Квантовые вычисления, алгоритмы и вот это всё
Куда движутся современные технологии квантового распределения ключей? В статье рассматривается один из новых протоколов квантового распределения ключей, основанный на случайных группировках и измерениях состояний Белла. На его примере предлагается подумать о будущем квантовой криптографии.
Самая известная криптографическая проблема - передача секретных сообщений. Для этой задачи чаще всего используют криптосистемы с закрытым ключом: Алиса (отправитель) шифрует информацию с помощью ключа, а Боб (получатель) им же расшифровывает сообщение. К сожалению, криптосистемы с закрытым ключом имеют серьезные сложности в практической реализации. Основной вопрос - как раздать ключи? Во многих отношениях проблема распределения ключей так же сложна, как и проблема приватного общения - злонамеренная третья сторона может подслушивать распределение ключей, а затем использовать перехваченный ключ для расшифровки сообщений. Существует множество способов решения данной проблемы, один из них квантовая криптография, метод генерации и передачи криптографических ключей, секретность которых гарантирована законами квантовой механики.
На Хабре практически нет информации про квантовое машинное обучение (Quantum Machine Learning), и в этой статье я постараюсь подробнее раскрыть тему. Сразу скажу, что промышленных квантовых компьютеров сегодня не существует, все основные разработки в этой области носят теоретический характер, а задачу, которую мы будем разбирать в статье можно решить «по классике» за доли секунд. Но ведь еще 30 лет назад была так называемая «зима искусственного интеллекта», а сегодня нейронные сети буквально окружают нас. Кто знает, может быть вскоре и квантовые компьютеры станут неотъемлемой частью нашей жизни? К тому же область квантовых вычислений, а тем более область QML, обладает особой притягательностью и таинственностью и, как минимум, стоит быть замеченной.
В статье я постарался рассказать о QML в целом, а также об основном строительном блоке QML — Variational Quantum Circuit. Большую часть статьи я постарался сделать практической, c примерами кода на Cirq, а в конце — добавил реализацию одного из базовых алгоритмов QML на Tensorflow Quantum.
Мы живем буквально в преддверии эпохи квантовых компьютеров. Первые экспериментальные машины уже прямо сейчас доступны для тестирования благодаря облачным технологиям — и об этом мы отдельно поговорим в конце статьи.
Но имя одного из крупнейших физиков XX века, плоды работы которого мы пожинаем сейчас, спустя 100 лет, часто остается за кадром. Шатьендранат Бозе мало кому известен за пределами родной страны. Западные СМИ вспоминают его исключительно в паре с Эйнштейном, ограничиваясь только фамилией.
Перед вами биография ученого из Индии, патриота и мыслителя. Он сделал для своей страны не меньше, чем его современница Ся Пейсу — для Китая.
Страну создают не только её культура и традиции. Крупнейшие государства покоятся на плечах ученых, которые, подобно атлантам, закладывают фундамент для будущего процветания своих сограждан.
… вы нигде не найдете.
По крайней мере, у меня не получилось сделать его таковым. Требование определенного и большого числа пространственно-временных измерений (26 для более простой бозонной теории струн и 10 для более сложных суперструн) это один из наиболее неправильно понимаемых аспектов, который, собственно, является основным источником негативных чувств к данной теории. Придется очень постараться, чтобы объяснить происхождение этих странных чисел неспециалистам.
В приложении к статье путь частицы предоставлены вырезанные материалы: интегралы по траекториям, двухщелевой эксперимент на холодных атомах неона, кадры телепортации частиц и прочие сцены жестокости и сексуального характера.
Как так вышло, что одна из самых практичных и интуитивно понятных интерпретаций квантовой механики стала маргинальной? Всё довольно прозаично: предрассудки, конформизм и коммунисты...
В середине прошлого века при моделировании физических систем возникла концепция клеточных автоматов, порождающих удивительное многообразие из простых правил. Совершенно естественен соблазн обобщить подобными структурами фундаментальные законы природы. И, казалось бы, нарушение неравенств Белла закрыло подобным моделям путь в квантовую механику. Но только если не брать во внимание одну лазейку...
При планировании нескольких статей так или иначе связанных с квантовой механикой было решено вынести обсуждение ряда технических вопросов, философских споров и досужих мифов в отдельную статью. Речь пойдет о самом сложном и интересном инструменте человеческого интеллекта — квантовой теории.
Нет, эта статья не про фантазии автора, патриотические песни или популистские размышления на тему. Это рассказ о том, как оно есть на самом деле. Как в одном конкретном ВУЗе создали условия, благодаря которым работать в нём вернулись те самые "утекшие мозги", уехавшие во всем известные времена заниматься наукой где угодно, где за это платили и где было современное оборудование. Но почему-то сейчас они приехали обратно, построили себе новые лаборатории, обучают студентов и продолжают заниматься любимым делом.
Вы сразу можете подумать: "Так это, наверное, какой-то ВУЗ особенный!" Возможно, но я не знаток вузовских рейтингов, поэтому расскажу только про то, что видел сам.
Итак, сегодня речь пойдёт про научные лаборатории в Московском Физико-Техническом Институте. Можно ли сделать что-то подобное в любом другом? Это вопрос к управляющим на местах. Может быть, уже и сделано, просто я был именно здесь и за всех остальных говорить не могу.
Изначально занесла меня нелёгкая в МФТИ с целью сделать нечто вроде обзорной экскурсии, но быстро выяснилось, что есть тема намного интересней: научная деятельность прямо в институтских стенах. Вот про неё мы и поговорим.
Сегодня мы с вами посетим лабораторию искусственных квантовых систем, лабораторию топологических квантовых явлений в сверхпроводящих системах и лабораторию терагерцовой спектроскопии. А по пути побеседуем с их обитателями о том, как появились эти лаборатории, чем занимаются и что скрывается за этими красивыми названиями — просто громкие термины или передовая наука.
Внимание! Под катом развесистый лонгрид. Я предупредил.
Фраза «I shit bricks» в статье от Nature — бесценно. Да, это настолько неожиданный результат, что Nature позволяет себе вольности. (от переводчика)
Квантовые компьютеры и квантовые вычисления — новый баззворд, который добавился в наше информационное пространство наряду с искусственным интеллектом, машинным обучением и прочими высокотехнологическими терминами. При этом мне так и не удалось найти в интернете материал, который бы сложил у меня в голове пазл под названием “как работают квантовые компьютеры”. Да, есть много прекрасных работ, в том числе и на хабре (см. Список ресурсов), комментарии к которым, как это обычно и бывает, еще более информативны и полезны, но картинка в голове, что называется, не складывалась.
А недавно ко мне подошли коллеги и спросили “Ты понимаешь как работает квантовый компьютер? Можешь нам рассказать?” И тут я понял, что проблема со складыванием в голове целостной картинки есть не только у меня.
В результате была сделана попытка скомпилировать информацию о квантовых компьютерах в непротиворечивую логическую схему, в которой бы на базовом уровне, без глубокого погружения в математику и структуру квантового мира, объяснялось что такое квантовый компьютер, на каких принципах он работает, а также какие проблемы стоят перед учеными при его создании и эксплуатации.
