Comments 15
В частности, квантовые машины работают
Интересно, есть ли хоть одна статья на русском, в которой внятно объяснялся принцип работы квантового компьютера.
Ввод-вывод данных, сам процесс вычислений, методы интерпретации результатов…
Чем вас English не устраивает?
Я из другого поколения, знание English — весьма посредственное.
Да и ресурс этот не англоязычный.
С квантовой физикой как таковой — немного знаком, интересует именно то, что написал выше.
Для общего образования, скажем так.
есть книга на русском — «Программируя Вселенную».
«В пространство из 221-й плотных, часто захватывающих и иногда раздражающих страниц втиснуты… компьютерная логика, термодинамика, теория хаоса, запутанность, квантовая механика, космология, сознание, пол и происхождение жизни» (с)
Что-то не похоже на внятное объяснение принципов работы квантового компьютера.
Но все равно посмотрю, спасибо!
Очень грубо, конечно, но в принципе — так.
а именно цифровые процессы, то есть ЦАП на входе и АЦП на выходе не нужны.
Ну, каким-то образом исходные данные надо вводить в квантовый компьютер, и эти данные изначально будут в цифровом формате.
И результаты вычислений надо выводить в цифровом формате.
А квантовокомпьютерные алгоритмы по сути сами по себе вероятностны (в алг.Шора (Саймона) и алг.Гровера менее или около половины полностью корректных запусков квантовой машины выдают полезный результат).
Булевость кубита (и его вероятность) проявляется при измерении, когда измеряем по какому-то базису, состояние кубита сколлапсирует либо в одно либо в другое значение (напр. у NMR кубитов есть некая ось "principal quantization axis"). Не все физические реализации кубитов имеют только два четко различимых возможных состояния (SCQC Charge qubit "state of the qubit is determined by the number of Cooper pairs which have tunneled across the junction").
Можно ли назвать цифровой машину, в которой каждая (2-х кубитовая) логическая операция выполняется с точностью в 99,5% (т.е. в среднем 1 операция из 200 не сработает)? В классических цифровых устройствах вероятность сбоев заявляют на уровнях 10^(-12)...10^(-15).
А операции чтения из квантовых регистров ныне показывают сбои в 6% случаев, декогеренция регистра происходит за время, сравнимое с временем работы сотен логических операций (https://arxiv.org/pdf/1807.02500.pdf).
Exchan-ge, Совсем просто принцип работы квантового компьютера — есть набор из N кубитов (квантовый регистр), в них можно записать некий булевый вектор длины N (классическое состояние) — инициализация. Затем над ними начинают выполнять операции (унитарные), в ходе которых меняется квантовое состояние системы (кубиты запутываются и затем обрабатываются). Такое состояние описывается вектором из 2^N комплексных амплитуд (и эти амплитуды не целые и не булевые, а плавающие), при этом квадрат i-й амплитуды будет соответствовать вероятности коллапса данного регистра в N-битное классическое состояние равное i. Бонус квантового регистра — выполняя над ним одну операцию меняются сразу все амплитуды (квантовый параллелизм), как будто бы мы выполнили операцию над каждым из 2^N состояний. Антибонусы квантового регистра — невозможно стереть один кубит (строят обратимые схемы), и невозможно считать все 2^N амплитуд (при абсолютно любой попытке чтения (измерения) мы получим какое-то классическое состояние с вероятностью пропорционально квадрату амплитуды этого n-битного состояния). Известные алгоритмы для кв.комп строятся почти полностью на обратимых операциях (не нужно стирать) и создают целевое состояние, где малое число амплитуд будет очень велико.
Подробнее принцип кв.комп правильно расписан в https://habr.com/ru/post/321292/ (devpony "Есть две функции" 6 февраля 2017) даже с матаном и Блохо-сферами и многомерными гильбертовыми пространствами. И полным описанием кв.алг. Дойча—Йожи. ("Квантовый алгоритм включает в себя: 1. Инициализацию квантового регистра; 2. Набор унитарных преобразований над ним; 3. Измерение результата.")
Можно ли назвать цифровой машину, в которой каждая (2-х кубитовая) логическая операция выполняется с точностью в 99,5%Конечно, можно. Дело же не в точности, а в сути. Аналоговая машина вообще выдаёт некое аналоговое значение, то же напряжение. Поймите разницу между «число, хотя и неточное» и «аналоговое, вообще не цифровое, значение».
Так что, в принципе всё ровно так, как я сразу и написал:
— сходство с аналоговыми, потому что никаких собственно вычислений не производится, работают физические законы.
— отличие от аналоговых в том, что законы квантовые, то есть цифровые по сути (да, с некоторой вероятностью)
Квантовый закон в виде квантового вентиля изменяет комплексные числа — амплитуды. Пример — Гейт Адамара из https://habr.com/ru/post/321292/ — на входе были амплитуды 0.0 и 1.0, стали 1/sqrt(2) и -1/sqrt(2). (или поворот амплитуды Pauli X Y Z, или Phase shift) Это цифровая операция или аналоговая? Вычисления производятся, во многих реализациях квантовый вентиль это вполне себе управляемая снаружи операция. Вполне можно составить АЛУ (по правилам обратимой булевой логики) — https://pdfs.semanticscholar.org/4428/5bd58548b37d59fd156fdcc89a140ba392ca.pdf
Хотя в начале года IBM представили квантовый компьютер, способный работать при комнатной температуре.
При этом представленный квантовый компьютер IBM состоит из Холодильника (работающего при комнатной температуре) и квантового сверхпроводникового чипа, работающего при температурах около 0.02 Кельвина (для их достижения холодильник работает около суток):
https://newsroom.ibm.com/2019-01-08-IBM-Unveils-Worlds-First-Integrated-Quantum-Computing-System-for-Commercial-Use "IBM Q System One is comprised of… Cryogenic engineering that delivers a continuous cold and isolated quantum environment;… system's cryostat"
https://www.research.ibm.com/ibm-q/system-one/
внутри холодильника
https://www.research.ibm.com/ibm-q/learn/what-is-quantum-computing/# — Look inside a quantum computer, схема 1, схема 2.
Облако для аренды — https://quantumexperience.ng.bluemix.net/qx/experience, sdk https://qiskit.org/ https://github.com/Qiskit/qiskit-tutorials
ДНК-компьютерытолько намного более совершенные
Какими могут быть вычислительные системы будущего