Квантовые вычисления для слегка любопытных — Код НЛО | UFO code

Возможно, как и мы, вы слышали о квантовых вычислениях, и вы думаете, что это звучит интересно, но вы все еще не знаете, как это работает или что это значит. Квант-что-то сложно? Оказывается, это неверно.

Квантовые вычисления для слегка любопытных

Квантовые вычисления для слегка любопытных

Возможно, как и мы, вы слышали о квантовых вычислениях, и вы думаете, что это звучит интересно, но вы все еще не знаете, как это работает или что это значит. Квант-что-то сложно?

Оказывается, это неверно. Последние несколько недель мы провели в некоторых более неясных уголках Интернета и обнаружили, что проблема не концептуальна. Проблема в том, что, возможно, больше любого другого предмета в технической журналистике и народной науке, большая часть того, что написано о квантовых вычислениях, оказывается чистым, безупречным дерьмом. Вот стандартное объяснение:

В обычных вычислениях мы полагаемся на множество небольших коммутаторов, называемых битами. Бит имеет двоичное значение, либо 0, либо 1, и когда вы объединяете много бит вместе, вы можете хранить данные и выполнять инструкции. Это то, что заставляет ваш мобильный телефон подавать звуковой сигнал. В квантовых вычислениях переключатели различны. Вместо представления только 1 или 0, как это делают обычные процессоры; они представляют собой несколько значений одновременно. Вот, например, объяснение от премьер-министра Канады ...

Очень просто, обычные компьютеры работают, либо есть сила, проходящая через провод, либо нет - один или нуль. Это двоичные системы. Какие квантовые состояния допускают гораздо более сложную информацию, которая должна быть закодирована в один бит ... квантовое состояние может быть намного сложнее, потому что, как мы знаем, вещи могут одновременно быть как частицей, так и волной.

Эта двусмысленность, способность кубитов как «быть», так и «не быть» основана на квантовом эффекте, называемом суперпозицией (вроде того, что вы слышали о мертвых кошках). Существует также второй квантовый эффект, называемый запутанностью, который позволяет связать все кубиты вместе. Когда вы помещаете их в состояние суперпозиции и запутываете их, спин одного влияет на вращение всех остальных. Даже если они будут размещены на противоположных концах Вселенной, изменение в одном запутанном кубите означает, что другие будут танцевать в мгновенном совершенном унисон. Эйнштейн назвал это «жутким действием на расстоянии».

Когда вы размещаете кубиты таким образом, вы можете выполнять множество вычислений одновременно. Обычный компьютер пытается решить проблему так же, как вы можете попытаться избежать лабиринта, пробуя все возможные коридоры, вернувшись в тупики, пока вы в конце концов не найдете выход. Но квантовый компьютер может сразу попробовать все пути - по сути, найти ярлык. Причина в том, что это интересно, потому что возможности очень сумасшедшие, очень быстро. Если вы связали всего 1000 кубитов в суперпозиции, которая позволит вам представлять каждое число от 1 до 10 ^ 300. Известная вселенная имеет в ней около 10 ^ 78-108 атомов.

На этом этапе наши умы начинают взрываться.

Кроме того, журналисты начинают лениться. Сильные затаившие дыхание предсказания о том, как квантовые компьютеры могут дать нам свистящие новые телефоны, улучшить прогнозирование погоды, прекратить пробки, позволяют нам моделировать сознание и решать мир во всем мире. К сожалению, 99% этого материала - шумиха, и он управляет орехами квантов вычислительной техники реального мира.

Проблема возникает, когда вы пытаетесь измерить, что происходит с кубитами - когда вы открываете коробку с котом в ней. Представьте, что уличный хутор играет в кубки и мяч, за исключением вместо трех чашек, у нее 1000, а вместо шара каждая чашка содержит либо арахис, либо кешью. Когда все чашки стоят лицом вниз, внутри них может быть какая-то комбинация, и их судьбы связаны друг с другом. Они находятся в состоянии суперпозиции. Однако это также означает, что, как только вы поднимете одну чашку, чтобы показать, что внизу, это как стук кулаком по столу; все остальные чашки тоже падают. Конечно, у вас есть огромный список возможных комбинаций, но вы можете получить доступ только к списку, сделав измерение, которое является деструктивным событием, которое производит только один случайный результат. В этом случае вы можете также использовать обычный компьютер или даже просто перевернуть монету.

Это приводит нас к той части, о которой вы не слышите в научно-популярных статьях.

Грязная тайна квантовых вычислений состоит в том, что на самом деле он не полагается на кубит, одновременно равный 1 и 0. Вместо этого он основан на числах, называемых амплитудами, которые работают по спектру и могут быть положительными, отрицательными или даже комплексными числами. Цель состоит в том, чтобы хореографировать вещи так, что для каждого неправильного ответа некоторые ведущие там пути имеют положительные амплитуды, в то время как другие имеют отрицательные амплитуды, отменяя друг друга, в то время как пути, ведущие к правильному ответу, усиливаются. Подумайте об этом, как разжечь множество моделей волн, пытаясь выработать пики и впадины и направлять поток к правильному ответу. И поскольку мы, как правило, не знаем, что ответ заранее, это не просто вопрос о выделении одного канала,

Хуже того, оказывается, что кубит - это высшая дива. Это требует идеальной изоляции. Малейшая вибрация от ближайшего атома может вызвать кубит, чтобы бросить квантовую истерику и потерять ее суперпозицию. Трудность заключается в поддержании деликатных состояний суперпозиции и запутывания достаточно долго, чтобы выполнить расчет - так называемое время когерентности.

Другими словами, не только квантовые вычисления - принципиально новый способ делать вычисления, но и очень сложная инженерная задача.

Этот мультфильм делает намного лучшую работу, чем мы, объясняя все это.

Квантовый компьютер не собирается заставлять ваш смартфон работать быстрее или привести к следующему поколению голосовых помощников. Не будет лучше играть в Go, планируя рейсы авиакомпаний или доказывая теоремы. В большинстве случаев делать эти вещи с помощью квантовых вычислений - больше хлопот, чем того стоит. Так почему же тогда? Почему, несмотря на трудности, гонка по созданию первого практического квантового компьютера стала одной из грандиозных научных задач современности, в которую вошли тысячи физиков и инженеров из десятков исследовательских институтов, разбросанных по всему миру?

Причина в том, что есть две конкретные задачи, которые квантовый компьютер будет изучать. Первый - криптография, большой денежный приз в бизнесе квантовых вычислений. Большинство современных криптографических систем полагаются на крайнюю сложность факторизации произведения двух больших простых чисел. Специальный характер квантового компьютера означает, что это должно быть легко для него, что делает существующие системы шифрования устаревшими. Это будет очень большая сделка, и поэтому шпионы, банкиры и технологические компании бросают так много денег на проблему. Во-вторых, квантовые компьютеры хороши для моделирования других квантовых систем. Это революционизировало бы нашу способность запускать моделирование биологических систем, понимать сверхпроводящие материалы и вычислять квантовую химию, не говоря уже о самой квантовой физике.

По состоянию на начало мая 2017 года исследователям удалось построить полностью программируемые 6-кубитовые компьютеры и более хрупкие 10-20-килобайтные тестовые системы. Инсайдеры отрасли считают, что где-то между 30 и 100 кубитами, где квантовые компьютеры начинают иметь коммерческую ценность, и что эти системы, скорее всего, будут продаваться в течение двух-пяти лет. Наиболее перспективные проекты - Microsoft, IBM, Оксфордский университет и, возможно, некоторые лаборатории в Китае. Лидер, однако, является командой в Google, работающей под парнем по имени Джон Мартинис. Их последний чип имеет шесть кубитов, расположенных в конфигурации 2x3, что доказывает, что технология работает, когда кубиты расположены рядом друг с другом, а не с прямой.

И тогда есть D-Wave, компания, которая продолжает делать заголовки. Ранее в этом году появилось множество пресс-релизов, в которых говорилось, что они построили квантовый компьютер с 2000 кубитами. Однако, хотя их чипы полагаются на квантовые эффекты, они не являются настоящими квантовыми компьютерами. Вместо этого они полагаются на процесс, называемый отжигом, который включает в себя множество сверхпроводящих петель, магнитные поля которых взаимодействуют друг с другом. Чтобы получить решение, вы начинаете с большого количества энергии, чтобы магниты могли легко и легко переключаться вперед и назад. Когда вы медленно остываете, магниты переворачивания оседают, когда общее поле достигает нижних и нижних энергетических состояний, пока вы не замерзнете магниты в самое низкое энергетическое состояние. После этого вы читаете ориентацию каждого магнита, и это решение проблемы.

Технически, хотя они действительно считаются кубитами, они не запутываются должным образом, их квантовые состояния более хрупкие, а их манипуляция менее точная. Поэтому, когда D-Wave использует квантовые явления в своих устройствах, сомнительно, можно ли их когда-либо использовать для решения реальных задач экспоненциально быстрее, чем классические компьютеры. По сути, D-Wave решила как можно быстрее использовать как можно больше кубитов, не опасаясь их жизни, согласованности или исправления ошибок. Думайте о них как о грязном подходе, где большинство других групп пытаются принять чистый подход.

Итак, в следующий раз, когда вы увидите статью, в которой говорится, что какой-то банк инвестировал в квантовые вычисления, или что в какой-то исследовательской лаборатории в Китае достигнуто квантовое превосходство, копайте немного глубже. Надеюсь, мы дали вам достаточно детектор дерьма. Если вы когда-либо застряли, проверьте Скотта Ааронсона, чью работу мы плагиатизировали либерально в этом посте. Он управляет блоком под названием Shtetl-Optimized, и это последнее слово во всех квантовых вычислениях.

Возможно, самый важный урок, который нужно извлечь из всего этого, заключается в том, что квантовые вычисления - это не просто технологическая вещь, например микрочип, или гарнитура виртуальной реальности, но и более научная вещь, такая как Большой адронный коллайдер или картирование генома. Если мы это исправим, мы сможем разбить большую часть криптографии в мире, имитировать вселенную в атомном масштабе и получить критические новые сведения о квантовой гравитации. Это довольно интересные приложения.

Но это также что-то принципиально новое, проблема, которую само по себе стоит решать науке. Точно так же мы всегда строили невероятные машины для подтверждения наших теорий, кажется целесообразным построить масштабируемый квантовый компьютер и тем самым доказать, что наша вселенная обладает этой огромной вычислительной властью под ее поверхностью.

Это кажется нам довольно приличной целью

Источник

Нравится
Не нравится
RSS
Нет комментариев. Ваш будет первым!

Другие новости

Подводные НЛО

Как будто понимая свое превосходство, загадочный объект даже не пытался скрыться и крутился около военных

Лекарь из иного мира

Туманная фигура слегка покачнулась в дверях, и из её горящих глаз ударили в Бориса два луча света." Конец сентября 1991 года. Самое начало бабьего лета. Город Батайск Ростовской области. Семь часов вечера.

Авторизация

Поделиться ...