Можно ли играть на квантовом компьютере
вот мне стало интересно, почему этот компьютер может взломать многие шифры, типа асимметричного шифрования, это только благодаря скорости работы или с изобретением квантового компьютера появился какой-то "хитрый" алгоритм, если второе, то почему нельзя реализовать этот алгоритм на "обычном" компьютере, я в общем не в теме, так что не ругайте.
Чем же квантовый компьютер лучше классического? Большая часть современных ЭВМ работают по такой же схеме: n бит памяти хранят состояние и каждый такт времени изменяются процессором. В квантовом случае система из n кубитов находится в состоянии, являющимся суперпозицией всех базовых состояний, поэтому изменение системы касается всех 2n базовых состояний одновременно. Теоретически новая схема может работать намного (в экспоненциальное число раз) быстрее классической.
то есть как только мы загрузили в квантовый компьютер программу, в тот же момент она дала результат, похоже, что как-то так :)
значит это обычная магия.
Работу квантового компьютера можно моделировать работой обычного. К тому же далеко не все алгоритмы можно изменить для такого высокопараллельного выполнения. Но то, что квантовый компьютер делает одновременно и быстро, обычный делает с меньшей скоростью и меньшей степенью параллелизма. Но и в квантовом компьютере результат получается не мгновенно, к тому же задание начального состояния и считывание конечного часто занимают заметное время, особенно если для нескольких этапов алгоритма требуется перенастройка состояния квантового вычислительного устройства. К тому же самый большой из современных квантовых компьютеров имеет всего тысячу кубитов, так что пока это скорее действующие малоразмерные модели будущих квантовых компьютеров. Однако действительно подходящие для квантовых компьютеров варианты алгоритмов начали разрабатывать только после того, как появилась идея создания таких компьютеров. Для традиционных компьютеров такие алгоритмы обычно не экономят время выполнения.
Разумеется благодаря скорости. Только.
если современный шифр ломать лет десять, то сломать наверное реально, но вопрос в том, что через 10-лет результат будет не нужен. Это я не теоретизирую, чистая практика. Кодировка виаксес, НТВ+, была однажды сломана, были публикуемы ключи и прошивки на карты голдвафер, все работало, но компания НТВ+ кодировку обновило и усилило, сейчас ломать можно, но гораздо хитрее, с подкачкой ключей онлайн. Если лет за 5-10 и этот алгоритм взломают, компания предусмотрительно перейдет на следующий вариант. скажем сейчас карты голдвафер никому не нужны, ибо не работают.
идея в том, что любой обычный комп "ломает" шифр, перебирая варианты - по одному, или по тысяче (сколько там процессоров) - если число вариантов огромное - до скончания света не переберет.
Квантовая система в принципе может перебрать континуум вариантов одновременно и сразу выйти на единственный верный.
Рано или поздно рост производительности компьютеров остановиться по чисто физическим причинам. Сейчас рост производительности достигается за счёт все большей миниатюризации — уменьшения размеров транзисторов, что позволяет разместить в одном кубическом сантиметре больше количество логических элементов.
Однако миниатюризация не может продолжаться бесконечно. Уже в 2021-м году ожидается появление процессоров сделанных по 3-х нанометровому технологическому процессу, т.е. минимальный размер элемента составляет 3 нанометра. Для сравнения размер атома кремния, повсеместно используемого при изготовлении процессоров составляет 0.21 нанометра. Очень скоро мы упрёмся в ограничения связанные с атомарной структурой вещества.
В связи с этим квантовые компьютеры многие рассматривают как возможную в будущем замену традиционным электронным компьютерам.
На пороге великих открытий
Как говорится, дата релиза пока неизвестна. Но попробовать новый язык программирования дадут скоро: бесплатная предварительная версия выйдет в конце года вместе с целой библиотекой различных руководств. Если вы разработчик, зарегистрироваться можно по этой ссылке.
По словам Кристы Свор (Krysta Svore), ответственной за создание языка, он поможет людям освоиться и лучше понять, как работать с квантовыми компьютерами. А интеграция с Visual Studio упростит задачу, так как благодаря этому нет необходимости быть физиком, чтобы разобраться. «Это не должно отличаться от того, что люди делают сейчас», — Криста Свор.
Специалисты по квантовым вычислениям считают, что одно из величайших удовольствий такого рода работы заключается в том, что вы не можете предсказать, какие невероятные результаты вас ждут. Подобно тому, как классические вычисления изменили многие аспекты жизни общества, квантовые в конечном итоге сделают революцию практически во всём, начиная с химии и заканчивая машинным обучением.
Ученые теоретически проанализировали квантовый алгоритм для игры в «Магический квадрат» и показали, что даже небольшие шумные квантовые компьютеры способны превзойти классические аналоги. Работа представлена в журнале Nature Physics.
Теоретически квантовые компьютеры способны решить многие важные задачи эффективно, в то время как классическим устройствам понадобится экспоненциально большое время для их решения. Однако большинство современных квантовых компьютеров недостаточно мощны, чтобы показать превосходство в решении каких-то полезных задач.
В прошлом году компании Google удалось продемонстрировать явное превосходство в решении задачи эмуляции случайно квантовой цепи, но такую задачу нельзя назвать очень полезной. К тому же, для этого использовался очень мощный квантовый компьютер. С тех пор ученые активно ищут задачи, для эффективного решения которых достаточно современных шумных и не очень больших квантовых устройств.
Ученые из IBM и научных центров Австралии, Германии, Канады и Сингапура под руководством профессора Марко Томамичела (Marco Tomamichel) исследовали квантовое превосходство с помощью математической игры «Магический квадрат».
В этой игре два участника заполняют квадрат числами +1 и −1. Один из игроков должен случайно выбрать строку и заполнить ее числами так, чтобы количество −1 было четным, другой игрок в это время заполоняет случайный столбец так, чтобы количество −1 было нечетным. Игроки не знают какой столбец (строку) выбрал другой игрок. Числа, которые оказываются на пересечении строки и столбца, перемножаются — цель игры заполнить квадрат так, чтобы хотя бы одна клетка дала +1. Очевидно, что либо оба игрока выиграют, либо проиграют.
Игра «Магический квадрат», в которую играют два участника Алиса и Боб.
S. Bravyi, et al. / Nature Physics, 2020
В то время как классические методы не могут гарантированно обеспечить выигрыш, даже если игроки заранее договорятся о стратегии (ведь выбор столбца/строки происходит случайно), квантовый алгоритм, использующий запутанные состояния, может помочь участникам игры всегда выигрывать. Квантовое решение позволяет игрокам разделить запутанное состояние, которое несет в себе информацию о действиях другого участника.
Ученые показали, что с точки зрения теории сложности квантовое решение даже на шумных устройствах эффективней классического угадывания, при этом исследователи не опирались на недоказанные предположения о несуществовании эффективных классических алгоритмов. Более того, для решения этой задачи можно использовать неглубокие квантовые цепи, на которые не так сильно влияют внутренние ошибки квантового компьютера. Авторы оценили сложность таких цепей и пришли к выводу, что решение можно реализовать на современных квантовых компьютерах и показать квантовые превосходство.
Топология квантовой цепи для создания запутанных состояний, необходимых для безусловной победы в игре.
S. Bravyi, et al. / Nature Physics, 2020
При демонстрации превосходства очень важна верификация ответа. Например, в эксперименте Google 53-кубитный процессор решал задачу, результат которой проверить невозможно даже на суперкомпьютерах. В случае же «Магического квадрата» суммы, по которым можно определить наличие клетки с +1, считаются менее чем за секунду на обычном ноутбуке, таким образом подтвердить ответ вычислительно просто даже для миллиона кубитов.
Ученым еще предстоит проверить экспериментально разработанную теорию, однако результаты выглядят многообещающими. Недавно мы писали про то, как определяется мощность квантовых компьютеров на примере компьютера компании Honeywell. Больше про кубиты и квантовые компьютеры читайте в нашем материале «Квантовая азбука».
Квантовый компьютер мощностью 50 кубит от IBM
Корпорация IBM сообщила о создании прототипа квантового компьютера ещё в 2017 году.
IBM не скрывают разработку квантового компьютера.
Известно, что в такой компьютер способен производить вычисления 90 микросекунд. Этот результат выше в 2 раза результата предыдущей модели. Если говорить совсем простым языком, то эта модель способна работать 90 микросекунд, после чего компьютер нуждается в подготовке к следующему запуску.
IBM представила также 20-кубитную IBM Q систему с облачным доступом, она является улучшением для имеющейся системы из 5- и 16-кубитных процессоров, с которыми работали 60 000 пользователей и поставили на них почти 1 700 000 экспериментов.
Что такое квантовый компьютер?
Если очень коротко: квантовый компьютер, это вычислительное устройство, использующее некоторые эффекты квантовой механики , такие как суперпозиция и квантовая запутанность для хранения информации и вычислений.
В квантовых компьютерах информация хранится в квантовых битах – кубитах (QuBit - quantum bit).
Если обычный бит может принимать два строго определённых состояния: 0 и 1, то квантовый бит является вероятностным: он находится в суперпозиции двух возможных состояний: α|0⟩+β|1⟩ где α и β соответственно являются вероятностями обнаружить кубит в состоянии |0⟩ или |1⟩ соответственно.
В теории это может позволить обрабатывать одновременно все возможные состояния объекта и позволит получить большое преимущество над классическими компьютерами при решении некоторых классов задач.
Можно ли играть в игры на квантовом компьютере?
Увы, но пока квантовый компьютер не будет адаптирован под "цифру", возможности испытать на нём новую игру на максимальных настройках графики не будет.
Расстраиваться не стоит, ведь даже после перехода на "цифру" квантовый компьютер будет очень дорогим и громоздким, а следовательно разработчики процессоров Intel и AMD будут радовать нас новыми решениями повышения производительности.
Что отличает квантовый компьютер Microsoft от конкурентов?
Что важно, Microsoft интересуется созданием не просто квантового компьютера, который можно будет показать где-нибудь в лаборатории. Компания занимается разработкой топологического кубита (элемент хранения информации), который более стабилен обычного квантового бита. Проблема в том, что кубиты довольно хрупки и могут легко разрушиться. Сейчас с ними можно работать только находясь в специально созданном самом холодном месте на Земле, где температуру опустили почти до абсолютного нуля. Конечной целью является создание оборудования, которое можно будет запустить в любой точке мира. Это одна из основных причин, почему мы не увидим квантовый компьютер в ближайшее время.
Компания трудится над квантовым компьютером уже несколько десятилетий. В 1997 к ее исследовательской группе присоединился Майкл Фридман (Michael Freedman), который и руководит процессом. Это выдающийся математик, который не считал свою работу на самом деле настоящей работой, ведь она заключалась в том, чтобы просто продолжать заниматься математикой без каких-либо ограничений. И, по-прежнему, он не стремится решать глобальные проблемы человечества, а лишь поскорее хочет запустить первый настоящий квантовый компьютер — это его настоящая мотивация.
В той же области трудятся другие известные компании. Среди них Intel, NASA, IBM и Google. Последняя даже утверждала несколько лет назад, что их чип D-Wave работает в миллионы раз быстрее обычного компьютера, а доказано якобы это было с помощью специально спроектированной задачи. Однако сами разработчики признались, что того же результата можно было добиться оптимизировав нынешнее оборудование. Если же Microsoft добьётся успеха с топологическими кубитами, то разом обойдет всех конкурентов.
Майкл Фридман Майкл Фридман
Можно ли майнить биткоины или другие криптовалюты на таком компьютере?
На данный момент майнинг криптовалют невозможен с использованием квантового компьютера. Майнеры Bitcoin, Litecoin и других криптовалют могут выдохнуть.
Проблема заключается в строении квантового компьютера и невозможности поддержки современных операционных систем.
По сути такой компьютер можно сравнить с аналоговыми устройствами прошлого века. Решением этой проблемы занимаются многие учёные. Главной задачей учёных является перевести квантовый компьютер в режим "цифры" на квантовом уровне.
Если это случится, то появится возможность использовать современное программное обеспечение в квантовых компьютерах после его доработки.
Что по быстродействию?
Существует распространённое заблуждение, что квантовые компьютеры обладают намного большим быстродействием, чем традиционные.
Это не так. На самом деле все современные квантовые компьютеры в тысячи и десятки тысяч раз медленнее обычных электронных компьютеров.
Однако существует отдельный класс задач, с которыми квантовые компьютеры благодаря особенностям своего устройства справляются быстрее, а иногда даже намного быстрее .
Классическим примером такой задачи является факторизация целых чисел (в особенности очень больших чисел), т.е. разложение их на простые множители. Эта задача особенно важна в современной криптографии, так как многие алгоритмы шифрования основаны на том, что факторизация очень больших чисел является непосильной задачей для современных цифровых компьютеров.
Развитие квантовых вычислений может быть опасно например для держателей криптовалют, так как появление быстрых способов разложения больших целых чисел на множители скомпрометирует все основные алгоритмы шифрования.
Развитие квантовых вычислений может быть опасно например для держателей криптовалют, так как появление быстрых способов разложения больших целых чисел на множители скомпрометирует все основные алгоритмы шифрования.
Поэтому квантовые компьютеры представляют угрозу для практически всех существующих на данный момент алгоритмов шифрования и систем электронной безопасности.
Первый 51-кубитный квантовый компьютер
Создателями первого 51-кубитного процессора стали учёные из России и США, работающие в Гарварде под руководством Михаила Лукина.
Группа Лукина использовала для создания кубитов не сверхпроводники, как другие учёные, а "холодные атомы", которые могут удержаться внутри ловушек при сверхнизких температурах. Такой подход к созданию квантового компьютера позволил группе Михаила Лукина обойти своих коллег из других групп, включая Google.
Профессор Лукин и его команда не против реализовать квантовый алгоритм Шора, перед которым современная вычислительная техника и системы шифрования бессильны.
Вопросы, на которые будут даны ответы в этой статье:
Какие перспективы?
Критическим моментом в развитии квантовых вычислений является их помехоустойчивость. Информация хранящаяся в кубитах (квантовых битах) подвержена компрометации из-за декогеренции несущих информацию частиц в результате взаимодействия с другими частицами.
Основные надежды связаны с так называемой квантовой пороговой теоремой (Quantum Threshold Theorem), которая гласит, что если удастся создать квантовую схему с достаточно высоким уровнем точности, то с помощью неё можно будет смоделировать квантовый компьютер точность которого будет 100%.
Насчёт принципиальной разрешимости этой задачи есть разные мнения. Многие специалисты считают, что это всего-лишь вопрос времени. Другие смотрят на это довольно скептически.
Однако даже если пороговая точность квантовых микросхем будет достигнута и мы получим способ создавать надёжные квантовые компьютеры, всё равно я не ожидаю, что они полностью заменят обычные цифровые компьютеры.
Дело в том, что квантовые и цифровые компьютеры имеют разные области применения. Квантовые компьютеры не имеют никаких преимуществ перед цифровыми в решении задач, для которых существуют эффективные вычислительные алгоритмы.
Наиболее вероятным вариантом развития событий мне видится появление гибридных, квантово-цифровых компьютеров, в которых в дополнение к обычному центральному процессору будет использоваться квантовый сопроцессор, которому основной процессор будет делегировать сложные задачи, как например уже упоминавшаяся выше задача факторизации больших целых чисел.
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мой канал на youtube . Каждую неделю там выходят видео, где я отвечаю на вопросы о космосе, физике, футурологии и многом другом!
Что это?
Квантовый компьютер является вычислительным устройством, которое использует квантовую суперпозицию и квантовую запутанность для передачи и обработки данных.
Кубит - это квантовый разряд или наименьший элемент для хранения информации в квантовом компьютере.
Каждый, кто знает про квантовый компьютер, хотел бы с огромным желанием получить себе такую технику в повседневное пользование из-за невероятных скоростей обработки информации.
Квантовые компьютеры способы с невероятно большой скоростью проводить вычислительные операции, что обещает высокую производительность в играх, повседневных задачах, расчётах сложнейших математических задач и многое другое.
Мнение автора
Квантовый процессор послужит инструментом в будущих открытиях науки, которые улучшат нашу жизнь и помогут понять природу физики.
Неизвестное пугает. и восхищает!
Стоит ли майнерам криптовалют бояться, что квантовый процессор в считанные дни добудет все биткоины и обрушит рынок криптовалют? Всё может быть.
Стоит ли нам бояться, что квантовый процессор взломает все системы шифрования и злоумышленники смогут получить наши данные? Думаю, что к тому времени будет создана более совершенная система шифрования и квантовый процессор до этого момента не попадёт в руки злоумышленников.
Пока все горячо обсуждали новые движки и облачные технологии, Microsoft тихонько продвигалась к созданию того, что затем продвинет вперед весь мир. О квантовой механике слышали многие, но что это и с чем едят — знают единицы. Тем не менее Microsoft умеет презентовать и удивлять, а потому даже самый чайник поймет — близится нечто невероятное.
На конференции Ignite 2017, посвященной новым технологиям, компания сумела удивить всех, представив миру новый язык программирования для работы с квантовыми симулятором и компьютером, а также интегрированным в Visual Studio. Таким образом, разработчики показали всем, что они действительно продвинулись в этой области, ознаменовав конец первого отрезка пути к лучшему будущему.
Что такое квантовый компьютер?
Если очень коротко: квантовый компьютер, это вычислительное устройство, использующее некоторые эффекты квантовой механики , такие как суперпозиция и квантовая запутанность для хранения информации и вычислений.
В квантовых компьютерах информация хранится в квантовых битах – кубитах (QuBit - quantum bit).
Если обычный бит может принимать два строго определённых состояния: 0 и 1, то квантовый бит является вероятностным: он находится в суперпозиции двух возможных состояний: α|0⟩+β|1⟩ где α и β соответственно являются вероятностями обнаружить кубит в состоянии |0⟩ или |1⟩ соответственно.
В теории это может позволить обрабатывать одновременно все возможные состояния объекта и позволит получить большое преимущество над классическими компьютерами при решении некоторых классов задач.
Какая в этом польза для геймеров?
Но что это значит для нас, обыкновенных геймеров? Разумеется, на презентации Microsoft не говорила об играх. Это не удивительно, ведь в приоритете находится моделирование возможного изменения климата и другие наиболее важные задачи мирового характера. Но давайте пофантазируем, как квантовые вычисления могут использовать создатели игр.
Стоит ли говорить о том, что мы забудем о проседании FPS и плохой оптимизации? Конечно, однажды мы будем вспоминать эти проблемы с улыбкой на лице. Но что еще интереснее, квантовые вычисления помогут создать продвинутый искусственный интеллект. Он сможет обучаться намного быстрее, чем сейчас. Виртуальные миры станут более живыми. В действительности мы можем лишь догадываться, какие двери откроются перед нами в будущем, но за ними точно скрываются потрясающие вещи.
Зачем нужны квантовые компьютеры?
Просим вас не пугаться заумных слов, их здесь будет не так много, и мы все постараемся объяснить как можно понятнее. Microsoft уверенно работает над созданием квантового компьютера, который будет работать быстрее обычного в огромное количество раз. Мы даже не решимся сказать, в сотню или тысячу раз, так как боимся, что это может преуменьшить возможности изобретения. Он сможет обрабатывать колоссальные объемы данных и за считанные минуты решать задачи, на которые у нынешних самых быстрых устройств уйдут годы.
Читайте также: