Квантовые технологии

Квантовые алгоритмы могут находить выход из лабиринтов экспоненциально быстрее, чем классические, за счет забывания путей, по которым они шли. Новый результат предполагает, что компромисс может быть неизбежен.  

Представьте, что вы посещаете лабиринт с друзьями. Вы вышли из выхода вскоре после входа и ждёте несколько часов, прежде чем появятся ваши друзья. Естественно, они спрашивают о пути, по которому вы шли — вы ведь можете проследить свои шаги и показать им путь, верно?

Неверно в мире, где правят странные законы квантовой физики. Двадцать лет назад исследователи квантовых вычислений разработали алгоритм, который использовал эти законы для прохождения опредёленного вида математического лабиринта намного быстрее, чем любой алгоритм, работающий на обычном классическом компьютере. Но за это ускорение приходится платить: быстрый квантовый алгоритм находит выход, но понятия не имеет, как он туда попал.

Исследователи давно задавались вопросом, неизбежен ли этот компромисс. Неужели невозможно быстро найти выход, не забыв дорогу?

В прошлой части мы рассмотрели двухкубитные гейты и построили какие то элементарные программы на двухкубитных гейтах.
Разберем некоторые полезные программы, которые состоят из двух или более разъединенных удаленных друг от друга частей, связанных между собой только предварительно запутанными кубитами и классическими средствами связи: телефоном, телеграфом, бумажным письмом и т.п. Например, один запутанный кубит отправляется на Луну, другой остается на Земле. Основной результат действия таких программ заключается в том, что предварительно запутанные кубиты, разделенные расстоянием, участвуют во взаимодействии с другими независимыми кубитами (взятыми уже на месте - на Луне и Земле), запутывая их в свою очередь, что в итоге такого взаимодействия получается общая связанная запутанная система, несмотря на разделенность расстоянием.

В прошлой части мы рассмотрели однокубитные гейты и построили какие то элементарные программы на однокубитных гейтах. Пришло время перейти к многокубитным преобразованиям.

Квантовые гейты в случае многокубитных операций

Можно также рассмотреть каждый гейт с точки зрения матрицы преобразования. Но такое описание слишком громоздко. Например состояние из двух кубит:

Меня зовут Игорь Звягин, я профессиональный веб-разработчик, в этой статье я хочу рассказать, как пришел к мнению, что мы живем в компьютерной симуляции, почему это не тревожит и какие интересные возможности это предоставляет.

В этой статье:

Поговорим про эксперимент с двумя щелями (оптимизация вычислений) и этот же эксперимент с отложенными выбором (нарушение причинно-следственных связей, изменение прошлого). Существующие объяснения эффекта наблюдателя способны объяснить лишь первые версии эксперимента, но абсолютно бессильны перед вариацией эксперимента с квантовым ластиком и отложенной обратной связью.

Обсудим квантовую запутанность (оптимизация вычислений).

Поговорим про Парадокс теории вероятностей – игра Пенни. В нашей реальности не существует независимых событий, что может говорить о том, что все случайности созданы благодаря псевдослучайным числам. Приведу код, который вы сможете запустить у себя на компьютере, запросить реальные случайные числа и проверить, насколько предсказательная формула оказалась близка к реальности.

Обсудим возможность существования мультивселенной и параллельных миров.

Также поговорим про эффект Манделы и Ложные воспоминания, что поговорит о том, что прошлое можно менять при определенных условиях.

Ричард Филипс Фейнман — американский физик, известный широкой публике больше особым подходом к обучению, чем научными трудами. Работая над атомной бомбой в Лос‑Аламосе Фейнман смог взломать сейфы коллег, проиллюстрировав недостаточные меры по безопасности Манхэттенского проекта. Ричард, наверное, единственный человек в мире, который научился плавать прочитав книгу о плавании, после чего без колебаний прыгнул в ближайшее озеро. Фейнман всего за три года создал курс физики, который до сих пор считается одним из лучших в мире. Расскажем, что он принес в мир.

В прошлой части мы рассмотрели базовые понятия в квантовых вычислениях: кубиты, вероятности состояний, измерения.

Квантовые гейты

Итак мы подошли к той части, где программа должна не только хранить состояние в регистрах, но и как-то преобразовывать эти данные. В классическом компьютере все операции с регистрами памяти состоят из элементарных логических преобразований с битами. Например бит AND, принимает на вход два бита и выдает в качестве результата один бит, согласно таблице логической операции AND.

Квантовые компьютеры. С точки зрения традиционного программиста-математика.
Часть 1. Основы. Квантовый регистр.

О чем эта публикация

Имея более чем немалый опыт в традиционном программировании, я долгое время не касался темы квантовых компьютеров. Для меня это была какая то неизвестная магия. Безусловно, я знал теоретические основы, знал, какого рода задачи можно решать на квантовых цепях. Но не мог самостоятельно составить не только ни одной квантовой программы, даже разобраться в существующих квантовых алгоритмах не мог.

И вот, наконец, я закрыл этот пробел. И теперь, вспоминая, с каким непониманием я сталкивался, когда осваивал эту тему, захотел изложить ее так, чтобы тема была понятней с точки зрения опытного программиста. Конечно без математики тут никуда, нужно понимание линейной и комплексной алгебры. Поэтому, с точки зрения не просто программиста, а программиста-математика.

Многие теоретические курсы очень долго подводят к сути, накачивая нужной, но очень сложной теорией. Я попытался сократить этот период и как можно скорее перейти к сути, раскрывая нужную теорию по мере необходимости.

Информационная служба Хабра побывала на мероприятии «Форум будущих технологий». Форум проходил с 9 июля по 14 июля 2023 года в Москве. Как и с KuberConf 2023', я попал в последний вагон уходящего поезда. Форум представляет собой научно‑практические мероприятия в сфере квантовых технологий. Он собирает учёных, экспертов и представителей бизнеса из университетов, исследовательских центров РФ и некоторых других стран, работающих над созданием и внедрением решений на основе квантовых технологий. Форум проводится в рамках мероприятий Десятилетия науки и технологий в России, объявленного с 2022 года указом Президента РФ.

В 1921 году Отто Штерн приехал в город Франкфурт, где познакомился в уроженцем этого города и сотрудником местного университета Вальтером Герлахом, вместе с которым они в том же году и провели прославивший их опыт. Впоследствии выяснилось, что почти всю математику описывающую, спин отдельного электрона, можно вывести из этого эксперимента. Читая описание эксперимента, такой вывод совершенно не кажется очевидным. Хотя бы, например, с какой стати в математике спина электрона появляются комплексные числа?

Чтобы прояснить связь математики спина с экспериментом Штерна‑Герлаха (Ш‑Г) мной была сделана его программная модель. При описании спина электрона очень часто используется сфера Блоха. В программной модели эксперимент Ш‑Г, можно сказать, был совмещен со сферой Блоха. При таком подходе можно визуально увидеть геометрию некоторых соотношений описывающих спин электрона. Увидеть несколько интерактивных программ можно в браузере на сайте Bloch sphere online.

При создании данного сайта использовалась главным образом школьная математика. В основном тригонометрия и простейшие действия с комплексными числами, а также формула Эйлера. Также для понимания материала требуются первоначальные сведения о матрицах.

Как производится возведение числа в степень, когда в качестве показателя степени выступает матрица, рассматривается непосредственно в тексте на сайте.

При рассмотрении примеров из четвертой части требуется понимание того, чем являются собственные числа и собственные векторы. Но четвертая часть фактически является факультативным дополнением к первым трем частям и читать ее необязательно.

Дайджест главных новостей недели. Коротко про события мира науки и технологий.

Исследователи из MIT разработали алгоритм языкового обучения, предсказывающий свойства молекул и генерирующий новые, используя минимальные данные для обучения.

Несмотря на то, что исследования в области постквантовой криптографии с каждым днём набирают обороты, практическое приложение полученных результатов очень лениво внедряется в реальные продукты. Во многом это связано с небезосновательными опасениями по поводу своевременности и практичности этого. Многие специалисты считают этот процесс преждевременным. Однако учёные настойчиво разрабатывают различные постквантовые приложения. Как знатный параноик и перестраховщик, я, скорее, нахожусь на стороне вторых, поскольку отчётливо представляю себе тот день, когда произойдёт технологический прорыв и в то же мгновение большинство криптографических схем прикажут долго жить, накрывшись респектабельным медным тазиком реализаций алгоритма Шора. Массовой истерии не избежать, например, как сейчас с генеративным ИИ. В отличие от тех же проблем с внезапно слишком умным ИИ, практическое приложение которого ещё не до конца осознано и варится в котле общественных мнений с явными попытками ограничения неконтролируемого развития, со скачком в квантовых вычислениях подобный номер вряд ли пройдёт. Всё, что может быть взломано, будет взломано, и мир погрузится в хаос...

Возможно, всё не так страшно, но бережёного бог бережёт, поэтому чем раньше начнут внедряться постквантовые системы, тем вероятнее шанс избежать неприятных последствий этого технологического рывка. Сегодня существует несколько подходов к реализации такой защиты. Хотя, пожалуй, самый реалистичный в ближайшем будущем подход будет основываться на криптографии на основе хэшей. Примером такой системы является схема с открытым ключом в виде хэш-дерева Меркла, разработанная ещё в 1979 году и основанная на идеях Лэмпорта и Диффи.

Автор статьи: Артем Михайлов

Квантовые вычисления представляют собой новую парадигму в области информационных технологий, основанную на принципах квантовой механики. В отличие от классических вычислений, которые основаны на использовании двоичной системы счисления и логических операций над битами (единицами и нулями), квантовые вычисления оперируют с квантовыми системами и используют кубиты, которые могут находиться в состоянии суперпозиции и обладать квантовой взаимосвязью между собой — квантовой запутанностью.

В последние годы квантовые технологии привлекают все больше внимания как в науке, так и в бизнесе. Эти технологии позволяют обработать огромные объемы данных за считанные минуты, что делает их применение выгодным для многих отраслей экономики, включая финансовый сектор. 

Какие инсайты выносит заинтересованный слушатель из выступления визионера? Ключ к решению проблем? Четкое объяснение текущей ситуации? Возможные перспективы? Главное, чему посвящено практически каждое выступление непререкаемого авторитета, – предсказание. В самое ближайшее время, вот-вот, буквально через пару лет, мир изменится до неузнаваемости. Как правило, благодаря “разрушительной силе технологий”, которая положит конец смыслу человеческой жизни. Реже - по другим причинам. 

Проходит несколько лет, и, вспоминая о лекции очередной знаменитости, мы вдруг обнаруживаем ошибки, или что мир не изменился. Нет, появилось много нового, но сам мир как был несовершенным, так и остался. Для успеха по-прежнему требуются знания, а не только навыки гугления. Для личного счастья – любовь. А универсального решения проблем по-прежнему не существует. И не предвидится. А потом мы снова слушаем очередного гуру и снова узнаем, что вот-вот все поменяется.

?? Гипотеза симуляции - это идея о том, что наша вселенная может быть компьютерной симуляцией, подобной виртуальной реальности или игре. Эта идея очень популярна в последнее время. Много книг и статей было написано, много фильмов и сериалов было снято, много слов от Илона Маска было сказано. В общем, гипотеза оставила большой след в поп культуре.

Корни идеи восходят еще к Платону, но полноценно развил гипотезу Ник Бостром. В 2003 году он опубликовал свою статью "Живете ли вы в компьютерной симуляции?", в которой он доказывал правоту Платона. Бостром в своей статье описал 3 утверждения, и одно из них, по его словам, является правдивым.

Одной из технологических основ общества XXI века, несомненно, является «Закон Мура», строго говоря, физическим законом не являющийся. Это эмпирическое наблюдение, впервые сформулированное Гордоном Муром (1929 — 2023) в 1965 году и затем уточнённое в 1975 году — о том, что при существующем темпе развития аппаратного обеспечения число транзисторов на кристалле интегральной схемы удваивается. Этот знаменитый «закон» действительно исправно работал на протяжении XX века и с определёнными оговорками продолжает работать и сегодня. В настоящее время на смену закону Мура постепенно приходит закон Хуанга, точнее описывающий тенденции роста производительности вычислительных систем. Поскольку Гордон Мур практически всю карьеру провёл в корпорации Intel, его тезис можно считать маркетинговой стратегией в производстве микросхем, которой следовали производители, и эта тенденция жёстко зависит от развития фотолитографии. Но у закона Мура оказались интересные следствия, проявившиеся при попытке его обойти или продлить, о которых я кратко расскажу в этой статье.

Сейчас все облачные платформы, построенные по принципу Cloud Native, используют виртуализацию и контейнеризацию для реализации микросервисной архитектуры. Поэтому здесь и далее мы будем говорить о безопасности виртуальных машин (VM), понимания под ними как полную виртуализацию, так и паравиртуализацию и контейнеры (Docker и т.п.). Идеалом для пользователя облака было бы получить безопасность своих удаленных виртуальных машин такую же (или почти такую же), как при локальной работе. Как этого достичь?

Речь пойдет о технологиях, доступных уже сейчас, но применение которых еще должно найти свою нишу.

Я объясняю экспериментальные результаты проверки теоремы Белла супердетерминизмом. Далее я показываю, как такая Вселенная может возникнуть и быть совместимой с субъективным опытом свободы воли.