Comments 41
квантовые объекты существуют одновременно во многих параллельных физических мирах. Именно там в параллельных нашему миру других мирах и происходят параллельные операции.
Утверждает так, как будто своими глазами видел.
- - Почему вы рисуете ангелов в ботинках? Где вы видели таких ангелов?
-- А где вы видели ангелов без ботинок, святой отец?
- На картинах и иконах известных художников. Важно ли сохранять традицию или ради шутки рисовать анахронизм - вопрос стиля и того уместно ли это. Но восполнять отсутствие мастерства чем-то необычным или хайповым считаю дурным тоном, сын мой.
>анахронизм
-Отец мой, а откуда Вам известно, что у ангелов, столь близких к престолу Творца, мода в библейские времена соответствовала моде 17-го века?
Собственно, подавляющее большинство картин и икон известных классических художников изображают не только ангелов, но и какого-нибудь Александра Македонского, в том прикиде, который видели вокруг себя сами художники, и их это особо не напрягало. Вы же предлагаете сделать изображение ангелов 17-го века каноном, а довлеющие каноны - это нехорошо.
Вроде бы большинство людей и на более ранних картинах в т.ч. керамике изображены босыми, реже в простых шлёпанцах, кроме имперской армии и знати - те в сандалиях. А художники 15-17вв могли просто не знать, что за одежда была раньше и не морочится по этому поводу, тем более изготовлять для натурщиков аутентичные костюмы могло быть для них сильно дорого.
Энциклопедия и поиск дают:
(был период когда) женщинам обувь носить запрещалось, даже царица не имела такой привилегии и была вынуждена ходить босиком.
Крестьяне, отправляясь в город по делам, часто несли свои сандалии в руках и обувались только на месте
Эта тема хорошо раскрыта в документальном мультфильме Рик и Морти! Предположу, что где-то по пути редактирования материала мысль плавно превратилась в утверждение. Если что Владимиру Владимировичу можно будет задать вопрос на вебинаре, а пока попросили у него уточнения - сразу обновим, как ответит.
Уточнили у автора, мы оба невнимательно прочитал фразу "И ответ находится в интерпретации квантовой механики, называемой “многомировой”:". Т.е. да в рамках "многомировой интерпретации" можно сказать, что видел своими глазами (ну, на кончике пера) параллельные миры. У уважаемого @Shkaff есть, кстати, публикация на эту тему https://habr.com/ru/post/444880/ там описано как это можно понимать)
Именно там в параллельных нашему миру других мирах и происходят параллельные операции
Какое-то антинаучное утверждение. В науке принято опираться на доказанные выводы и понятные факты, а здесь предлагается верить в существование неких миров, где всё за нас само вычисляется каким-то магическим образом.
Например, когда уровень воды в бассейне после открытия выходной трубы понижается, нам нет нужды привлекать параллельные миры и иноплатнетян, мы понимаем, что на молекулы воды воздействует сила тяжести, которая создаёт реакцию от молекул на их соседей, которая, в свою очередь, расталкивает этих соседей и приводит воду в движение в заданном направлении. Что-то подобное должно быть и в квантовом мире. И с такой же степенью подробности. А если подробности автору недоступны, то тогда вопрос квантовых вычислений автором не понят, ну и поэтому не стоит писать умные статьи на эту тему. Или хотя бы не затрагивать научные вопросы, и потому использовать только давно затасканные рекламные объявления, что сведёт ценность статьи к нулю, да.
Вот тут, например, есть более четкое объяснение в выигрыше кубитов относительно битов:
https://azure.microsoft.com/ru-ru/overview/what-is-a-qubit/#qubit-vs-bit
Но не могу сказать, что мне от этого становится полностью понятно как это работает, тема действительно сложная. Боюсь, что без понимания квантовой механики придется довольствоваться простыми объяснениями. С водой в бассейне не такая запутанная история. А профессору Крылову, кстати, можно будет задать вопрос на вебинаре
Возможно ситуация такая - мы настраиваем интерференционную картину так, что бы повысить вероятность проявлений интерференции в конкретных точках. Затем запускаем процесс интерференции много раз (миллиарды). И с какой-то вероятностью получаем оценку координат тех самых "конкретных точек".
Например, если длину волны принять за 1 и построить множество прямоугольных треугольников на этих волнах таким образом, что бы каждый последующий был на единицу длиннее по наименьшей стороне, то в точках, соответствующих трём вершинам треугольников с целыми длинами сторон, мы получим "подсвеченную" интерференцией картину, то есть таким образом найдём все значения пифагоровых троек, правда только в рамках ограничений по максимальному размеру треугольника.
В примере параллельность вычислений заключается в одновременном распространении и взаимодействии большого количества фотонов или других волновых частиц. Правда при длинах волн порядка световых получим пифагоровы тройки лишь до миллиарда на метровой установке, что соверешнно неинтересно, поскольку в таких пределах все тройки давно вычислены.
вопрос квантовых вычислений автором не понят
В голову автора читатель не залезет. Возможно, профессор очень хорошо всё понимает, вот только пишет из рук вон. Параллельные миры - это что-то за гранью добра и зла. Замечу, что речь, собственно, идёт не о квантовой механике. Понятие кубита и кубайта можно просто постулировать, не рассматривая в рамках информатики конкретную физическую реализацию, которая может быть разной, о чём автор пишет. А вот принципиальный вероятностный характер квантовых вычислений и, соответственно, их результатов как-то обойден стороной. Или я что-то пропустил. Фейнмановские лекции о вычислениях были опубликованы в 1996 г. после смерти автора. Редактор лекций (один из) Tony Hey написал об этом хорошую, на мой взгляд, статью (Contemporary Physics, 1999, vol. 40, № 4, pp. 257-265), которая вполне годится в качестве и введения в предмет, и источника базовых ссылок. Как все понимают, за прошедшее с тех пор время было написано ну очень много чего. Однако иногда полезно припасть к истокам. В своё время мне понравился обзор Rieffel & Polak "An Introduction to Quantum Computing for Non-Physicists" (ACM Computing Surveys, 2000, vol. 32, №3, pp. 300-335). Не сомневаюсь, что профессор всё это тоже читал.
Понятие кубита и кубайта можно просто постулировать, не рассматривая в рамках информатики конкретную физическую реализацию
Если не рассматривать реализацию, вы не получите понимания причин ускорения вычислений.
Как уже обсуждали выше, параллельные миры - это из многомировой интерпретации квантовой механики (мой пост про это). Согласно ей, квантовое взаимодействие само по себе полностью детерминистично. Строго говоря, вся Вселенная является одной волновой функцией, которая полностью детерминистично эволюционирует согласно уравнению Шредингера. В ней есть "ветки", которые мы воспринимаем как классический мир - их много, и на характерных временах и масштабах они связаны слабо. В процессе любого измерения наша ветка-мир делится на множество миров, в каждом из которых реализуется один из исходов измерения. Для нас, находящихся внутри этой ветки, результат измерения выглядит полностью случайным.
Эта интерпретация полнее других описывает физические законы, но, конечно, сложнее для понимания.
Так вот, квантовые компьютеры часто рассматривают именно в рамках этой интерпретации, т.к. процесс ветвления миров отлично ложится на концепцию множества последовательных операций в КК. Оказывается, удобно представить, что в результате измерения в конце работы алгоритма оказывается множество параллельных миров, где каждый результат реализован. В этом контексте и пишет автор.
Стоит заметить, что параллельные миры в этой интерпретации - скорее метафора, удобная для объяснения нашего обыденного опыта. В реальности все является единой неделимой волновой функцией Вселенной.
Многомировая интерпретация очень некрасива. Это как если нам нужно помыть посуду и каждый раз вместо этого мы строим новый дом.
При объяснении работы квантового компьютера главный вопрос состоит в
том, где же в нем выполняются параллельно все те вычислительные
операции.
В квантовом компьютере не происходит параллельного выполнения операций. Это хорошо объясняет вот этот
традиционный комикс от Скотта Ааронсона (одного из главных специалистов по квантовым вычислениям): "Поговорите с детьми о квантовых компьютерах"
Кубиты – это квантовые объекты для взаимодействия с параллельными
мирами. Программировать квантовый компьютер значит управлять этим
взаимодействием.
Если уж и привлекать тут многомировую интерпретацию, стоит уточнить, что эти миры разделяются в "параллельные миры" в момент измерения (декогеренции) в конце работы алгоритма (если не учитывать коррекцию ошибок). До этого момента они неотличимы за пределами квантового компьютера.
Квантовый компьютер в конструкции имеет существенно больше элементов
глубокого охлаждения (вплоть до криогенных температур в 0.015 градуса
Кельвина)
Только для одной конкретной архитектуры (на сверхпроводниках). Например, КК на ионах или фотонах не требует охлаждения. Мне кажется, как раз эти системы и будут наиболее успешны в будущем - они гораздо компактнее в перспективе.
Существенно большие реальные перспективы видны в разработках алгоритмов в
области исследований молекулярных и атомных структур вещества.
Стоит уточнить, что тут речь о квантовых симуляторах, которые несколько другие по задачам и требованиям, чем универсальные КК, о которых речь идет выше. Квантовые симуляторы в целом уже работают успешно.
Добрый вечер. Не совсем верно. Квантовые компьютеры как раз могут использоваться для квантовой симуляции молекул, материалов и так далее. Два самых известных подхода это вариационный и троттеризация оператора эволюции. Как раз это рассматривается в качестве наиболее перспективного и естественного использования квантовых компьютеров.
Кому и зачем: какие задачи способен сегодня решать квантовый компьютер?
Квантовый компьютер уже отлично справляется с задачей распила бюджетов.
"Существенно большие реальные перспективы видны в разработках алгоритмов в области исследований молекулярных и атомных структур вещества. В первую очередь это вычисления молекулярных гамильтонианов и их использования в квантовых алгоритмах для поиска информации об электронной структуре молекул и их взаимодействия с другими молекулами. С помощью таких алгоритмов решены практические задачи синтеза материалов с заданными свойствами, лекарств, связывающих определенные молекулы в живом организме.
Есть еще одна область, где квантовые алгоритмы уже дают заметные преимущества – это задачи из финансовой области, например, оптимизация и диверсификация портфеля, ценообразование опционов, «бычьи» и «барьерные спреды», варианты ценовой корзины, ценообразование активов с фиксированным доходом, анализ кредитного риска. Здесь в основе лежит решение задачи оптимизации с помощью квантового приближенного алгоритма оптимизации и вариационного алгоритма оптимизации. Также оказалась востребованной целая группа квантовых алгоритмов оптимизации широкого применения, таких, как поисковый алгоритм Гровера, квадратичного программирования, проблем коммивояжера, маршрутизации транспорта и других."
Никакие практически значимые задачи пока на квантовых компьютерах не решены, не надо вводить людей в заблуждение столь явным образом. Пока эти устройства слишком зашумлены. Остается открытым вопрос, могут ли такие задачи вообще быть решены без полноценной или близкой к оной коррекции ошибок. Это действительно нетривиальный вопрос. Многие специалисты считают, что нет, не могут, так как ошибки операций нужно еще снизить на несколько порядков для этих целей. Тогда это означает, что практическая значимость отодвигается в неопределенное будущее, так как для отказоустойчивости скорее всего потребуются тысячи или даже десятки тысяч физических кубитов на каждый логический кубит (имеем в виду наиболее перспективный поверхностный код коррекции ошибок). С соответствующими системами управления всем этим хозяйством. Пока даже неясно, какая физическая реализация квантового компьютера может такое позволить сделать. У наиболее продвинутой сверхпроводниковой слишком велики размеры индивидуальных кубитов, чтоб сделать чип с миллионом кубитов и засунуть его в криостат. У ионов проблемы с масштабированием - больше нескольких десятков ионов удерживать и управлять их состояниями не получается уже давно. Остальные реализации в еще более проблематичном состоянии.
Вообще, заметка очень поверхностная и легковесная. И выражения вроде "вычисления гамильтонианов" ее не красят.
Спасибо, про проблему с ошибками очень любопытно. Автор вроде и не говорит, что проблем решены - в шапке "Несмотря на все успехи, наука очень далека от создания по-настоящему массовых квантовых вычислительных технологий". Насчет "решены задачи", тут мне кажется отсылка к чему-то типа вот этого:
https://1qbit.com/blog/quantum-computing/quantum-computing-and-more-effective-drugs/
1QBit has developed a Graph-Based Molecular Similarity (GMS) method1 that compares two input graphs and returns two kinds of information: it provides a similarity score representing the degree to which the molecules have been judged to have similar structure as identified by the algorithm; and it identifies the structures they have in common. This method is formulated as a quadratic unconstrained binary optimization (QUBO) problem, which is a form suitable to be solved using a quantum annealer.
Типа задача сформулирована так, что ее можно будет решить на квантовом компьютере, когда подходящий появится. Т.е. софтверная часть решена, дело за хардверной, код написан осталось запустить. Наверное это так надо понимать.
Пока эти устройства слишком зашумлены. Остается открытым вопрос, могут ли такие задачи вообще быть решены без полноценной или близкой к оной коррекции ошибок. Это действительно нетривиальный вопрос. Многие специалисты считают, что нет, не могут, так как ошибки операций нужно еще снизить на несколько порядков для этих целей.У обычной электроники существует аналогичная проблема — случайные сбои, конечно не в соизмеримых масштабах, тем не менее. Как то она решена практически приемлемым способом, и коррекция кв. ошибок будет решена, возможно с помощью нейросетевых технологий, как примеры работ в этом направлении 1, 2, 3, 4, 5 (ссылки на оригинальные работы внутри).
Вообще, эти две технологии будут тесно взаимодействовать в перспективе (1, 2, 3), и позволят разрешить многие проблемы, возможно включая переосмысление уровня (способа) физического описания. Физики пытаются объяснить ментальные феномены, включая сознание, с помощью кв. эффектов (Пенроуз, и др. попытки), однако, это сомнительно по многим причинам, в том числе и по причинам приводящим к необходимости коррекции ошибок в кв. вычислительных системах. Более перспективны решения, кот. получило название квантовоподобных систем, и связаны с применением кв. формализма к когнитивным процессам, кот. позволило естественным образом объяснить многие странности в области принятия решений, восприятия и мышления, не поддающиеся простым классическим методам объяснения. Сравнение двух подходов, и ресурсы последнего можно посмотреть в этой презентации. Хотя биологические нейроны часто представляют как дискретные устройства, из-за импульсного характера их активности, в действительности это аналоговые системы. Эволюция нашла способы решения проблем борьбы с разнообразными шумами сопровождающими эту активность, и даже использовать их. Возможно в этих нейроморфно-квантовых сетях также удастся решить эти проблемы с шумами. Самым интригующим результатом применения этих сетей к решению физических проблем может стать новый способ представления теорий, включая фундаментального уровня — они не будут иметь формального описания. Создание ТО и КМ лишило физическое описание наглядности, кв. нейросети возможно лишат их формально-логического уровня представления. Хотя возможно эти модели частично будут факторизоваться и представляться традиционным образом с помощью формул и интерпретаций параметров. Нейросетевой джин в физике уже выпущен на свободу)
Будет ли решена проблема коррекции ошибок в квантовых компьютерах в достаточной степени, не будет, и если будет, то когда - мы этого не знаем. Нейросетевые технологии могут помочь, но вряд ли стоит от них ожидать чуда. Ясных идей по поводу того, как они могут в этом деле совершить качественный рывок, нет. Пока все крутится вокруг тех же поверхностных кодов, кодов Шора и так далее, которые придуманы уже много лет назад. Нейросети к ним предлагается прикручивать для улучшения процесса, но качественного изменения оценки требуемых ресурсов они пока не предоставляют.
Насчет всего остального - любопытный футуризм, но не более того. Однако имеет право на существование.
Что касается коренного изменения парадигм, который якобы принесут (квантовые) нейросети, не очень понятно, что в них принципиально нового. Численные методы в науке активнейшим образом используются и так. Да, "пальцевые" интерпретации результатов счета не всегда возможны, но пока ни к каким революциям это не привело. К тому же, научные революции в прошлом были всегда связаны с глубоким переосмыслением физического устройства мира, которое к математике имело лишь опосредованное отношение (тем более к вычислительной математике). Вспомним ньютоновскую механику, теорию относительности, квантовую механику. Вряд ли в будущем тут что-то принципиально изменится.
Другое дело, что описанную Вами картину можно интерпретировать так: в будущем нейросети смогут сами "думать" на таком уровне, что человек уже не сможет понимать, что они делают. Но тогда получается, что уже творческо-мыслительная функция переходит от человека к этим искусственным системам, этак мы далеко зайдем в наших футуристических фантазиях. :-)
К тому же, научные революции в прошлом были всегда связаны с глубоким переосмыслением физического устройства мира, которое к математике имело лишь опосредованное отношение (тем более к вычислительной математике). Вспомним ньютоновскую механику, теорию относительности, квантовую механику. Вряд ли в будущем тут что-то принципиально изменится.Совершенно верно. Концептуальные физические модели всегда предшествуют формальным. Формализмы всегда завершали разработку фундаментальных физ. теорий, создавались или дорабатывались под их концептуальные модели, их может быть несколько, но все они эквивалентны. Так было включая до создания КТП, и реализации СМ. Затем что-то пошло не так. Следующая фундаментальная теория — ТС, создавалась не на базе новой концептуальной модели базирующейся на фактах не объясняемых ОТО или СМ, а на обобщении частного формализма. С того времени в этой области много чего было сделано интересного, но в основном преуспели в разработке новых математических методов) Это тоже результат, но не тот который ожидали, как то разработка общепринятой теории кв. гравитации. Эти ожидания можно отнести и к др. теориям кандидатам. Вопрос — почему? К физикам за ответам на этот вопрос обращаться бесполезно. Они варятся в этом соку, особенно теоретики, и готовы еще тысячи лет биться) Ситуация больше просматривается со стороны области когнитивных наук, кот. исследуют возможности и ограничения человеческого познания. Дело в том, что интеллект и сознание появились в какой-то мере случайно, в том виде, как они проявляют себя у человека. Эволюционно они предназначались для более успешной борьбы за существование вида и продление рода в тех экологических условиях, когда начали развиваться, а вовсе не для постижения тайн Вселенной. Если совсем коротко, то человек по видимому ограничен в выборе базисных идей (концептов), включая физических, если останемся в том виде каким, какими нас создала эволюция. Немного аргументации, с использованием источников, см. этот комент.
Но тогда получается, что уже творческо-мыслительная функция переходит от человека к этим искусственным системам, этак мы далеко зайдем в наших футуристических фантазиях. :-)Возможно нейросетевой интеллект в симбиозе с естественным поможет ослабить эти ограничения, расширить восприятие и сознание, выработать новые концепты. Возможно для этого также придется задействовать нейроинтерфейсы, для передачи информации непосредственно в мозг. Фантазией это уже не назовешь, учитывая окружающих вокруг уткнувшихся в разные дисплеи) Что касается использования ИНС в физике, то это быстро нарастающий тренд, вот ссылки для примеров применения, охват удивляет.
Кстати, упомянутая вычислительная математика здесь не причем, это один из этапов познания, вычисления всегда реализуются физическими процессами. Если конечно вы не сторонник симуляционных теорий Вселенной)
Кстати, лучшее объяснение работы квантового компьютера было в блоге Вастрика. Всем горячо рекомендую к прочтению!
Для обывателя пожалуй стоит сказать, что QPU будут как сейчас GPU, а то народ может подумать, что все, новая эра домашних микроволновок.
Публичная лекция от Владимира Крылова «Знакомимся с квантовым машинным обучением (QML)» https://youtu.be/HUymNBc44hE
Близкое будущее квантового компьютера в наивных вопросах и ответах