Comments 9
Как обычно, порекомендую лучшую статью про квантовые вычисления от Вастрика.
Итак, что же значит “суперпозиция”? Это такое состояние, когда объект не имеет определенного состояния, он находится во всех возможных состояниях одновременно, но с разной вероятностью, которые в сумме дают 1.
Ииии, стандартная проблема всех этих статей про квантовые вычисления. Нет, это не так. Объект не находится одновременно во всех состояниях, особенно "с разной вероятностью". Это концептуально неверное представление, которое мешает пониманию того, как работают квантовые вычисления. Суперпозиция - это про вероятности обнаружить систему в некотором состоянии после измерения. До измерения система находится в специальном состоянии, которое называется "суперпозиция". Описывать ее бытовым языком бессмысленно.
Передам слово Скотту Ааронсону, который сделал
Классический комикс специально про это
Действительно, Вы абсолютно правы. Я пытался изложить просто, но, видимо, несколько переборщил... Спасибо, что поправили.
Вот думал, не написать ли подобную статью, а ее уже написали, шо ж такое=) но вот именно по суперпозиции - мне кажется, что этой особенности уделяют как-то излишне много внимания. В конце концов, стакан с водой тоже может принимать не только значения 0 или 1(пуст-полон), а любые промежуточные- никто ж из них компьютер сделать не пытается. Решает именно запутанность, а точнее то, что она описывается не декартовым, как в классическом компьютере, а тензорным произведением, то есть сложность системы как раз зависит от числа кубитов не линейно, а экспоненциально (а число ее возможных состояний - как экспонента от экспоненты). И тут как раз кроется потенциальное преимущество для реальных задач- добавим в классическую систему 1 бит, и мы ее количество состояний удвоим; а добавим в квантовую кубит- возведем в квадрат. А это уже звучит потенциально интересно для этих ваших машинных обучений с векторами признаков очень большой длины(которые вотпрямщас по сути есть). Ну и да, вторая практическая сфера- моделировать что-то квантовое типа молекул, обычные компы в это не могут именно из-за той самой экспоненциальной сложности квантовой системы.
О, я даже знаю, кто этот someone. (хотя ничего из остального не знаю)
Пока наиболее понятное объяснение из того, что встречал это: https://www.youtube.com/watch?v=ZBaXPY_0TNI
Пример с запутанностью ("два запутанных кубита А и В") в статье по-моему не правильный. Как раз если все вероятности 0.25 то кубиты у вас НЕ запутаны, вероятности такие же как при подкидывании классических монеток. Пример запутанных кубитов это если в результате измерений могут получиться например только 01 или 10, или только 00 или 11.
Действительно, этот случай можно представить как систему двух независимых кубитов. Я хотел рассмотреть некоторые вентили в следующей статье, а без них, к сожалению, кубиты не запутаешь. Я попытался объяснить суть запутанности - результат измерения одного кубита влияет на состояние другого. Хотя пример, конечно, не очень наглядный.
Лучшая аналогия про кубиты которую я встречал для тех кто не может в формализм Дирака и волновые функции:
Представьте себе подброшенную монетку, у нее два равновероятных состояния: орел (0) и решка (1). Если ее подбросить то пока она вращается в воздухе, то это кубит - суперпозиция 0 и 1. Как только монетка упала на стол - произошло измерение и она стала либо 0 либо 1.
Лучшая аналогия запутанного состояния для тех кто по-прежнему не может в волновую функцию.
Представьте что мы положили в две идентичные коробки левую и правую перчатку. Одну коробку вы увезли за океан. Я открыл свою, позвонил вам по классическому каналу и сказал что у меня левая. Вы тут же "узнали" что у вас - правая. Но без классического канала мы бы ничего не "телепортировали".
Остальное, тезисно.
с 1995го из военных выбивают денег на взлом RSA через алгоритм Шора потому что на полином (необходимое число кубитов) растет медленнее экспоненты (необходимое число классических битов). На данный момент был вроде бы показан взлом RSA-48 на 10 кубитах, для взлома RSA-128 надо 372 по такой схеме. Но это не точно, потому что когда ты знаешь ответ то можно мухлевать с алгоритмом. Если говорить о квантовом преобразовании Фурье, которое в основе и которое что-то вроде бенчмарка, то каждая новая публикация заявляет что надо еще меньше кубитов. Но они-то заранее знают ответ и так подбирают периодичноть (r) что бы сошлось. Канонический пример деления 15 на 3 и 5 можно сделать на 2х монетках.
На данный момент у IBM рабочие 50-55 кубитов,5 из них можно потрогать через их Quantum Experience. IBM пошли по пути сверхпроводников (там нелинейный LC контур с нелинейной индуктивностью и соответственно две частоты для I0> и I1>) исторически trapped ion были первыми. Но манипулировать ими сложнее. Кубиты живут не долго, каждый gate вносит ошибки и дефазировку, поэтому количество операций который у вас есть пока все не уйдет в шум - ограничено. Кубиты влияют друг на друга. Поэтому второй столп квантовых вычислений - это алгоритмы исправление ошибок.
Можно гонять симулятор, я сейчас в нашем центре поднимаю на 32 кубита. Но больше сложно, потому что 2 в степени N+4 битов для описания N кубитов - кремния не напасёшься. Но каждый желающий может поднять у себя где-то 8. Симуляторы опенсорсные.
Военные уже устали давать денег, поэтому параллельно пытаются приспособить квантовые компьютеры (и annealer который не компьютер потому что он не выполняет операции, там нет gates) под задачи оптимизации (задача коммивояжёра) и поиска (в массиве). Алгоритмов для которых строго показано квантовое преимущество не так много (я сумел вспомнить 3, но кажется забыл один).
D-wave активно топят за свой annealer и анонсируют то 2000 то 5000 кубитов. Но там идея другая. Для тех кто может в гамильтониан: начинаем в ground state, и адиабатически добавляем связи пока новый гамильтониан не станет описывать нашу систему...и поскольку мы сделали это по адиабате, то это и будет состояние с минимальной энергией а значит решение. Лично у меня есть вопросы к такому методу. Но они утверждают что и VW покраску так оптимизировал и Шанхай такси в аэропорту. Проверить сложно.
Автор, простите за спойлеры, если что.
Про связанность и перчатку - мне больше понравилось описание с носками - пока вы не одели один носок - они оба одновременно и левый и правый. Но как только вы одели носок на правую ногу - второй стал левым:)
Квантовые вычисления и с чем их едят. Часть 1