Комментарии 105
Все равно нихрена непонятно :-(
Основной вопрос для меня — если особой применимости квантовым компьютерам пока не видно, нафига в них вбухивают такие деньги? Лучше бы в термояд вбухивали, или в батарейки, например — тут возможный выхлоп понятен и осязаем. А с квантовыми компьютерами какой может быть выхлоп, если даже потенциально полезных алгоритмов для них нет?
Пока виден только один смысл — взломать шифрование быстрее, пока не взломали другие.
Будет примерно такой же эффект, как добавление комплексных чисел в математику — то, что раньше было нельзя/запрещено — становится можно.
Возможность решить задачи, которые за более-менее приемлемое время решать на традиционных компьютерах нельзя.
Можно примеры таких задач, кроме шифрования? Я читал статью, конечно — моделирование физических систем. Но вопрос остается тот же — как алгоритм такого моделирования должен выглядеть для квантового компьютера? Он вообще существует? Или для его разработки сначала надо разработать квантовый компьютер и потом попробовать разработать на нем?
Хоть что-по похожее на квантовые компьютеры появилось в последнюю пятилетку, а до этого все исследования были на уровне сферического коня в вакууме, с соответствующими результатами и финансированием.
Предложение рождает спрос.
Когда железка станет более доступной для разработки и цели новые придумают и алгоритмы.
Может как пример не слишком удачный, но все же — Ipad. При выходе не особо было понятно насколько этот девайс будет удобным и полезным. Тем не менее рынок он взял, аудиторию создал и ПО написали в достаточном количестве. Далее уже и другие производители подтянулись.
P.S. Спасибо за статью, самое понятное объяснение что я видел.
Статья очень хорошо написана. С одной стороны от А до Я, с другой стороны доступным языком и избегания излишнего углубления в детали. Опять же, для всех у кого возникают вопросы, большое количество ссылок по любой связанной теме.
Спасибо!
Но меня как и раньше мучает вопрос и я впервые решаюсь его задать: что за штуковина на КДПВ? почему она больше напоминает что-то из мира стимпанка нежели что-то из мира електроники?
From top to bottom, the system gradually cools from four Kelvin — liquid-helium temperatures — to 800 milliKelvin, 100 milliKelvin and, finally, 10 milliKelvin. Inside the canister, that's 10 thousandths of a degree above absolute zero. The wires, meanwhile, carry RF-frequency signals down to the chip.
Могу в чем-то ошибаться, физическое устройство (и современные реализации) квантовых установок глубоко не прорабатывал.
После этого делайте часто странные выводы: мол нет реальной коммерческой реализации, но за минуту до этого пишите, что Гугл купил у D Wave один образец для проверки. Короче такого по мелочам много в статье. А ещё пишите, мол мешок — это и есть квантовый комп:
Да, все верно, наш мешок — это квантовый компьютер с алгоритмом, решающим нашу задачу, а шары — возможные варианты решения. Поскольку правильных решений два, то квантовый компьютер будет выдавать нам равновероятно любое из этих возможных решений, и 0.5% (10/2000) ошибок, о которых мы поговорим позднее.
Нет, мешок это вводное условие, а компьютер — это аппарат исполняющий вычислительные действия над «мешком»)
Однако в целом почитать интересно и полезно.
Насчёт квантового превосходства не совсем понял…
-Распределение полученных семплов сравнивается с ожидаемым
Значит они как то посчитали какая интерференция должна быть на выходе, что бы сравнивать с полученной с КК. Тогда где превосходство?
Потом они запустили схему на 53-х кубитном КК, получили результат и сказали — «кто хочет — проверяйте».
Вот тут, в ответе B6, Ааронсон раскрывает этот метод более подробно. В оригинальной статье это параграф "The classical computational cost".
Эксперты — поправьте, если где ошибся.
Смутила следующая фраза: "физической реализацией бита для обычного компьютера выступает полупроводниковый транзистор… ."
Разве не наличием напряжения моделируют бит? А транзисторами реализуют логику. "Полупроводниковый транзистор" — это тавтология, непонятно, что хотел подчеркнуть автор.
Как верить остальному?
«Полупроводниковый транзистор» — это тавтология
Нет, не тавтология!
Тёплый ламповый транзистор 1908 года — задолго до полупроводников.
Классический тёплый ламповый двойной транзистор.
Были ещё транзисторы на пневматике и гидравлике.
Можно при желании извратнуться и создать механический транзистор, или на реле.
Смутила следующая фраза: «физической реализацией бита для обычного компьютера выступает полупроводниковый транзистор… .»
*фейспалм*
Про тёплые ламповые компьютеры никогда не слышали?
А про компьютеры на реле? На пневматике? На гидравлике?
Про первый компьютер от Чарльза Бэбиджа на механике — уж точно никогда не слышали?
И про то что ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) не имел полупроводников — для вас тоже новость?
PS во что превратился Хабр, если гумантиарии тут вопрошают «Как верить остальному?» *дабл-фейспалм*
Лампа — не транзистор, в том-то и дело. Транзистор обязательно полупроводниковый.
Не понял, как существование механических компьютеров подтверждает утверждение, что именно транзистор моделирует в современных компьютерах бит. Бит в них моделируют наличием напряжения, намагниченности итд.
Я недавно на Хабре, но тут, скорей, не хватает статей по обычным компьютерам, чем по квантовым.
радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, способный от небольшого входного сигнала управлять значительным током в выходной цепи
Но я считаю, что на лампе можно реализовать все упомянутые свойства.
В теории лампой можно заменить. Непонятно зачем в статье подчёркнуто и выделено жирным, что именно полупроводниковые транзисторы якобы реализуют бит. Для приведенной аналогии это не принципиально, как мне кажется. Но аналогию я так и не понял.
Я вот слабо представляю, как на ламповых транзисторах реализовать задачи вроде «разложение числа 15 на множители».
Бит - единица информации.
Его состояние - либо единица, либо ноль.
Реализован он (физически) на триггерах
(которые состоят из транзисторов).
Простейший, RS-триггер, содержит пару транзисторов.
Если добавить в эту схему пару конденсаторов, то получится мультивибратор
(генератор, за счёт добавления положительной обратной связи).
It's a simple
Квантовый компьютер работает на аналоговом, вероятностном принципе.
А в чём аналоговость квантового компьютера?
С монеткой сложно, но попробуем. Представьте мы подбросили три монетки
Только вот пример с запутанными фотонами, как я понимаю, выглядит так.
Представьте, что мы подбросили 2 монетки, сцепленные орлами или решками. То есть, если 1 состоянию условно сопоставить значение "+1", а другому — "-1", то сумма всегда будет 0. Такой механизм создания пары
P.S. А все же нужно понять, как «нахождение периода функции» помогает в факторизации. Для числа 15 и 45 — вроде как легко.
Представим себе экспериментатора, который обучен простейшим действиям (достать шар, записать номер, положить шар обратно в мешок, перемешать шары в мешке)
тут небольшое лукавство — мы не знаем, на реальном квантовом компьютере, из чего выбираем. Ведь не из шаров или иных материальных объектов. Природа множества из которого выбираем не определена детерминировано.
Так что предположение о справедливости аксиомы выбора тут просто необходимо.
Вспомнилась байка про секретные советские кирпичи :)…
""" При проведении ядерных испытаний для рассчета зависимости силы взрывной волны от расстояния американцы расставили пару сотен дорогостоящих сложных датчиков… провели испытания, на компьютерах обработали информацию… А позже от своей разведки получают донесение: Советский Союз произвел ядерные испытания, были произведены измерения взрывной волны в десятках тысячах точек, включая эпицентр взрыва… На вопрос КАК??? Позже был получен ответ: советы просто напросто на разном удалении расставили пронумерованные кирпичи, а потом по их разбросу произвели расчеты… """
(это байка, если что :))
Но что то в этом есть похожее сабж :)
Ну мой личный взгляд, это принципиально не решаемая проблема. Просто потому, что если тепловые, звуковые и электромагнитные взаимодействия действительно можно экранировать так или иначе с достаточным уровнем экранирования, то гравитацию — экранировать нельзя никак. А гравитационное взаимодействие в любом случае присутствует (между квантово-запутанными кубитами и всем сущим вокруг). И чем больше кубит в системе — тем выше это взаимодействие, а значит тем меньше время жизни полносвязанного состояния (причем зависимость там скорее экспоненциальная чем линейная). Это взаимодействие обычно никак не учитывают просто потому что до сих по не существует никакого моста между квантовой механикой и гравитацией, наоборот оные сущности резко конфликтуют. Но это никак не отменяет сам факт гавитационного взаимодействия, а далее, из самых общих и предельно нестрогих ) соображений, лично мне вполне очевидно что квантовые вычисления общего назначения с большим кол-вом полносвязанных кубит это заведомо недостижимая в техническом плане концепция, увы.
Хотя я не скажу, как при конкретной реализации кубита грав. поле может повлиять на его состояние.
Так и никто не скажет. Фундаментальной науке пока даже отдаленно не известно как подружить (в плане теоретической стыкуемости) гравитацию и КМ.
en.wikipedia.org/wiki/Dirac_equation_in_curved_spacetime
А, понял, уравнение Дирака линейное по производной, тогда наверное проблем меньше будет.
А при считывании состояния когерентность разрушается?
Если вы считали только часть кубитов, когерентность все еще остается проблемой для оставшейся части.
По поводу вашего вопроса. Положим, у вас есть 2 кубита. Вы их запутываете на состояние 1/26 ( 1 |00> + 0 |01> + 3 |10> + 4 |11> ). У обоих кубитов осталось 150 мкс жизни.
Вы мгновенно измеряете «левый» кубит, выпадает единица. У вас образуется состояние |1> (1/25(3 |0> + 4 |1>)).
«Левый» кубит зафиксирован, он останется в состоянии |1> до скончания веков. «Правый» кубит все еще в суперпозиции, до превращения в тыкву ему остались 150 мкс.
Если у нас 128 кубитов, то с каждым считанным кубитом проблема когерентности для оставшихся кубитов не нарастает?
В теории, может имеет смысл «посменная работа». Берем Х кубитов, они работают 75 мкс, мы их запутываем по Беллу со второй «сменой» из Х кубитов, они работают 75 мкс, мы их запутываем по Беллу с третьей «сменой» из Х кубитов…
Но этот вопрос я бы проверял экспериментально.
Взгляните на схему: верхний кубит (окружение) влияет на серединный (эмулируя декогеренцию), но нижний кубит остается неизменным. Если серединный кубит не самоизмерится, мы можем продолжать вычисления с нижним.
То есть я понимаю, что в кристаллах с квадратической нелинейностью (вроде тех, что используют для удвоения частоты) с какой-то вероятностью рождается запутанная пара фотонов. Как создать потом 4 фотона? Или тут речь о том, что 2 пары фотонов дают по 1 фотону в 2 оптических пути? Но так у нас не будет 4 фотонов, запутанных все вместе.
Лишь в особых случаях, когда состояние факторизуемо, можно для простоты разделить систему на независимых подсистемы и рассматривать их отдельно. Но если компоненты запутаны, это по определению означает, что состояние не факторизуемо и что мы не можем рассматривать эти два объекта в отрыве друг от друга.
Если перевести это на язык вычислений, то, подходя формально, надо все операторы рассматривать не как действующие на какой-то конкретный кубит или пару кубитов, а как действующие на весь их набор. То есть вместо вентиля X, действующего на кубит 0, у нас применяется оператор X⊗I⊗I, действующий на все три кубита (I — единичный оператор, не меняющий состояния). Если у нас было факторизуемое состояние, то после применения такого оператора оно и останется таковым. Если же было запутанным, то этот X повлияет на всё объединённое состояние системы, включающее в себя все кубиты, несмотря на то, что формально он применяется только к первому из них.
Рассмотрим для простоты не трёх-, а двухкубитную систему, которая факторизуема. Например, |00>+|01>, что можно представить как |0>⊗(|0>+|1>). То есть, первый кубит обнулён, второй — в суперпозиции. (Нормировку для простоты опускаю.) Если мы подействуем X на первый кубит, состояние поменяется на |10>+|11> = |1>⊗(|0>+|1>). Здесь всё просто и очевидно: на что подействовали, то и поменялось.
А теперь возмём запутанное состояние: |00>+|11>. Его уже нельзя представить в виде произведения двух независимых состояний отдельных кубитов. И если мы подействуем тем же X на тот же первый кубит, то получится |01>+|10>. Было одно состояние, стало совсем другое. И тут попросту бессмысленно задавать вопрос, остался ли второй кубит в прежнем состоянии. Мы ведь даже не можем это состояние вычленить, чтобы что-то про него сказать.
А теперь возмём запутанное состояние: |00>+|11>. Его уже нельзя представить в виде произведения двух независимых состояний отдельных кубитов. И если мы подействуем тем же X на тот же первый кубит, то получится |01>+|10>. Было одно состояние, стало совсем другое. И тут попросту бессмысленно задавать вопрос, остался ли второй кубит в прежнем состоянии. Мы ведь даже не можем это состояние вычленить, чтобы что-то про него сказать.
С теоретической точки зрения этой имеет смысл. С практической же… Вот есть у нас состояние |00>+|11>. При измерении 2 кубита мы получим ноль или один с вероятностью 50\50. Теперь мы применили Х к первому кубиту (симулировали декогеренцию), получили |01>+|10>. При измерении 2 кубита мы все так же получим ноль или один с вероятностью 50\50. По факту, мы можем извращаться с первым кубитом как черная дыра с пространственно-временным континуумом — второй кубит будет выдавать 0\1 с вероятностью 50\50 (конечно, если первый кубит не измерится).
А потом все просто. Берем N кубитов, делаем первый шаг для условного Гровера. Запутываем их еще с N кубитами, «правильные» вероятности переносятся на «вторую» смену. Делаем шаг Гровера относительно второй смены, переносим вероятности на третью смену. Под конец имеем систему с 99.99% «закогерированными» кубитами, и N кубитами в нужном нам состоянии.
Вполне возможно, что я чего-то не понимаю. Может, вы сможете предложить схему, демонстрирующую вашу точку зрения? Потому что, судя по этой схеме, все работает. Основное вычисление в верхнем ряду, переносы состояний сделаны через SWAP, после SWAP всякая периодика изображает декогеренцию.
При измерении 2 кубита мы все так же получим ноль или один с вероятностью 50\50.Проблема в том, что измерение — это лишь конечный этап, а вся затея с «перебросом запутанности» была задумана, чтобы продлить этап квантовых вычислений. А они зависят от точного значения амплитуд, причём, повторюсь, для всей системы в целом (в отличие от измерений).
<…>
Может, вы сможете предложить схему, демонстрирующую вашу точку зрения?
Вот другой пример, надеюсь, лучше демонстрирующий мою мысль. Предположим, кубит A — «мусорный» (окружение), кубит B — рабочий. Изначально кубит B в состоянии |0>+|1>, и мы применяем H, чтобы привести его в состояние |0>. Если он не запутан с кубитом A, то всё работает, как задумано. Однако если у нас B запутывается с A, и состояние получается |00>+|11>, то вентиль H на второй кубит выдаст нам результат |00>+|01>+|10>-|11>. Мы измеряем второй кубит — и получаем 0 или 1 с вероятностью 50/50 вместо гарантированного нуля. Алгоритм поломан.
P. S. К сожалению, приведённую схему пока не могу прокомментировать: давно не возился с квантовыми вычислениями, и надо много времени, чтобы снова въехать в тему и для начала хотя бы разобраться, что эта схема иллюстрирует.
kruegger Shkaff — ваше мнение? Можно ли избежать проблему декогеренции, регулярно добавляя в схему «чистые» кубиты (при условии, что декогеренция не вызывает самоизмерения на кубитах)?
Запутываем их еще с N кубитами
Повторю вопрос. Знаете ли Вы. какой физический процесс дает…
Хотя стоп — Вы тут просто создаете N пар запутанных (только попарно) фотонов? Это вроде как можно.
Я знаю механизм, как рождают пару фотонов — спонтанное параметрическое рассеяние.
Как я понимаю, происходит (с некоторой малой вероятностью) в кристаллах с квадратической нелинейностью. Это те, что используются для удвоения частоты (2 фотона сливаются в один), а как-то производят и обратный процесс.
Как я понимаю, происходит (с некоторой малой вероятностью) в кристаллах с квадратической нелинейностью.
Если использовать стимулированный процесс (т.е. накачку), то вероятность будет достаточно велика.
В принципе, никто не мешает вам создать и больше запутанных фотонов: берете много источников одиночных фотонов, много делителей луча, и запутываете все со всеми. Вот как тут, например.
Ну вот вообще с вами не согласен. Если для устранения ошибок научились кубиты складывать в логические кубиты, то и архитектуру процессора кубитного смогут доработать. Какое-нибудь распределенное вычисление, где системы из кубитов будут запускаться по очереди группами так, что результаты одной группы будут исходными данными для другой. А размер групп будет минимизировать ошибки и влияние декогеренции.
Хотя я считаю, что такие экспериментальные исследования полезны и могут привести к лучшему пониманию сложных квантовых систем, я скептически отношусь к тому, что эти усилия когда-нибудь приведут к созданию практического квантового компьютера. Такой компьютер должен был бы иметь возможность манипулировать — на микроскопическом уровне и с огромной точностью — физической системой, характеризующейся невообразимо огромным набором параметров, каждый из которых может принимать непрерывный диапазон значений. Можем ли мы научиться управлять более чем 10^300 непрерывно изменяющимися параметрами, определяющими квантовое состояние такой системы?
Мой ответ прост. Нет никогда.
«The Case Against Quantum Computing
The proposed strategy relies on manipulating with high precision an unimaginably huge number of variables
By Mikhail Dyakonov»
spectrum.ieee.org/computing/hardware/the-case-against-quantum-computing
Вопросик возник — для получения каких-то результатов вычислений нам надо процесс «вычисление -> съём результатов» проделать какое-то большое кол-во раз (миллион, например). С текущим развитием технологий (декогеренция 150-200микро секунд) нужно кучу усилий затратить чтобы хотя бы один «съём результатов» взять. Как же тогда проходят вычислений и доказательства превосходства?
Огромное спасибо за статью! Впервые я что-то да понял :)
А это для гугла: квантовые компьютеры для чайников. Именно так я когда-то искал материалы по теме, но так ничего и не нашел.
А если серьезно, то тепловой шум обычного резистора дает отличный по настоящему случайный шум в очень широкой частотной полосе. И ГСЧ на этом давно и успешно производят. Резистор стоит даже не знаю на сколько порядков меньше чем квантовый компьютер )))))
Формально тепловой шум — не квантово случайный
Ммм… а собственно, почему? Ведь колебания кристаллической решетки/электронов будут не нулевыми даже при абсолютном нуле, именно в силу квантовости оных объектов. Так что, по идее, и тепловой шум при комнатной температуре состоит из двух компонент — формально детерминированной и квантовой. Хотя, учитывая что взаимодействие отдельных атомов кристалической решетки, равно как и электронов с оными, это квантовые процессы, детерминированности там нет нигде. Т.е. «взломать» тепловой шум нельзя даже формально.?
А шум, который он генерирует можно использовать для генераторов случайных чисел.Так и собираются делать, вот тут в посте немного есть про это в В9. Основное преимущество: возможность доказать, что числа на самом деле случайные. Но супер дорого, есть гораздо более простые способы.
Хорошая статья, хоть примерно начал понимать суть.
Думаю, одна из причин проблем непонимания — не совсем корректный перевод термина "quantum computer" на русский.
Думаю, правильнее называть это не квантовый компьютер, а квантовый вычислитель или квантовый сопроцессор. Компьютер — это что то, способное решать самые разные задачи. А тут просто некая разновидность математического сопроцессора, решающая очень быстро определенные классы задач.
Спасибо за огромную обзорную статью, стало понятно, что нынче происходит. Ещё бы в обзор включить состояние квантовой и постквантовой криптографии, а то тоже интересно!
Можете глянуть для примера здесь, «мешок с шарами» будет описан как суперпозиция каких-то состояний, но не с такими простыми коэффициентами.
вы в классическом компьютере не можете ОДНИМ действией выбирать шар из КАЖДОГО мешка.
Если у вас есть 10 мешков. и вы совершаете 10 операций вытаскивания, то на классическом компютере вы вытащите 10 шаров, а на квантовов 10 раз по 10 шаров.
Википедия указывает на то, что первым идею квантовых вычислений высказал в 1980 году наш ученый Юрий Манин.Википедия как раз говорит о том, что «Quantum computing began in the early 1980s, when physicist Paul Benioff proposed a quantum mechanical model of the Turing machine.» (https://link.springer.com/article/10.1007%2FBF01011339)
Идея о квантовых вычислениях была высказана Юрием Маниным в 1980 году[3].
Одна из первых моделей квантового компьютера была предложена[4] Ричардом Фейнманом в 1981 году. Вскоре Пол Бениофф описал теоретические основы построения такого компьютера[5].
Не готов спорить какой вариант более верный, но еще раз спасибо за уточнение.
nature.com/articles/s41598-018-25028-0
«Явление квантовой спиновой жидкости до сих пор было обнаружено в очень немногих неорганических материалах, некоторые из которых содержат иридий. Осмий находится рядом с иридием в периодической таблице [Менделеева] и имеет все нужные характеристики для образования соединений, которые могут поддерживать состояние квантовой спиновой жидкости», – поясняет Субраманиан.
today.oregonstate.edu/news/discovery-new-material-key-step-toward-more-powerful-computing
ru.wikipedia.org/wiki/Спиновая_жидкость одно из магнитных состояний вещества, наряду с ферромагнетизмом и антиферромагнетизмом. Обусловлено «жидким» поведением спинов, собственных моментов импульсов элементарных частиц при низких температурах. Возмущение спинов происходит вплоть до самых низких температур.
Крайне редко встречаются вещества, у которых даже при самом экстремальном охлаждении спины продолжают вести себя хаотично. Это состояние и называется спиновой жидкостью.
Авторы исследовали вещество с химической формулой Li2,15Os0,85O3.
Поясним, что непривычные глазу дробные числа в ней связаны с тем, что формула отражает строение не отдельных молекул, а о больших кристаллов, и в пределах одного такого кристалла разные атомы лития и осмия имеют разные валентности. Причём кристаллическая решётка этого вещества по форме напоминает пчелиные соты.
Исследовав это соединение с помощью дифракции нейтронов и рентгеновской абсорбционной спектроскопии, учёные обнаружили явление, называемое магнитной фрустрацией. Оно заключается в том, что само строение кристаллической решётки мешает спинам электронов выстроиться одинаково по всему кристаллу.
Признаков такой упорядоченности не было обнаружено даже при температуре, всего на 0,1 градуса отличающейся от абсолютного нуля. Из этого авторы заключили, что основным состоянием (то есть состоянием с минимальной энергией) для этого вещества, скорее всего, и является уже упомянутая спиновая жидкость.
3dnews.ru/983785
ru.wikipedia.org/wiki/Квантовый_компьютер#Экспериментальные_образцы
Как работают квантовые компьютеры. Собираем паззл