релевантные баннеры. Не релевантные? Пиши на: adv@tmtm.ru с темой «Полундра»

Зачем оно вам?
Реклама
Комментарии 59
  • +16
    Ничего не понял, но почему то дочитал до конца. Было интересно спасибо.
    • +1
      Почему у вас везде «природа» с большой буквы, а в тексте встречаюся подчёркнутые слова, которые не являются гиперссылками?
      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
        • 0
          исправим
        • +5
          Спасибо вам за статью, но какая-то она очень уж сумбурная. Например, место, где вы объясняете почему квантовые компьютеры такие быстрые, непонятно абсолютно, как будто там кусок пропущен. Статья в Википедии с первых же абзацев разъясняет это куда лучше.
          • +3
            А я вот не понял, к чему в конце вставлен ролик про разгон процессора? Типа, к словам Оптимиста об ограничениях?
            • 0
              Не важно. Отличное олдскульное видео :)
              • –1
                вы правы
                увы, более «квантового» аргумента в пользу оптимистов не нашел

                если не ошибаюсь сейчас оверлокеры охлаждают разогнанный проц максимум 8 Гц

                что касается квантовых исследований, цитата

                «До недавнего времени все имеющиеся способы избирательного управления спинами отдельных атомов были пригодны только в условиях сверхсовременной лаборатории. Предлагались методы криогенной техники, ядерного магнитного резонанса, синтеза моноизотопных веществ высочайшей степени чистоты и другие экстраординарные решения. Охлаждение до нескольких микрокельвинов, оснащение мощными сверхпроводящими магнитами или использование искусственных бриллиантов на основе спин-нейтральных изотопов C12 – все эти невыполнимые при массовом производстве требования отдаляют революцию в компьютерной отрасли.»

                проблема квантового компьютера комплексная, требует между дисциплинарного подхода :(
                • –1


                  видео попытки записать и считать информацию, изменяя спин единичного атома фосфора на кремниевой микросхеме с использованием электронного парамагнитного резонанса
                  • 0
                    видео

                    попытка записать и считать информацию, изменяя спин единичного атома фосфора на кремниевой микросхеме с использованием электронного парамагнитного резонанса
              • 0
                > в конце мая 2012 года группе европейских учёных под руководством Антона Цайлингера
                > (Anton Zeilinger) удалось передать квантовое состояние двух запутанных фотонов
                > между двумя Канарскими островами – Ла-Пальма и Тенерифена (расстояние свыше 143 км).

                Нет, %username%, учёные не такие дураки, чтобы передавать состояние фотонов между Норильском и Воркутой!
                • +1
                  >В 1983 году Ричард Фейнман высказал идею о принципиальной возможности описания (на языке математики) процессов любой сложности, встречающихся в Природе путем использования для вычислений (обработки информации) процессов такой же сложности, какими, например, являются процессы, происходящие в квантовом мире.

                  Не совсем так. В своей оригинальной статье «Simulating physics with computers» 1982ого Фейнман говорил не столько о принципиальной возможности описания процессов любой сложности, сколько принципиальной невозможности моделирования квантового мира неквантовыми компьютерами.

                  >С одной стороны, активно создавались физические устройства (кубиты), способные удерживать и обрабатывать квантовую информацию С другой стороны, не бездельничали и прикладные математики, которые разрабатывали квантовые алгоритмы, позволяющие существенно уменьшить количество выполняемых операций

                  Если я правильно помню, то тут была вполне ясная причинно-следственная связь: всплеск экспериментов по созданию кубитов случился только после того, как математики нашли алгоритмы, которые должны на квантовой компьютере работать на несколько порядков быстрее — в частности алгоритм Питера Шора.

                  >канадская компания D-Wave утверждает, что ей удалось создать квантовый компьютер с количеством кубитов порядка 1000<

                  Надо отметить что заявлениям D-Wave уж скоро шесть лет. И все эти годы они вызвают некоторый скепсис — точно ли идёт речь именно о квантовом компьютере. Думаю подобным образом еще долго будут встречать сообщения о создании квантовых компьютеров.
                  • 0
                    Судя по этой странице www.dwavesys.com/en/products-services.html они уже предлагают коммерческий компьютер на 128 кубит. И недавно получили очередные инвестиции в размера $30 млн, так что думаю процесс идёт.
                    • 0
                      Они не просто предлагают, а уже продали.
                      Lockheed Martin не самая доверчивая компания, имхо.
                    • 0
                      > Надо отметить что заявлениям D-Wave уж скоро шесть лет. И все эти годы они вызвают некоторый скепсис — точно ли идёт речь именно о квантовом компьютере.

                      Ну насчет четкого определения всё еще идут споры. Но D-Wave явно использует квантовые эффекты.
                      Как раз недавно довольно шустро тестовый фолдинг белка провели, использую ~90% кубитов из 128.
                      • 0
                        И правильное решение было на выходе всего 13 раз из 10000 прогонов. Как раз из-за теплового шума. Так что пока что это не быстрее классических вычислений.
                    • +10
                      Статью писал ИИ? :)
                      • +6
                        Похоже на Яндекс.реферат.
                        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                          • –3
                            увы, нет. наверняка ИИ это сделал бы лучше :(
                            анекдот:
                            -Кто поедет на картошку, два шага вперед. Выходят два солдата.…
                            — Ок. Остальные по казармах
                            -В наш космический век в армии по идее должна быть машина для чистки картофеля, — пробурчал солдат.
                            -Конечно!
                            — Тогда в чем проблем?
                            -Вы представляете ее последнюю модель, — ответил сержант.
                          • +16
                            Такой научпоп, что поп больше, чем науки.

                            Нельзя вводить читателя в заблуждение фразами вида «Все программы сжатия данных работают по одному и тому же принципу. Программа просматривает картинку строка за строкой и разыскивает смежные пикселы, имеющие один и тот же цвет.»
                            я боюсь что по такому принципу вообще ни одна программа не работает, большинство алгоритмов сжатия с потерями основываются на преобразовании Фурье + дифференциальное представление. Есть уйма методов, но вышеописанный подход (авторскими словами) не лежит ни в одном из них.

                            И сразу же дальше «В большом компьютере, предназначенном для параллельной обработки данных, содержится 16 000 соединенных между собой процессоров. А если заставить работать в параллель 32 млрд процессоров?»
                            Что это за «большой компьютер»? Все 16к процессоров соединены между собой — тогда количество проводников будет в минимальном случае 16к^2 = 256m, а длина проводника не позволит держать высокую устойчивую частоту. И к чему эти 32млрд, разве у кого-то есть такая цель?

                            А после этого фразы вида «Согласитесь, заряд электрона и кодирование траектории движения электрона по двум близко расположенным каналам – это не одно и то же.» просто взрывают мозг, согласитесь.

                            «Фирма с Бетельгейзе, взяла систему с общим спином 0 (начальное состояние ), разделили ее на два атома (каждый со спином ) и подвесили аккуратно каждый атом в центр додекаэдра.»
                            Хмм, опять же, так будто это дома можно сделать на коленке, используя додекаэдр склеенный из бумаги.

                            «Лучшие из многоядерных процессоров позволяют зашифровать или расшифровать 150-значные числа. Но если бы стояла задача в расшифровке 1000-значного числа, то потребовались бы все вычислительные ресурсы мира, чтобы сделать это. У квантового компьютера подобная задача может занять всего несколько часов.»
                            Прямо таки "!!!". То есть, то что мы работаем на шифрованных файловых системах, шифруем и дешифруем в реальном времени потоки данных, скажем через GSM слабеньким коммуникационным процессором — ерунда? Нужен обязательно квантовый компьютер?
                            Здесь речь идет о факторизации числа, и нельзя говорить об этом без правильного слова, которое имеет только косвенное отношение к шифрованию.

                            В общем, неприятная статья, она толком ничего не рассказывает, но у некоторых читателей без должного бекграунда может вызвать ощущение, что они «что-то в этом понимают», после чего будут блистать «синдромом недавно прочитанного».
                            Советую автору немного разобраться в вопросе (хоть каком-либо) прежде чем писать.
                            • 0
                              Согласен со всем, кроме этого:
                              «Фирма с Бетельгейзе, взяла систему с общим спином 0 (начальное состояние ), разделили ее на два атома (каждый со спином ) и подвесили аккуратно каждый атом в центр додекаэдра.»
                              Хмм, опять же, так будто это дома можно сделать на коленке, используя додекаэдр склеенный из бумаги.

                              Это мысленный эксперимент:
                              Эйнштейн, Подольский и Розен сформулировали ЭПР-парадокс. Они провели мысленный эксперимент с двумя додекаэдрами квантовой фирмы с Бетельгейзе, описанный в знаменитой статье «Can quantum-mechanical description of physical reality be considered complete?» (1935 год)
                              • 0
                                Спасибо! оказывается в данном случае «испорченный телефон» сыграл аж два раза и я уже засомневался, нет ли в этой идее какого-то чисто физического физического смысла… А оказывается все верно, — мысленный эксперимент (и в самой статье есть смысл, а вот у автора заметки он не дает никаких выводов).
                                • –1
                                  главная цель этого эксперимента — представить масштабы сцепленности… ЭПР парадокс впервые сделал попытку обосновать, что может быть что то выше скорости света… оказывается может :(

                                  кстати, сцепленность серьерзный аргумент в пользу теории струн
                                  • +1
                                    Госпадя, какую чушь вы несете :(
                            • +5
                              Если честно, эта статья навевает что-то о недавней новости (сгенерированный математический текст приняли в научный журнал). Вот честно — ваша статья ни о чем. Да, он хороша для того, чтобы вообще что-нибудь услышать о квантовом компьютере, но она составлена из огрызков, будто бы ее наспех слепили из готовых кусков текста.

                              И да, если уж говорите про КПД тепловой машины, то КПД не может быть выше цикла Карно при тех же условиях.
                              • –2
                                не может быть выше цикла Карно

                                КПД тепловой машины связан с тем, что всегда есть «бесполезная» теплота (которую физики связывают с энтропией) которую принципиально невозможно превратить в полезную работу — она рассеивается

                                что рассеивается в случае с инфо — неизвестно… как вариант — шум
                              • +6
                                каким боком тут картинка про квантовое бессмертие — вообще неясно.
                                • 0
                                  Все никак не мог понять, что же меня больше всего смущает. Спасибо.
                                • 0
                                  Это все было бы здорово на практике, но пока какой-то огромный пиар вокруг этого. Напоминает адронный коллайдер.
                                  • 0
                                    Так пиар — это хорошо. Так проще объяснить людям, что нам это даст.
                                    • +2
                                      А что плохого в адронном коллайдере?
                                      Вон, недавно же обнаружили частицу, похожую на бозон Хиггса.
                                    • +1
                                      Про «синюю птицу» квантовых вычислений:
                                      Все почему-то забывают упоминать, что квантовые вычисления работают с долей вероятности. Например, взлом шифра основан на том, что будет быстро найден большой делитель и это так, но произойдет это с некоторой долей вероятностью! Например, укажите 80%, найдет быстрее и не найдет в 20% случаев, укажите 90% — медленнее. Но указывать надо всегда: это входной параметр вычислений, а точнее это результат преобразования квантового результата в бинарный результат.

                                      Поэтому для обычных алгоритмов квантовые компьютеры буду не очень применимы. Проще отсортировать массив и искать за Log/n, чем хранить отсортированным и искать с долей вероятностью.
                                      Хотя для всех ресурсоемких алгоритмов, для которых найти хоть какое решение, а не оптимальное, я думаю это найдет применение.
                                      • 0
                                        Собственно, некоторый тип задач классический компьютер всегда будет решать быстрее квантового.
                                        • –4
                                          Классический компьютер — частный случай квантового.
                                        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                          • 0
                                            >>квантовый комп экономит сотни памяти. В обычном компе нужно где то хранить все комбинации. А тут не нужно, они просто есть.<<

                                            экономия осуществляется за счет разницы между классической и квантовой записью.

                                            по классическому принципу, если у нас есть ячейка вместимостью один бит информации, то в двух таких ячейках можно хранить два бита, в трех — три и т.д.

                                            2-2
                                            3-3

                                            по квантовому принципу, если у нас есть квантовый объект, в который можно записать один бит, то в двух таких объектах (кубитах) можно вместить четыре бита, в трех — восемь битов, в четырех — 16 и т.д.

                                            2-4
                                            3-8
                                            4-16

                                            получается, что всего лишь 300 кубитов могут содержать больше битов, «чем количество атомов во Вселенной»… (с такой формулировкой Нобелевскую премию по физике 2012 получил 9 октября Серж Арош, который представляет Коллеж де Франс (Франция), и Дэвид Вайнленд

                                            Серж Арош всю жизнь занимался простыми квантовыми системами, постоянно сталкиваясь с невозможностью практически реализовать квантовую запись (поскольку кубиты очень легко теряют свои волшебные свойства под воздействием шума)

                                            частичное решение проблемы шума ученые осуществили в оптическом компьютере с помощью методов, которые укрывают квантовые системы в ловушки (оптический компьютер рассматривается как один из перспективных вариантов квантового компьютера)
                                        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                          • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                            • 0
                                              Это состояние, когда два электрона состовляют единую квантовую систему и их состояния взаимосвязаны.
                                              Если проводить аналогию с котом Шредингера, то представим, что в ящике сидит не один, а два кота. Ящик довольно тесный, поэтому выстрелив из ружья мы обязательно убьем одного из них. Только если в классической механике один из котов убивается во время выстрела, то в квантовой — после выстрела коты находятся в суперпозиции состояний, пока не открывают крышку ящика (т.е. проводят измерение).
                                              • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                                • 0
                                                  > Но ведь всегда в одном чемодане была одна перчатка, а в другом другая
                                                  В том то и суть, что в каждом чемодане была не одна перчатка, а суперпозиция двух. Т.е. и правая и левая одновременно.

                                                  > они никак не меняли своего состояния
                                                  Как раз поменяли непосредственно после измерения! Они перешли из суперпозиции двух состояний в какое-то конкретное.
                                                  Собственно, в этом и есть суть ЭПР-парадокса — нелокальность сцепленного состояния.
                                                  • 0
                                                    Дело в том, что согласно принципу неопределённости Гейзенберга, а квантовой частицы нет внутреннего состояния, которое она хранит. Поэтому предполагается, что пока спин электрона не измерен, этого спина вообще нет, а есть лишь вероятность измерить его тем или иным способом.
                                                    Поэтому, когда обнаружили, что у «сцепленных электронов спины оказываются не случайными, а связанными, ввели понятие квантовой телепортации, чтобы не нарушать принцип неопределенности.
                                              • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                                • 0
                                                  А никак. Передачи информации быстрее скорости света и не происходит. Используется для этого обычный канал передачи данных. Ни один из квантовых методов не предлагает способов превысить скорость света.
                                                  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                                    • 0
                                                      да, квантовые каналы передачи данных (или все же сигналов?) очень интересная тема… оригинальное обьяснение их существования в голографическом принципе — новейшая физическая теория (после М-теории и петлевой квантовой гравитации)
                                                      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                                        • 0
                                                          нет.
                                                          но некоторые свойства черных дыр голографический принцип использует (например энтропию)

                                                          о чем то похожем на голографический принцип здесь писали

                                                          данную тему изучает этот раздел физики

                                                          особо крупный прорыв в этой области произошел в 1997. Его осуществил физик Хуан Малдасена

                                                          здесь немного по существу о его грандиозном открытии

                                                          о том, как этот принцип вписывается в теорию струн и ее последнюю версию — М-теорию — здесь и здесь

                                                          в двух словах о его открытии: он нашёл гипотетическую Вселенную, для которой абстрактные рассуждения о голографии могут стать конкретными и математически точными.

                                                          запущены мощные исследовательские программы, стремящиеся применить его идеи к более реалистичной Вселенной, нашей Вселенной, но прогресс медленен, так как эти исследования сталкиваются с техническими трудностями
                                                  • 0
                                                    А что вы имеете ввиду, когда говорите «передаем (ку)бит информации»? Как именно передаём?
                                                    Если у вас есть две запутанные частицы, то вы действительно можете мгновенно перевести эту систему в определённое состояние, измерив только одну из них. Эта мгновенность подтверждается экспериментально, независимо от расстояния между частицами. Но измерение — это всего лишь измерение, вы не можете передать информацию, просто что-то измерив.
                                                    • 0
                                                      то вы действительно можете мгновенно перевести эту систему в определённое состояние, измерив только одну из них.

                                                      Передача информации происходит разве не с помощью изменения состояния проводника (в данном случае это — пара спутанных частиц)? Правда, мне казалось, что при измерении мы не можем точно предсказать, в какое именно состояние придет система.
                                                      вы не можете передать информацию, просто что-то измерив.

                                                      В данном случае можем, т. к. измерение изменяет состояние системы (проводника).
                                                      P.S. Могу ошибаться, т. к. по теме прочитал всего несколько статей.
                                                      • +1
                                                        Само по себе изменение состояния не означает, что передаётся какая-то информация. Для передачи информации нужно не абы какое изменение, а такое, которым мы можем предсказуемо управлять с одного конца и считывать данные с другого.
                                                        В случае запутанных частиц, они изначально находятся в суперпозиции, например, состояния, в котором у обеих частиц спин направлен вдоль оси x ("+1") и состояния, в котором оба спина направлены против оси x ("-1"). Когда мы измеряем проекцию спина частицы на ось x, мы с равной вероятностью получаем либо +1, либо -1 (и, соответственно, узнаём также, куда направлен спин второй частицы), а волновая функция при этом коллапсирует, то есть переходит в то состояние, которое мы измерили. Этот коллапс происходит мгновенно и сразу для всей системы, независимо от её протяженности. На текущем этапе развития физики это фундаментальный экспериментальный закон природы, который в теории просто постулируется в том или ином виде и никакого более внятного объяснения, чем «так устроена Вселенная» пока что нет.
                                                        • 0
                                                          В этом топике описано, как изменить состояние на необходимое нам. Если вкратце, то мы измеряем и «откатываем» измерение с помощью соответствующего противодействия до тех пор, пока не измерим нужное нам состояние. В итоге
                                                          волновая функция при этом коллапсирует, то есть переходит в то состояние, которое мы измерили.

                                                          т. е. в нужное нам, которое мы сами выбрали заведомо и получили после n попыток измерения.
                                                          Правда, возник новый вопрос: частицы приняли определенное значение, принимающая сторона считала его (при измерении частицы принимающей стороной ничего уже не изменилось, т. к. частицы не в состоянии суперпозиции). Как вернуть их в суперпозицию?
                                                          • 0
                                                            Никакими действиями с одной частицей нельзя изменить матрицу плотности для второй частицы, то есть повлиять на статистику её измерений.
                                                            После обычного измерения состояние системы перестаёт быть запутанным и частицы становятся независимыми, при последующих измерениях они друг на друга уже не влияют. Я досконально не знаком со слабыми измерениями, но думаю, что после каждого слабого измерения запутанность системы частично потеряется и в результате вероятность правильной передачи бита останется всё так же 1/2, так что метод с «откатыванием» не прокатит и в этом случае.
                                                      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                                        • 0
                                                          Как вы планируете кодировать вашу информацию путём измерения?
                                                          Что такое «случайная информация» мне не совсем понятно.
                                                          • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                                    • 0
                                                      Промахнулся. Хотел ответить на этот комментарий.
                                                      • 0
                                                        D-Wave опубликовала в Nature информацию о своём чипе. И там нет 128 перепутанных кубитов, они могут перепутываться попарно. Вроде как, это очень-очень-очень упрощённая модель адиабатических вычислений, и весь этот «прогресс» по количеству кубитов несколько дутый. Это не универсальный квантовый процессор, но для кое-каких задач, вроде, подходит. Для каких именно — не очень понятно. Google что-то писала по этому поводу.

                                                        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.