Тип поиска

ЗДОРОВЬЕ / SCI / TECH

Это только вопрос времени, прежде чем квантовые компьютеры начнут решать реальные проблемы

На этой фотографии ученый IBM Стефан Филипп рассматривает криогенный холодильник, в котором кубиты будут холоднее, чем самые глубокие части космического пространства.
Работая с коллегами из лаборатории TJ Watson Lab в Нью-Йорке, ученые IBM в Цюрихе, Швейцария, создают собственную лабораторию квантовых исследований. На этой фотографии ученый IBM Стефан Филипп рассматривает криогенный холодильник, в котором кубиты будут холоднее, чем самые глубокие части космического пространства. (Фото: IBM Research)

Квантовая машина Google Sycamore 53-qubit открыла двери в новую эру вычислений.

Нет, квантовые вычисления не достигли совершеннолетия Google Sycamoreкомпьютер 53-кубит, решающий в секундах 200 проблему, которая займет даже суперкомпьютер 10,000 лет. Вместо этого это первый шаг, показывающий, что функциональные вычисления могут быть выполнены на квантовом компьютере, и он действительно решает особый класс проблем гораздо быстрее, чем обычные компьютеры. Дело не в том, что квантовые компьютеры сейчас вытеснили классические компьютеры. Шумиха квантового превосходства вводит в заблуждение, поскольку она основана на квантовом превосходстве очень узкого определения; Квантовое превосходство - это один квантовый компьютер, опередивший все классические компьютеры для одной специально созданной задачи

Плохая новость - для любителей научной фантастики - это то, что она не заменит наши нынешние компьютеры, а будет полезна только для особого класса проблем. Его конструкция требует таких условий, как сверхнизкие температуры, которые могут быть созданы только в особых условиях. Мы не собираемся носить его на наших рукавах или использовать на наших мобильных телефонах. По крайней мере, пока, и не с современной физикой! И наши алгоритмы шифрования, на которых основаны все наши интернет-протоколы и мировые финансовые транзакции, безопасны, по крайней мере, на данный момент.

Тем не менее, это огромный шаг вперед, когда страны и компании тратят миллиарды долларов, полагая, что это откроет области вычислений, которые на данный момент закрыты. Это первый пример того, где конкретная проблема была решена, даже если она очень специфическая и специально создана для квантовых вычислений. Такие проблемы могут быть распространены на реальный мир: речь может идти о создании новых материалов, новых лекарств для борьбы с аутоиммунными заболеваниями и различными видами рака. Эти результаты могут испортить представление человечества о лучших строительных материалах для космоса или дать представление о лекарствах от целого ряда болезней или болезней, которые мы еще не можем лечить.

За квантовым превосходством криптографы с ужасом наблюдали. Во всем мире все интернет-протоколы, финансовые транзакции и системы на основе блокчейнов (например, биткойны) работают с помощью криптографии. С квантовыми компьютерами вся текущая криптография, включая популярную RSA Системы с частным-открытым ключом будут легко сломаны, что станет настоящим кошмаром для национальных государств и финансовых игроков, которые полагаются на такие системы шифрования. Конечно, могут быть созданы новые системы, способные противостоять таким квантовым инструментам, но с огромными затратами.

Похоже, что исследователь из НАСА случайно загрузил черновую версию исследования бумаги из команды Google на сервер НАСА для технических документов. Так случилось, что Google Scholar регулярно просматривает такие серверы и сообщает о существовании этой статьи квантовым исследователям по всему миру. Именно Google выпустил неопубликованную статью Google!

Документ «Квантовое превосходство с использованием программируемого сверхпроводящего процессора», разработанный AI Quantum и соавторами Google в качестве авторов, теперь удален с сервера NASA, но кошка не в порядке.

Чем отличается квантовый компьютер от традиционного?

Все наши компьютеры в повседневном использовании - «классические компьютеры» - хранят информацию в битах, которые существуют как 0 или 1 (False = 0, True = 1). У квантового компьютера есть квантовые биты - кубиты, которые существуют одновременно в двух разных состояниях, используя квантовый феномен суперпозиции. Это позволяет квантовому компьютеру иметь гораздо больше состояний и, следовательно, гораздо больше информации, чем то, что делает классический компьютер.

Второе различие между классическими компьютерными битами и кубитами заключается в том, что квантовые явления обладают другим свойством, состоянием запутывания. Каждый из кубитов запутан с другими кубитами, в результате чего возникает гораздо больше возможных состояний, в которых они могут находиться вместе, чем каждый из них может быть в отдельности. Другими словами, одно и то же количество кубитов может обрабатывать гораздо большее число возможностей, чем классические биты, и, следовательно, вычислять определенный класс задач гораздо быстрее. И прелесть таких вычислений в том, что размер проблемы на самом деле не имеет значения: совместные кубиты решают более крупные проблемы почти так же быстро, как и более мелкие.

Законы физики в субатомном мире - квантовая физика - отличаются от повседневной физики, с которой мы знакомы. Возможность квантового компьютера, впервые предложенного профессором Ричардом Фейнманом, заключалась в том, что компьютер, работающий на квантовых принципах, решал бы проблемы квантового мира в физике и химии. Это означает, что если мы пытаемся смоделировать квантовые явления на вычислительных машинах, единственный способ вычислить квантовый мир за разумное время - это построить сами машины на квантовых явлениях, то есть на квантовых компьютерах. По сути, это был мысленный эксперимент Фейнмана, чтобы показать, почему квантовое моделирование на компьютерах, основанных на классической физике, не будет работать в квантовой физике.

Так почему же машины, основанные на классической физике, не работают на квантовых явлениях? Проще говоря, расчеты таких систем будут расти в геометрической прогрессии в зависимости от размера системы или того, как далеко в будущем будет рассчитываться состояние системы. Любая попытка понять будущие состояния в квантовом мире не дает однозначных ответов, а скорее дает распределение вероятностей, что и дает квантовый компьютер своим результатам.

В то время как квантовые компьютеры имеют преимущество в решении большого класса проблем, из-за природы квантовых явлений и экстремальной среды - около нуля - в которой существуют кубиты, любое небольшое изменение или возмущение в окружающей среде создает шум, то есть вносит ошибки в расчеты. Следовательно, квантовому компьютеру необходим механизм исправления ошибок, фактически дополнительные кубиты для этой задачи. Учитывая, что среда кубитов очень сложная, для исправления ошибок может потребоваться довольно большое количество кубитов. Кстати, все цифровые коммуникации, в том числе и внутри классических компьютеров, также нуждаются в исправлении ошибок. Вопрос здесь заключается в количестве кубитов, которые мы должны выделить для исправления ошибок.

Классические компьютеры не будут заменены квантовыми компьютерами; они являются дополнительной технологией. Они решают проблемы другого класса, чем классические компьютеры, особенно те, которые имеют дело с вероятностями, а не с определенными решениями. Это также проблемы, которые не могут быть решены классическими компьютерами, по крайней мере, в разумные сроки.

Так какая польза от такой машины? Давайте посмотрим на обратную сторону. Чарльз Бэббидж«Отец компьютеров» использовал машины с механическими устройствами, которые можно было запрограммировать для решения математических задач. Технология, различные механические устройства, могли выполнять отдельные арифметические операции в соответствии с «программой» и решать проблемы, которые трудно было решить вручную. Но они были слишком дорогими, чтобы сделать их и громоздкими, чтобы бежать. Именно машины Бэббиджа превратились в настоящие компьютеры после того, как мы освоили технологию вакуумных трубок, а затем и электронных схем. Прошло около ста лет. Современные технологии кубитов аналогичны машинам Бэббиджа. Таким образом, будущее объединит в себе и комбинацию классического и квантового процессоров, так что проблема может быть разделена на ее классическую и квантовую части.

В настоящее время все правительства имеют огромную заинтересованность в взломе своей цифровой инфраструктуры и использовании квантовые коммуникации для этого. Ни одна страна не может быть оставлена ​​позади, по крайней мере, если у нее есть геополитические устремления, но только США и Китай в настоящее время являются серьезными игроками в этой области.

США в настоящее время опережают игру с Google, IBM строит 50-кубит архитектура, и другие близко позади. D-Wave Systems, канадская компания, имеет функционирующую систему 2,048-кубит и строит много большая машина 5,000-кубит, Но они могут решить только особый класс проблем, и они не являются программируемыми квантовыми компьютерами общего назначения, которые строят другие. Китайцы отстают от США и их компаний в гонке квантовых компьютеров, но достигли функциональная запутанность 18-кубита, другой подход к квантовым вычислениям и 24-кубит-машина, Китай, кажется, имеет гораздо больше исследователей в этой области, а также большее количество патентов и исследовательских работ, Все другие страны, исследующие квантовые компьютеры, включая Европейский Союз и Индию, тратят лишь часть того, что тратят США и Китай.

Последнее упражнение Google принесло квантовые вычисления - или технологию с неопределенностью - стучит в нашу дверь. Когда и как он войдет, еще неизвестно. Но это уже не вопрос, а когда.


Эта статья была подготовлена ​​в сотрудничестве с Newsclick Человек, много путешествующий по светупроект Института Независимых Медиа.

Если вам понравилась эта статья, рассмотрите возможность поддержки независимых новостей и получения нашей новостной рассылки три раза в неделю.

Теги:
Прабир Пуркайастха

Прабир Пуркайастха является основателем и главным редактором Newsclick, Он является президентом Движения за свободное программное обеспечение Индии, а также инженером и активистом в области науки.

    1

1 Комментарий

  1. Ларри Н Стаут 10 октября 2019

    К сожалению, долгосрочное будущее для Homo Sapiens не рассчитано.

    Ответить

Оставить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для уменьшения количества спама. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.