Самый мощный квантовый компьютер сколько кубиков
Приветствую Тебя, мой дорогой друг. В 2019 году квантовый компьютер Google Sycamore провел сложные вычисления менее чем за 200 секунд, на которые IBM Summit - самому мощному суперкомпьютеру в мире, потребовалось бы 10 000 лет. Это означает, что квантовый компьютер Sycamore примерно в 158 миллионов раз быстрее, чем самый быстрый суперкомпьютер в мире. Ученые лаборатории Google говорят, что заложили основу для первого в мире полнофункционального квантового компьютера, который сможет производить более совершенные лекарства, создать более умный искусственный интеллект и разгадывать великие загадки космоса.
Sycamore — название квантового процессора Google, состоящего из 54 кубит. В 2019 году Sycamore выполнил за 200 секунд задание, на которое, согласно сведениям Nature, современному суперкомпьютеру нужно 10 тысяч лет. Таким образом, Google утверждает, что достиг квантового преимущества.(WiKi)
Sycamore — название квантового процессора Google, состоящего из 54 кубит. В 2019 году Sycamore выполнил за 200 секунд задание, на которое, согласно сведениям Nature, современному суперкомпьютеру нужно 10 тысяч лет. Таким образом, Google утверждает, что достиг квантового преимущества.(WiKi)
Для выполнения сложных вычислительных операций квантовый компьютер использует правила квантовой механики недоступные для человеческого понимания. Квантовая механика относится к разделу физики, занимающейся фотонами, электронами и атомными ядрами - мельчайшими строительными блоками Вселенной, которые ведут себя совершенно нелогично. Например, состояния двух частиц могут быть связаны, даже если они находятся на большом расстоянии друг от друга. Более того, одна частица может находиться в двух местах одновременно.
Имитируя сложные химические и физические процессы природы на атомном уровне, квантовый компьютер способен разработать новые лекарства и изобрести сверхпроводящие материалы, передающие электричество без потери энергии. Но чтобы начать новый золотой век науки, ученым предстоит преодолеть много препятствий.
JIUZHANG
76-кубитный квантовый компьютер Jiuzhang разработан учеными из Научно-технического университета КНР и стал первым в мире фотонным вычислителем, который достиг квантового превосходства.
- В декабре 2020 года разработчики заявили, что их компьютер успешно выполнил гауссовский бозонный сэмплинг всего за 200 секунд.
Аналогичную задачу китайский суперкомпьютер Sunway TaihuLight решил бы за два с половиной миллиарда лет. Более того, китайцы заявили, что Jiuzhang в десять миллиардов раз быстрее процессора Sycamore .
Правда, они принципиально отличаются друг от друга — Google работает со сверхпроводниковыми цепочками, а Jiuzhang использует оптические квантовые вычислители.
QUANTUM SYSTEM ONE
Quantum System One от компании IBM с 27-кубитным процессором Falcon является самым мощным коммерческим квантовым компьютером.
- Он установлен на территории Института Фраунгофера в Германии, а пользоваться им будут учебные заведения и коммерческие предприятия.
Запуск Quantum System One назвали первым шагом к коммерческому использованию технологии квантовых вычислений. Компьютер обеспечивает длительное время когерентности и точность операций при низком уровне шума.
ADVANTAGE
Квантовый процессор D-Wave Advantage на 5760 кубитов использует технологию квантового отжига и может решать лишь весьма ограниченный круг задач — без классических для квантовых компьютеров алгоритмов.
- Google проводила независимые тесты процессора D-Wave 2X с 1152 кубитами и подтвердила, что он работает до 180 миллионов раз быстрее, чем классические алгоритмы.
С использованием технологии D-Wave работает бесплатный облачный сервис Leap для создания и развертывания различных гибридных квантовых приложений.
Теоретически квантовые компьютеры могут оказаться мощнее любого классического суперкомпьютера. Учёные пытаются подсчитать, что понадобится квантовым компьютерам для достижения т.н. «квантового превосходства», и на самом ли деле компания Google достигла этого превосходства, как она заявила в прошлом году.
Классические компьютеры для обозначения данных в виде нулей и единиц включают и выключают транзисторы. Квантовые компьютеры используют квантовые биты – кубиты, которые, благодаря странной природе квантовой физики, могут находиться в состоянии суперпозиции, одновременно обозначая и 1 и 0.
Суперпозиция позволяет одному кубиту выполнять два вычисления одновременно, а когда два кубита связаны друг с другом посредством такого квантового эффекта, как запутанность, они могут выполнять уже 2 2 , то есть 4 вычисления одновременно; три кубита способны на 2 3 , или восемь вычислений; и так далее. В принципе, квантовый компьютер с 300 кубитами смог бы выполнять столько вычислений одновременно, что их количество превзошло бы количество имеющихся во Вселенной атомов.
Вопрос о том, сколько кубитов нужно для достижения квантового превосходства над стандартными компьютерами, остаётся открытым. В прошлом году Google заявил, что достиг квантового превосходства при помощи 53 кубитов, за 200 секунд проведя вычисления, на которые у самого мощного суперкомпьютера в мире ушло бы, по прикидкам компании, около 10 000 лет. Однако исследователи из IBM в ответной статье утверждают, что «идеальную симуляцию той же задачи можно выполнить на классической системе за 2,5 дня, причём с гораздо большей точностью».
Чтобы понять, чего реально может потребовать квантовое превосходство, исследователи проанализировали три различных квантовых схемы, которые смогут решать задачи, неподвластные обычным компьютерам. Схемы IQP (мгновенного квантового полиномиального времени) позволяют особенно легко соединять кубиты в квантовые схемы. Схемы алгоритма квантовой аппроксимации оптимизации (QAOA) более продвинуты. Они используют кубиты в поисках хороших решений задач оптимизации. Схемы выборки бозонов используют фотоны вместо кубитов, анализируя пути, по которым фотоны разлетаются после взаимодействия друг с другом.
Предположив, что квантовые компьютеры будут соревноваться с суперкомпьютерами, способными проводить до квинтиллиона (10 18 ) вычислений с плавающей запятой в секунду (FLOPS), исследователи подсчитали, что квантового превосходства можно достичь, используя 208 кубитов в схеме IQP, 420 кубитов в схеме QAOA и 98 фотонов с использованием схем выборки бозонов.
«Я удивлён, что мы смогли выдать эти цифры, не так уж и далеко отстоящие от того, что можно увидеть уже сегодня в существующих устройствах», — говорит ведущий автор исследования Александр Далзел, квантовый физик из Калифорнийского технологического института в Пасадене. «В нашем первом подходе к решению этой задачи мы предположили, что потребуется не менее 10 000 кубитов, во втором – не менее 2000. И, наконец, после третьей итерации мы смогли значительно сократить накладные расходы и уменьшить количество кубитов всего лишь до сотен.
Также учёные признают, что квантовое превосходство, возможно, будет достижимо и при помощи ещё меньшего количества кубитов. „В целом, многие наши предположения исходят из наихудших вариантов развития событий – но, возможно, этого и не потребуется“, — говорит Далзел.
Что до Google, то исследователи отмечают, что заявление этой компании сложно критически проанализировать, поскольку в компании выбрали такую задачу для квантовых компьютеров, которую сложно сравнивать с известными алгоритмами для классических вычислений.
»Думаю, что их заявление по поводу того, что они при помощи квантового устройства сделали нечто, что мы не знаем, как сделать на классическом устройстве, не тратя огромные ресурсы, по моему мнению, можно считать точным – говорит Далзел. – Я, правда, не уверен в том, что не существует пока ещё неизвестного нам классического алгоритма, который позволил бы нам воспроизвести их эксперимент, или даже ещё более крупную его версию, на реалистичном классическом устройстве. Хочу уточнить, я не говорю, что верю в существование такого алгоритма. Я просто утверждаю, что если бы он существовал, это не было бы так уж удивительно и неожиданно".
И что же, «достигли ли мы вычислительного квантового превосходства, если нам удалось сделать нечто, что мы не знаем, как делать при помощи классического устройства? Или мы реально хотим удостовериться в невозможности этого даже при использовании пока не открытых алгоритмов? – спрашивает Далзел. – Google явно принимает первую точку зрения, и даже признаёт, что алгоритмические инновации смогут уменьшить стоимость классических симуляций. Но ещё там ожидают, что совершенствования квантовых устройств помогут им оставаться в состоянии квантового превосходства. Они полагаются на аргументы из теории сложности, из которых следует, что маловероятно появление способов кардинального улучшения классических симуляций. Такую интерпретацию можно принять».
В будущем исследования могут проанализировать, как оценки квантового превосходства поступают с шумом, имеющимся в квантовых схемах. «При отсутствии шума аргументы в пользу квантового вычислительного превосходства выглядят убедительно, — говорит Далзел. – Но добавьте шум – и тогда у классического алгоритма появится нечто, чем он может воспользоваться».
Канадская D-Wave приступила к поставкам 5000-кубитовых квантовых компьютеров Advantage. Устройства позиционируются как решения для нужд бизнеса, а не исследователей.
Предыдущая система компании 2000Q имела, соответственно, в два раза меньше кубитов. Однако и это значительно больше, чему конкурентов, которые выпускают квантовые компьютеры на 50 кубитов. Они в новой системе разбиты на кластеры по 15, связанных только в пределах кластера. В прежней системе в кластере было связано 6 кубитов.
Advantage представляет собой гибридный вычислитель с классической и квантовой вычислительными платформами. Система разбивает большую задачу на части для решения классическим и квантовым способами.
Вычислители в новой системе охлаждаются до очень низких температур. Это требует тщательного экранирования от случайного внешнего электромагнитного воздействия.
На новой платформе возможно использовать до одного миллиона переменных при решении задач оптимизации, тогда как ее предшественник предлагала 120 тысяч элементов для хранения переменных. Для «сложных задач» это число ограничивается 20 тысячами.
В итоге размеры задач на квантовой части на D-Wave Advantage выросли в 2,5 раза.
Новый решатель дискретной квадратичной модели (DQM) позволяет использовать в расчётах не две переменные 0 и 1, а цифры от 1 до 10 или другие наборы значений. Эта модель станет общедоступной 8 октября.
Цена новой системы не называется. Предшественник, система D-Wave 2000Q, стоила $15 млн.
Чтобы воспользоваться квантовыми вычислителями, не нужно приобретать сами системы Advantage. Эту задачу решает облачный сервис D-Wave Leap, подписчики которого бесплатно получат доступ к обновлённым функциям.
Наконец, D-Wave подготовила программу поддержки разработчиков приложений для прикладных решений в квантовых вычислениях.
Компания привела примеры использования своих систем. Так, канадский ритейлер Save-On-Foods уже сократил время по оптимизации работы продуктовых магазинов с 25 часов до 2 минут.
ZUCHONGZHI
Еще один китайский квантовый компьютер из Научно-технического университета КНР работает на сверхпроводящем 66-кубитном квантовом процессоре.
- Процессор решил задачу по моделированию случайных квантовых цепочек за 72 минуты.
При этом, отмечают создатели, задача была примерно в 100 раз сложнее, чем та, которую решал квантовый процессор Google Sycamore . В отличие от Jiuzhang , который выполняет лишь одну задачу, Zuchongzhi способен выполнять самые разные вычисления.
Кубиты могут быть везде одновременно
Компьютеры, которыми мы пользуемся ежедневно, хранят данные в виде битов со значением 0 или 1. Четыре классических бита создают 16 различных комбинаций (0000, 0001, 0010 и т.д.). В силу своих вычислительных возможностей, обычный компьютер может работать только с одной из них.
Вычислительная мощность квантового компьютера исходит от квантовых битов, или кубитов, которые используют сразу оба значения: 0 и 1. В этом состоянии, называемом суперпозицией, компьютер обрабатывает все 16 комбинаций данных одновременно. С каждым новым кубитом вычислительная мощность возрастает в геометрической прогрессии. По словам ученых, квантовый компьютер с 300 кубитами способен выполнить больше вычислений, чем атомы во Вселенной.
Исследования делают гигантский скачок вперед
Лучшие лекарства, более умный искусственный интеллект и непредсказуемые космические явления - это лишь некоторые из научных задач, которые могут быть решены с помощью квантовых вычислений.
2. Новые материалы
Ученые также надеются, что возможности квантового компьютера позволят глубже изучить сверхпроводящие материалы, которые будут использоваться в мобильных телефонах, ПК и солнечных элементах.
1. Медицинские эксперименты
Квантовый компьютер может создавать, моделировать и проектировать молекулярные структуры вплоть до атомного уровня. Таким образом, он за считанные секунды произведет вычисления и предоставит результаты того, как новый препарат будет действовать на организм человека.
Кубиты могут быть везде одновременно
Компьютеры, которыми мы пользуемся ежедневно, хранят данные в виде битов со значением 0 или 1. Четыре классических бита создают 16 различных комбинаций (0000, 0001, 0010 и т.д.). В силу своих вычислительных возможностей, обычный компьютер может работать только с одной из них.
Вычислительная мощность квантового компьютера исходит от квантовых битов, или кубитов, которые используют сразу оба значения: 0 и 1. В этом состоянии, называемом суперпозицией, компьютер обрабатывает все 16 комбинаций данных одновременно. С каждым новым кубитом вычислительная мощность возрастает в геометрической прогрессии. По словам ученых, квантовый компьютер с 300 кубитами способен выполнить больше вычислений, чем атомы во Вселенной.
SYCAMORE
Корпорация Google в октябре 2019 года заявила, что добилась квантового превосходства — 54-кубитный квантовый процессор Sycamore сумел превзойти один из мощнейших в мире суперкомпьютеров Summit разработки IBM в задаче генерации случайных числовых строк. Sycamore выполнил ее за 200 секунд, тогда как у классического суперкомпьютера на это ушло бы 10 000 лет.
В IBM , впрочем, отметили, что суперкомпьютер Summit , способный производить 200 петафлопс, справился бы и за два с половиной дня, но доказательств не предоставили.
3. Космические тайны
Несмотря на то, что первая в мире фотография черной дыры была сделана в 2019 году, исследователи глубин космоса недалеко продвинулись в ее изучении.
В настоящее время, каждая уважающая себя фирма пытается создать квантовый компьютер. Такие как Microsoft, Google, NASA, Российский квантовый центр и другие. Некоторые, пока никто не прозрел, на этих квантовых компьютерах уже зарабатывают деньги. Например, D-Wave Systems умудрились продать свой первый 2000-кубитный квантовый компьютер за 15 миллионов долларов. В это же время Googol пытается построить 50-кубитный компьютер, но пока это не удается. Да и у других дела не лучше. Руководителем данной программы в Google является Джон Мартинис. Он прочел у нас лекцию о достижениях в данной области. Она записана в ролике "ICQT 2017. джон Мартинис, Google: Квантовый компьютер: жизнь после закона Мура" .
Я попытался понять, что же рассказывает Джон и изложить его мысли в своей вольной трактовке. Я осознаю, что многие поймут его глубже и более правильно и, возможно, тоже расскажут об этом.
Начал Джон с рассказа о том, как он объясняет основы квантовой механики своим детям. Сначала он им объяснил, ”что электрон имеет такую неопределенную структуру, то есть он как бы расплывчатый, размытый” . По английски такая структура обозначается словом фази. Это значит, что "у электрона есть такая природа, что он может случайным образом быть распределенным вокруг ядра. И что очень интересно эта случайность квантовой физики, это картинка, которую трудно описать. Однако то каким образом электрон распределяется по орбите вокруг ядра водорода – это очень точная наука. Можно очень точно описать, что именно происходит с этим электроном со временем. Благодаря этому мы можем построить компьютеры. Без этого мы не могли построить компьютеры. Это очень точная наука".
Естественно, что вести дискуссию с общепризнанным ученым смысла нет, хотя и забавно. Сложно понять, как электрон, распределенный случайным образом вокруг ядра, можно описать очень точно. Что мы можем точно описать в его поведении во времени? Мы что? сможем точно определять координаты его движения? Не можем. Это запретили нам делать Гейзенберг, Шредингер и тепловое движение. Правда последнее поправимо. Шредингер же превратил корпускулу в волну и размыл ее или, как говорит, уважаемый Джон, придал ей статус фази. Какую точку волны и как измерять пространственное положение этой точки, никто не знает. Да собственно и о волне ничего не знают. У нее нет ни амплитуды, ни общей длины, ни толщины, ни массы, вообще ничего физического. Это просто абстрактный символ.
Что еще можно описывать в поведении электрона во времени? Изменение его размеров, массы или заряда тоже невозможно, ибо это волна, которая просто указывает на вероятность нахождения частицы, как волны в каком-то месте. И частица – волна, и ее местоположение – волна. При этом как-то автоматически предполагается, что распределение электрона точно или очень точно описывается относительно ядра и так же забывается, что само ядро тоже описывается волновой функцией Шредингера и его местоположение так же вероятностно. Я уж не говорю о протонах, кварках, атомах.
Ясно, что Джон может признать все эти рассуждения классикой, которая не работает в квантовом мире. И будет уверен в своей правоте. А почему так? А как будут отвечать на такие рассуждения его дети? Ровно также, как и он. Таких сейчас плеяда. Вы видите в сети, как много молодых талантов смело рассуждают о кварках, опыте Юнга, теории относительности и всем остальном. Этого они нахватались у старшего поколения, а старшее поколение, с подачи Шредингера и некоторых других “теоретиков”, уверовало в царицу наук математику и бросило поиск сил в явлениях через философию и опыт, и взялось за перо. Но царица оказалась медузой Горгоной, и наука уже на сто лет превратилась в камень.
Что осталось? Осталось одно – спин, то есть магнитная составляющая электрона. Вот с ним то и пытаются работать, но и его пытаются размыть.
Дальше Джон утверждает, что "электрон, находящийся рядом с ядром испускает волны. И это что-то вроде таких стационарных волн. и в квантовой механике возможны различные состояния электрона… здесь вы видите орбиту электрона, это состояние покоя электрона. То состояние, в котором электрон естественно находится. Однако, у электрона может быть еще возбужденное состояние. И мы можем использовать эти два состояния, состояние покоя, возбужденное состояние, для расчетов. И мы можем разработать систему, которая одновременно вычисляет оба эти случая, то, когда находится электрон в состоянии покоя и в возбужденном состоянии. И вместо классических компьютеров, которые считают один пример, затем другой пример, можно разработать компьютер, который учитывает одновременно эти два состояния. Это называется состояние кубита" .
Какая-то каша. Может быть это перевод такой или Джон не ведает, что говорит. Как только Резерфорд представил свою планетарную модель атома, все начали доказывать, что излучающий электрон не может удержаться на стационарной орбите. Он должен обязательно упасть на ядро. Причем очень быстро. Но тут появился Бор и сказал, что на стационарной орбите, неважно какой: возбужденной или основной, электрон не излучает и поэтому не падает на ядро. А излучение или поглощение происходит только при переходе с одного состояния в другое. И этих состояний очень много. Посмотрите спектр водорода. И они все хоть чуть-чуть, но отличаются по энергии. Как спутник, который может летать на высоте 100 километров или высоте 100 километров и 3 метра. Но для Джона достаточно всего двух состояний электрона. Он просто эти два состояния вычисляет одновременно. В этом месте своего рассказа Джон открыл глаза российской публике, что не следует придавать особого значения тем идеям, что у кубита может быть множество различных состояний и, что они могут одновременно обрабатываться. Достаточно всего двух состояний. Акцент переносится на количество кубитов с двумя состояния.
Это примерно так. Возьмем какое-нибудь длительное вычисление, например, извлечение какого-нибудь корня из большого числа. Тогда само вычисление будет происходить в самом процессоре, вычислителе. А обслуживающие программы будут занимать мало времени. Пусть конкретное извлечение корня будет 100 секунд, а обслуживание 2 секунды. Возьмем следующую примерно такую же задачу. Тогда обычный компьютер их действительно выполнит примерно за 204 секунды. Если ваш компьютер выполнит эти две задачи за 102 секунды при условии, что и каждую по отдельности эти задачи он выполняет за это же время, тогда флаг вам в руки. Действительно вычисления идут параллельно.
Потом Джон еще более подробней растолковывает нам эффект одновременных вычислений. Ему "очень интересно, что электрон может находится в любой точке орбиты одновременно, даже в разных точках одновременно. И что интересно электрон может находится одновременно и в состоянии покоя и в возбужденном состоянии, что с точки зрения классических законов физики, это просто не имеет смысла, но такова особенность квантовой физики.
Благодаря этому мы можем производить расчеты при помощи такого атома. И вы видите внизу я использовал скобки, чтобы отобразить эти два состояния: 0 – это состояние покоя, и тут написано плюс один – это возбужденное состояние. Это означает, что электрон находится сразу в двух состояниях. И почему это интересно. Это означает, что при одном кубитовом расчете мы можем не рассчитывать отдельно ноль и получать ответы, один – получать ответ. Мы можем одновременно рассчитывать какую-то задачу одновременно и при нуле и единице. Параллельно компьютинг происходит. И это здорово потому, что вот эти квантовые вычисления позволяют вам рассчитывать два случая одновременно. Это в два раза быстрее, чем если бы использовали классический компьютер. Это отлично" .
Вот посмотрите: электрон может, выделяю слово может, “ "находится в любой точке орбиты одновременно, даже в разных точках одновременно" . Так как же в самом деле: может находится, а может и не находится? Это выбор самого электрона? Так может быть, и количество самих точек, и местоположение их, тоже выбирает сам электрон? Ведь надо чем-то руководствоваться, когда вы пытаетесь точно или даже очень точно описать поведение электрона во времени.
Несмотря на особенности квантовой физики, как ее понимает Джон, все-таки хочется спросить, уточнить: это вот один и тот же электрон в трех местах или это три одинаковые электрона? То есть это три массы или одна? Если электрон обладает таким чудным свойством быть одновременно в разных местах, то почему бы ему не приобретать много масс? Бессмыслица с классических позиций, но с квантовых позиций это может быть.
Конечно получить какой-то четкий ответ на эти вопросы невозможно, но позицию о суперпозиции в этом фрагменте выступления Джон придерживается уверенно и дальше ее только развивает. Это то, что от кубита нам требуется всего два состояния. Главное, чтобы они были одновременными, а там мы их обработаем.
Вот что нас сразит наповал. ”Но вы наверно скажете: ну что же, все это очень сложно, и мы всего лишь в два раза улучшаем нашу компьютерную мощность. Но сейчас у нас появляется два кубита. Каждый из них находится в этом двойном состоянии: ноль плюс один. И вдвоем эти кубиты могут иметь 4 состояния, которые происходят одновременно. И теперь вы видите, что существуют параллельные вычисления, которые в 4 раза мощнее. И самое интересное, каждый раз, когда мы добавляем кубит наша вычислительная мощность увеличивается в два раза, то есть мы начинаем с двух, потом переходим к четырем и при трех кубитах у нас вычислительная мощность опять удвоится там будет восемь. А четыре кубита – это параллельный процессинг шестнадцати сценариев. Это все очень интересно. Это все очень ново. Вычислительные мощности квантового компьютера растут как геометрическая прогрессия с ростом количества кубитов. Экспоненциально они продолжают расти. И предположим у вас 50 кубитов. В этом случае мощность компьютера 2 в 50 степени. Это много триллионов. Это примерно та же мощность что и в суперкомпьютера. Вы можете себе представить. А если у вас будет 300 кубитов – это всего лишь в шесть раз больше, чем здесь. Два в трех сотой степени – это больше, чем количество атомов во вселенной. Так что вы можете осуществить такие параллельные расчеты, с таким количеством битов” .
Наконец то вы видите крещендо. Уже 300 разрядный квантовый компьютер может заменить все наши существующие и будущие компьютеры. А что уж говорить о 2000-кубитовом компьютере, созданным фирмой D-Wave Systems. Прогадали они в том, что продали этот компьютер. Надо было сначала выловить все оставшиеся биткоины, а потом просто продавать компьютерное время по очень умеренной цене. Ведь такой компьютер полностью загрузить невозможно. Для каждого потребителя такой компьютер чистый. И ученик сможет решить свою задачку, и коммивояжер может получить свою логистику, и криминалист ввел перехваченную абракадабру и получил вразумительный ответ, и заплутавший в лабиринте, наберет на своем смартфоне данные, отошлет их в этот D-Wave компьютер, и он спасен. Не надо ходить по лабиринту и орать во все горло: выведите меня отсюда. Упустили ребята жар-птицу. Теперь, наверное, криминалисты фирмы Temporal Defense Systems, занимающиеся вопросами кибербезопасности во главе Джеймсом Буррелом (James Burrell), техническим директором TDS, отлавливают биткоины, приобретенным компьютером. Что-то о майнинге стали меньше говорить по радио.
Но все же у Джона Мартиниса кое-какие сомнения в строительстве данного компьютера все-таки есть. ”Мне кажется, что это работа с реально большими данными. Давайте посмотрим сможем ли мы это сделать. Первая часть моей лекции посвящена тому, что мы пытаемся посмотреть можем ли мы построить такой компьютер из 50 кубитов. Можем ли мы при помощи этого квантового компьютера рассчитывать такое количество случаев. И действительно большие инвестиции осуществляются в квантовые компьютеры, квантовые технологии. Миллиарды долларов, так что давайте посмотрим будет ли это действительно работать. Давайте это проверим” .
Да как же вы это проверите? Это можно проверить, только тогда, когда вы построите такой компьютер и то не всегда, о чем говорит афера D-Wave. Чтобы не утомлять читателя только скажу, что все эти переходы электрона с основного состояния в возбужденное Джон осуществляет при помощи микроволновой пушки (лазера), пытаясь попасть фотоном в этот невесть где находящийся электрон в атоме. Причем фотон у него никаким квантовым кунштюкам не подчиняется, он движется по строгой траектории, не то что этот полоумный электрон, прыгающий куда угодно, дублирующийся по каким-то причинам и тому подобное. Чтобы не было промашки этот фотон бьет по площадям. Все это вы можете уточнить или истолковать иначе, прослушав выше указанную лекцию.
Квантовые компьютеры обещают прорыв во многих областях — медицине, биологии, химии и физике.
Квантовые компьютеры способны обрабатывать поистине огромные объемы данных, но как они это делают?
Мы рассмотрим пятерку самых мощных на сегодняшний день квантовых компьютеров и объясним, в чем их отличие от «обычных» вычислительных машин.
Привычные компьютеры, которые можно найти в любом офисе или квартире, хранят информацию в двоичном коде, а наименьшей единицей хранения информации является бит, принимающий одно из двух значений: 0 или 1.
- При решении той или иной задачи компьютер проводит множество последовательных операций с битами.
- Квантовые компьютеры работают абсолютно по-другому: для решения задач они используют квантовые биты, или кубиты.
Они могут существовать одновременно во множестве состояний, поэтому квантовый компьютер не перебирает для вычислений все возможные комбинации битов, а основывается на вероятностном принципе.
Для вычислений квантовые компьютеры используют такие свойства квантовых систем, как суперпозиция и запутанность.
1. В суперпозиции квантовые частицы представляют собой комбинацию всех возможных состояний, пока не произойдет их наблюдение и измерение.
Принцип суперпозиции позволяет квантовому компьютеру хранить и одновременно обрабатывать гораздо больше данных, чем любому другому, а возможность вычислять и анализировать разные состояния данных одновременно обеспечивает получение результатов с высокой скоростью.
2. Запутанные кубиты образуют единую систему и влияют друг на друга — измерив состояние одного кубита, возможно сделать вывод и об остальных.
С увеличением числа запутанных кубитов растет и способность квантовых компьютеров обрабатывать информацию.
Нынешний уровень развития технологий позволяет создать большое количество кубитов, однако при этом неизбежно возникает сложность с устойчивостью подобной системы.
Кубиты легко теряют заданное квантовое состояние при взаимодействии с окружением, а в работе квантового компьютера растет количество ошибок.
Чтобы обеспечить устойчивость вычислений, систему требуется изолировать от любого фонового шума — например, путем охлаждения до температуры, близкой к абсолютному нулю.
- Первый двухкубитный квантовый компьютер появился в 1998 году в США и работал на явлении ядерного магнитного резонанса. Он использовался Оксфордским университетом, исследовательским центром IBM и Калифорнийским университетом в Беркли вместе с сотрудниками Стэнфордского университета и Массачусетского технологического института.
На сегодняшний день самыми мощными считаются пять квантовых компьютеров из разных стран.
Читайте также: