Comments 100

Все равно нихрена непонятно :-(


Основной вопрос для меня — если особой применимости квантовым компьютерам пока не видно, нафига в них вбухивают такие деньги? Лучше бы в термояд вбухивали, или в батарейки, например — тут возможный выхлоп понятен и осязаем. А с квантовыми компьютерами какой может быть выхлоп, если даже потенциально полезных алгоритмов для них нет?


Пока виден только один смысл — взломать шифрование быстрее, пока не взломали другие.

Возможность решить задачи, которые за более-менее приемлемое время решать на традиционных компьютерах нельзя.
Будет примерно такой же эффект, как добавление комплексных чисел в математику — то, что раньше было нельзя/запрещено — становится можно.
Возможность решить задачи, которые за более-менее приемлемое время решать на традиционных компьютерах нельзя.

Можно примеры таких задач, кроме шифрования? Я читал статью, конечно — моделирование физических систем. Но вопрос остается тот же — как алгоритм такого моделирования должен выглядеть для квантового компьютера? Он вообще существует? Или для его разработки сначала надо разработать квантовый компьютер и потом попробовать разработать на нем?

Ну вот моделирование кстати уже вовсю делают (для этого не обязательно иметь универсальный КК). В основном это задачи со многими телами — типа симуляций поведения молекул, химических реакций и т.п. Всякие там сверхпроводимости, сверхтекучести — все, что связано с коллективным поведением частиц на квантовом уровне.
Насколько я понял, многие задачи связанные с оптимизацией. То есть те кот. решаются сегодня перебором. К примеру, решение задачи TSP(Travelling salesman problem) Поиск кратчайшего/ оптимального маршрута позводит сэкономить кучу денег на производствах, передвижении, той же экологии. Куча добра :)

Но даже за 50 лет существования идеи квантовых вычислений не придумали алгоритм, который решал бы эти задачи за разумное время. И даже неизвестно, а возможно ли их решать эффективно квантовым способом.

Нет рельного железа — нет финансиривания — нет прорывных идей, по-моему так.
Хоть что-по похожее на квантовые компьютеры появилось в последнюю пятилетку, а до этого все исследования были на уровне сферического коня в вакууме, с соответствующими результатами и финансированием.

Чтоб придумать алгоритм — железо не требуется. Шор и Гровер свои алгоритмы выдумали в 90х, когда о каком-либо железе даже и не мечтали. Но вот прошло 30 лет, а воз и ныне там.

Про компьютеры и алгоритмы начали размышлять и писать задолго до появления ПК/мэйнфреймов, но только с появлением доступных реальным пользователям устройств началось развитие архитектур и алгоритмов.
Поддерживаю.
Предложение рождает спрос.
Когда железка станет более доступной для разработки и цели новые придумают и алгоритмы.

А зачем разрабатывать железо для чего-то, что не имеет ценности? Ценность классических вычислительных машин была понятна и ясна еще во времена Беббиджа, а то и раньше. А вот зачем вкладывать деньги в разработку квантовых машин? Зачем они? Что они нам дадут?


И пока кто-то не покажет, что есть важная индустриальная задача, которая легко решается на квантовом компьютере, а вот на классической машине ее не так легко посчитать, то до тех пор особого развития квантовых компьютеров и не будет. Иначе говоря, пока кто-то не придумает классный квантовый алгоритм, до тех пор не видать Вам никаких доступных железок.


Даже в науке спрос рождает предложение.

Во первых КК — это инвестиция. Кто первый освоит технологию, тот и применение найдет и бизнес выстроит.
Может как пример не слишком удачный, но все же — Ipad. При выходе не особо было понятно насколько этот девайс будет удобным и полезным. Тем не менее рынок он взял, аудиторию создал и ПО написали в достаточном количестве. Далее уже и другие производители подтянулись.
Я не думаю, что при создании первой микросхемы (в начале 60х) думали о том, что компьютеры станут персональными, а люди будут общаться в «социальной сети», создавшая которую компания будет стоить $520 млрд.
А как же симуляция? уже сегодня на этом нашли кучу материалов, да и ранее, тот же графен.

P.S. Спасибо за статью, самое понятное объяснение что я видел.
Спасибо. А можно ссылки на эти результаты? Мне они не попадались, к сожалению.
UPD: Увидел от Shkaff выше, ушел читать…
Крю, отличная статья! Утащил себе) Жду продолжение, особенно отличие IBM и Google в считывании результатов с КК.
Очень большое спасибо. Давно слежу за темой, естественно как полнейший профан, но гик.
Статья очень хорошо написана. С одной стороны от А до Я, с другой стороны доступным языком и избегания излишнего углубления в детали. Опять же, для всех у кого возникают вопросы, большое количество ссылок по любой связанной теме.
Спасибо!
Спасибо. Именно такого результата и планировалось достичь. Рад, если мне это все-таки удалось )
Присоединяюсь к остальным поблагодарившим. Это впервые когда я осилил статью по этой теме и картинка действительно прояснилась.
Но меня как и раньше мучает вопрос и я впервые решаюсь его задать: что за штуковина на КДПВ? почему она больше напоминает что-то из мира стимпанка нежели что-то из мира електроники?
Спасибо. По поводу картинки — ну это и есть сам виновник торжества — квантовый компьютер. Вот тут можно посмотреть и почитать поподробнее. Насколько я понимаю, мы видим каскадные охладители, а чуть ниже (на КДПВ не влезло) расположена капсула с собственно процессором.

From top to bottom, the system gradually cools from four Kelvin — liquid-helium temperatures — to 800 milliKelvin, 100 milliKelvin and, finally, 10 milliKelvin. Inside the canister, that's 10 thousandths of a degree above absolute zero. The wires, meanwhile, carry RF-frequency signals down to the chip.


Могу в чем-то ошибаться, физическое устройство (и современные реализации) квантовых установок глубоко не прорабатывал.
Дополню немного: на картинке криостат растворения , в нем есть несколько стадий охлаждения (как описано) — каждая золотистая плита охлаждается до определенной температуры. По закрученным трубочкам проходят провода.
Видно, что начиная с середины и до конца статья писалась наспех. Вначале все описано просто и доступно раскрываются вводные аргументы по субъекту статьи. А потом, просто ссылки — алгоритм Шора просто обозначили и нечего не описали, только лишь ссылки выдали. Тут же следом, красиво описали остальные два алгоритма.

После этого делайте часто странные выводы: мол нет реальной коммерческой реализации, но за минуту до этого пишите, что Гугл купил у D Wave один образец для проверки. Короче такого по мелочам много в статье. А ещё пишите, мол мешок — это и есть квантовый комп:
Да, все верно, наш мешок — это квантовый компьютер с алгоритмом, решающим нашу задачу, а шары — возможные варианты решения. Поскольку правильных решений два, то квантовый компьютер будет выдавать нам равновероятно любое из этих возможных решений, и 0.5% (10/2000) ошибок, о которых мы поговорим позднее.

Нет, мешок это вводное условие, а компьютер — это аппарат исполняющий вычислительные действия над «мешком»)

Однако в целом почитать интересно и полезно.

Насчёт квантового превосходства не совсем понял…
-Распределение полученных семплов сравнивается с ожидаемым


Значит они как то посчитали какая интерференция должна быть на выходе, что бы сравнивать с полученной с КК. Тогда где превосходство?

Наколько я понял, Google сначала провел несколько итераций с меньшим количеством кубитов (до ~50), проэмулировал схему на своих кластерах, провел статистические тесты — и убедился, что сэмулированное распределение совпадает с полученным от КК.

Потом они запустили схему на 53-х кубитном КК, получили результат и сказали — «кто хочет — проверяйте».

Вот тут, в ответе B6, Ааронсон раскрывает этот метод более подробно. В оригинальной статье это параграф "The classical computational cost".

Эксперты — поправьте, если где ошибся.

Смутила следующая фраза: "физической реализацией бита для обычного компьютера выступает полупроводниковый транзистор… ."


Разве не наличием напряжения моделируют бит? А транзисторами реализуют логику. "Полупроводниковый транзистор" — это тавтология, непонятно, что хотел подчеркнуть автор.


Как верить остальному?

«Полупроводниковый транзистор» — это тавтология

Нет, не тавтология!
Тёплый ламповый транзистор 1908 года — задолго до полупроводников.
image
Классический тёплый ламповый двойной транзистор.
image
Были ещё транзисторы на пневматике и гидравлике.
Можно при желании извратнуться и создать механический транзистор, или на реле.
Смутила следующая фраза: «физической реализацией бита для обычного компьютера выступает полупроводниковый транзистор… .»

*фейспалм*
Про тёплые ламповые компьютеры никогда не слышали?
А про компьютеры на реле? На пневматике? На гидравлике?
Про первый компьютер от Чарльза Бэбиджа на механике — уж точно никогда не слышали?

И про то что ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) не имел полупроводников — для вас тоже новость?
image

PS во что превратился Хабр, если гумантиарии тут вопрошают «Как верить остальному?» *дабл-фейспалм*

Лампа — не транзистор, в том-то и дело. Транзистор обязательно полупроводниковый.


Не понял, как существование механических компьютеров подтверждает утверждение, что именно транзистор моделирует в современных компьютерах бит. Бит в них моделируют наличием напряжения, намагниченности итд.


Я недавно на Хабре, но тут, скорей, не хватает статей по обычным компьютерам, чем по квантовым.

В Вики действительно написано такое:
радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, способный от небольшого входного сигнала управлять значительным током в выходной цепи

Но я считаю, что на лампе можно реализовать все упомянутые свойства.

В теории лампой можно заменить. Непонятно зачем в статье подчёркнуто и выделено жирным, что именно полупроводниковые транзисторы якобы реализуют бит. Для приведенной аналогии это не принципиально, как мне кажется. Но аналогию я так и не понял.

В современной электронике они действительно из п/п делаются.
Я вот слабо представляю, как на ламповых транзисторах реализовать задачи вроде «разложение числа 15 на множители».
Согласен. Только не «ламповый транзистор», а триод. Транзистор не абстрактный элемент, а вполне конкретный полупроводниковый радиоэлектронный компонент.
Квантовый компьютер работает на аналоговом, вероятностном принципе.

А в чём аналоговость квантового компьютера?
С монеткой сложно, но попробуем. Представьте мы подбросили три монетки

Только вот пример с запутанными фотонами, как я понимаю, выглядит так.
Представьте, что мы подбросили 2 монетки, сцепленные орлами или решками. То есть, если 1 состоянию условно сопоставить значение "+1", а другому — "-1", то сумма всегда будет 0. Такой механизм создания пары монетокфотонов.

P.S. А все же нужно понять, как «нахождение периода функции» помогает в факторизации. Для числа 15 и 45 — вроде как легко.
Представим себе экспериментатора, который обучен простейшим действиям (достать шар, записать номер, положить шар обратно в мешок, перемешать шары в мешке)

тут небольшое лукавство — мы не знаем, на реальном квантовом компьютере, из чего выбираем. Ведь не из шаров или иных материальных объектов. Природа множества из которого выбираем не определена детерминировано.
Так что предположение о справедливости аксиомы выбора тут просто необходимо.
Огромное спасибо, давно интересовалась этим, но везде расплывчато написано. Тут же все собрано и систематизировано. Особенно огромное спасибо за примеры с монетами, доступно и понятно ( вспомнила, меня в детстве так же учили сложению и вычитанию, не могла понять и тогда решили на конфетах. Все быстро поняла. И теперь, если что не понятно, прошу обьяснить «на конфетах». У вас получилось.
Мда, текущая ситуация с квантовыми компами выглядит уныло. Однако, тенденция посмотреть в сторону от классических дискретных вычислительных систем — это хорошо.
Вспомнилась байка про секретные советские кирпичи :)…
""" При проведении ядерных испытаний для рассчета зависимости силы взрывной волны от расстояния американцы расставили пару сотен дорогостоящих сложных датчиков… провели испытания, на компьютерах обработали информацию… А позже от своей разведки получают донесение: Советский Союз произвел ядерные испытания, были произведены измерения взрывной волны в десятках тысячах точек, включая эпицентр взрыва… На вопрос КАК??? Позже был получен ответ: советы просто напросто на разном удалении расставили пронумерованные кирпичи, а потом по их разбросу произвели расчеты… """
(это байка, если что :))
Но что то в этом есть похожее сабж :)
Завис на статье реально на долго, потому как такой компиляции информации о квантовых компьютерах реально найти до сих пор былоочень и очень трудно.
И да, Хабр, все-таки все еще торт!
Что касается самой технологии и алгоритмов, то мне кажется, что на сегодня просто не хватает ни железа, ни денег на его разработку, ни методов по удешевлению того самого железа. Вполне возможно, что да, развитие крвантовых вычислений зависит от возможных будущих открытий в физике, но на сегодня не думаю, что будет какое-то дальнейшее революционное развитие.
Как верно описано в статье, ахиллесова пята всего этого хайпа по квантовым вычислениям — время декогеренции.
Ну мой личный взгляд, это принципиально не решаемая проблема. Просто потому, что если тепловые, звуковые и электромагнитные взаимодействия действительно можно экранировать так или иначе с достаточным уровнем экранирования, то гравитацию — экранировать нельзя никак. А гравитационное взаимодействие в любом случае присутствует (между квантово-запутанными кубитами и всем сущим вокруг). И чем больше кубит в системе — тем выше это взаимодействие, а значит тем меньше время жизни полносвязанного состояния (причем зависимость там скорее экспоненциальная чем линейная). Это взаимодействие обычно никак не учитывают просто потому что до сих по не существует никакого моста между квантовой механикой и гравитацией, наоборот оные сущности резко конфликтуют. Но это никак не отменяет сам факт гавитационного взаимодействия, а далее, из самых общих и предельно нестрогих ) соображений, лично мне вполне очевидно что квантовые вычисления общего назначения с большим кол-вом полносвязанных кубит это заведомо недостижимая в техническом плане концепция, увы.
В пределах классических соображений гравитационное влияние между кубитами настолько мало, что оно не будет приводить к сколь-либо заметной декогеренции. Мы, конечно, не знаем, каково это будет в квантовой гравитации, но скорее уж мы вряд ли когда-либо сможем достаточно изолировать систему от обычных воздействий. Но декогеренция решается какой-то мере коррекцией ошибок, так что в целом вопрос в достаточно эффективном коде.
Так по идее речь о грав. взаимодействии кубитов с Землей (ещё Луна и Солнце как переменные источники). Хотя я не скажу, как при конкретной реализации кубита грав. поле может повлиять на его состояние.
Хотя я не скажу, как при конкретной реализации кубита грав. поле может повлиять на его состояние.

Так и никто не скажет. Фундаментальной науке пока даже отдаленно не известно как подружить (в плане теоретической стыкуемости) гравитацию и КМ.
Ну в целом мы прекрасно умеем дружить гравитацию и КМ в обычных режимах (скажем, квантовая теория поля в искривленном пространстве-времени посчитает почти что угодно). Только на очень малых масштабах или очень сильных полях возникают проблемы.
Так я веду речь не про взаимодействие между кубитами, а про взаимодействие оных кубит с внешней материей. С планетой, с солнцем, ну и т.п. Вот это — ну никак не заэкранировать, и это взаимодействие идет очень даже активно, хотя и не поддается описанию в рамках КМ. Иначе говоря, полноценной изолированной от всего внешнего системы из квантово запутанных кубит просто не создать, гравитация не даст. И чем больше оных кубит — тем сильнее «не даст», примерно экспоненциально сильнее.
Не очень понимаю: квантовая гравитация актуальна либо на малых масштабах, либо в сильных полях. Взаимодействие с планетой описывается прекрасно классически, и не дает значительного вклада в декогеренцию. Единственный вариант, когда это может повлиять — если вы специальные модели гравитационной декогренции, но пока нет никаких причин их рассматривать серьезно.
Интересные ссылки, надо их покурить — вполне возможно что я не прав. Спасибо.
Если вы считали все кубиты, вам уже плевать на когерентность.
Если вы считали только часть кубитов, когерентность все еще остается проблемой для оставшейся части.
Так значит проблема в том, что нельзя быстро считать состояние кубитов? А решение проблемы быстрого считывания обнулит проблему увеличения длительности когерентности?
Я имел ввиду, что однажды измеренные кубиты уже не декогерируют. Для неизмеренных же «время жизни» составляет те самые 150 мкс.
А кубиты в принципе возможно считать все ОДНОВРЕМЕННО?
Если у нас 128 кубитов, то с каждым считанным кубитом проблема когерентности для оставшихся кубитов не нарастает?
Слово «ОДНОВРЕМЕННО» в контексте квантовых эффектов выглядит подозрительно. Но считывание отдельных кубитов не добавляет срока жизни системе.

В теории, может имеет смысл «посменная работа». Берем Х кубитов, они работают 75 мкс, мы их запутываем по Беллу со второй «сменой» из Х кубитов, они работают 75 мкс, мы их запутываем по Беллу с третьей «сменой» из Х кубитов…

Но этот вопрос я бы проверял экспериментально.
Если мои представления соответствуют действительности, то такая схема не сработает. Декогеренция — это запутывание с окружением. Если вторая пачка запутана с первой, а первая запутывается с окружением, то вся система оказывается запутанной с ним же. То есть состояние окружения уже вошло в состав нашей системы, и её «внутренние» состояния больше не будут интерферировать между собой так, как предполагалось алгоритмом.
Да, звучит разумно. Но есть надежда, что декогеренция будет «грызть» первую смену, а не вторую. А вторая после запутывания от первой уже не зависит.
В том-то и дело, что если вторая запутана с первой, то она не может не зависеть от неё. Если системы A и B находятся в запутанном состоянии |0A0B> + |1A1B>, и система A у нас запутывается с E (environment): |0A0E> + |1A1E>, то общее состояние системы получится |0A0B0E> + |1A1B1E>. То есть всё запутано со всем.
Да, Е запутывается с кубитом 0. Более того, Е может как-то повлиять на кубит 0 (собственно, в этом суть декогеренции). Но влияет ли декогеренция на кубит 1 через кубит 0?

Взгляните на схему: верхний кубит (окружение) влияет на серединный (эмулируя декогеренцию), но нижний кубит остается неизменным. Если серединный кубит не самоизмерится, мы можем продолжать вычисления с нижним.
Интересно, как физически создаются операции вроде CNOT.
То есть я понимаю, что в кристаллах с квадратической нелинейностью (вроде тех, что используют для удвоения частоты) с какой-то вероятностью рождается запутанная пара фотонов. Как создать потом 4 фотона? Или тут речь о том, что 2 пары фотонов дают по 1 фотону в 2 оптических пути? Но так у нас не будет 4 фотонов, запутанных все вместе.
Это иллюзия, вызванная структурой блок-схемы. Даже если для кубита нарисована прямая линия без «воздействий», это не означает, что его состояние остаётся неизменным. В квантовых вычислениях состояние системы описывается всеми кубитами одновременно, их единым, объединённым состоянием. Именно в этом и заключается вся мощь квантовых вычислений, что размерность пространства состояний растёт экспоненциально с ростом числа кубитов.

Лишь в особых случаях, когда состояние факторизуемо, можно для простоты разделить систему на независимых подсистемы и рассматривать их отдельно. Но если компоненты запутаны, это по определению означает, что состояние не факторизуемо и что мы не можем рассматривать эти два объекта в отрыве друг от друга.

Если перевести это на язык вычислений, то, подходя формально, надо все операторы рассматривать не как действующие на какой-то конкретный кубит или пару кубитов, а как действующие на весь их набор. То есть вместо вентиля X, действующего на кубит 0, у нас применяется оператор XII, действующий на все три кубита (I — единичный оператор, не меняющий состояния). Если у нас было факторизуемое состояние, то после применения такого оператора оно и останется таковым. Если же было запутанным, то этот X повлияет на всё объединённое состояние системы, включающее в себя все кубиты, несмотря на то, что формально он применяется только к первому из них.

Рассмотрим для простоты не трёх-, а двухкубитную систему, которая факторизуема. Например, |00>+|01>, что можно представить как |0>⊗(|0>+|1>). То есть, первый кубит обнулён, второй — в суперпозиции. (Нормировку для простоты опускаю.) Если мы подействуем X на первый кубит, состояние поменяется на |10>+|11> = |1>⊗(|0>+|1>). Здесь всё просто и очевидно: на что подействовали, то и поменялось.

А теперь возмём запутанное состояние: |00>+|11>. Его уже нельзя представить в виде произведения двух независимых состояний отдельных кубитов. И если мы подействуем тем же X на тот же первый кубит, то получится |01>+|10>. Было одно состояние, стало совсем другое. И тут попросту бессмысленно задавать вопрос, остался ли второй кубит в прежнем состоянии. Мы ведь даже не можем это состояние вычленить, чтобы что-то про него сказать.
А теперь возмём запутанное состояние: |00>+|11>. Его уже нельзя представить в виде произведения двух независимых состояний отдельных кубитов. И если мы подействуем тем же X на тот же первый кубит, то получится |01>+|10>. Было одно состояние, стало совсем другое. И тут попросту бессмысленно задавать вопрос, остался ли второй кубит в прежнем состоянии. Мы ведь даже не можем это состояние вычленить, чтобы что-то про него сказать.

С теоретической точки зрения этой имеет смысл. С практической же… Вот есть у нас состояние |00>+|11>. При измерении 2 кубита мы получим ноль или один с вероятностью 50\50. Теперь мы применили Х к первому кубиту (симулировали декогеренцию), получили |01>+|10>. При измерении 2 кубита мы все так же получим ноль или один с вероятностью 50\50. По факту, мы можем извращаться с первым кубитом как черная дыра с пространственно-временным континуумом — второй кубит будет выдавать 0\1 с вероятностью 50\50 (конечно, если первый кубит не измерится).

А потом все просто. Берем N кубитов, делаем первый шаг для условного Гровера. Запутываем их еще с N кубитами, «правильные» вероятности переносятся на «вторую» смену. Делаем шаг Гровера относительно второй смены, переносим вероятности на третью смену. Под конец имеем систему с 99.99% «закогерированными» кубитами, и N кубитами в нужном нам состоянии.

Вполне возможно, что я чего-то не понимаю. Может, вы сможете предложить схему, демонстрирующую вашу точку зрения? Потому что, судя по этой схеме, все работает. Основное вычисление в верхнем ряду, переносы состояний сделаны через SWAP, после SWAP всякая периодика изображает декогеренцию.
При измерении 2 кубита мы все так же получим ноль или один с вероятностью 50\50.
<…>
Может, вы сможете предложить схему, демонстрирующую вашу точку зрения?
Проблема в том, что измерение — это лишь конечный этап, а вся затея с «перебросом запутанности» была задумана, чтобы продлить этап квантовых вычислений. А они зависят от точного значения амплитуд, причём, повторюсь, для всей системы в целом (в отличие от измерений).

Вот другой пример, надеюсь, лучше демонстрирующий мою мысль. Предположим, кубит A — «мусорный» (окружение), кубит B — рабочий. Изначально кубит B в состоянии |0>+|1>, и мы применяем H, чтобы привести его в состояние |0>. Если он не запутан с кубитом A, то всё работает, как задумано. Однако если у нас B запутывается с A, и состояние получается |00>+|11>, то вентиль H на второй кубит выдаст нам результат |00>+|01>+|10>-|11>. Мы измеряем второй кубит — и получаем 0 или 1 с вероятностью 50/50 вместо гарантированного нуля. Алгоритм поломан.

P. S. К сожалению, приведённую схему пока не могу прокомментировать: давно не возился с квантовыми вычислениями, и надо много времени, чтобы снова въехать в тему и для начала хотя бы разобраться, что эта схема иллюстрирует.
Ок, я изобразил ваши доводы. Первая схема: — двойной Адамар на «боевой кубит»; результат: ноль. Вторая схема: двойной Адамар и промежуточная «декогеренция»; результат: суперпозиция. Мой контр-аргумент: Адамар, SWAP на чистый кубит (который до сих пор не принимал участия в вычислениях), Адамар на чистый кубит. Результат на чистом кубите совпадает с результатом в первой схеме.

kruegger Shkaff — ваше мнение? Можно ли избежать проблему декогеренции, регулярно добавляя в схему «чистые» кубиты (при условии, что декогеренция не вызывает самоизмерения на кубитах)?

Я не вчитывался в подробности аргументов, но примерно так работает коррекция ошибок: добавляем в систему много дополнительных кубитов, куда будет записываться часть информации, и декогеренция не так страшна (можно измерять доп. кубиты, чтобы проверить, произошла ли уже декогеренция, и исправлять ошибку). В итоге на один логический кубит, работающий без ошибок, приходится несколько десятков-сотен-тысяч физических кубитов, на которые действует декогеренция.
Ага, теперь уловил схему. Все активные кубиты своппятся попарно с пачкой резервных, что не создаёт запутанности. Хм… А ведь чёрт его знает, может и сработать. С другой стороны, тогда непонятно, почему это не применяют. Подозреваю, что там могут быть какие-то технические трудности (скажем, невозможно разбить пачку кубитов на две части так, чтобы с одной стороны, они могли взаимодействовать между собой, а с другой, чтобы декогеренция одной части не приводила к декогеренции другой). Тут я уже недостаточно подкован, увы.
Запутываем их еще с N кубитами

Повторю вопрос. Знаете ли Вы. какой физический процесс дает…
Хотя стоп — Вы тут просто создаете N пар запутанных (только попарно) фотонов? Это вроде как можно.
Друг, я настолько ламер в физике, что даже не пытаюсь в эту тему лезть. Увы, не могу ответить на твой вопрос. Но в Шоре кубиты запутываются довольно причудливо; во всяком случае, сложнее "N пар запутанных (только попарно) фотонов".
Ну тогда извините:)
Я знаю механизм, как рождают пару фотонов — спонтанное параметрическое рассеяние.
Как я понимаю, происходит (с некоторой малой вероятностью) в кристаллах с квадратической нелинейностью. Это те, что используются для удвоения частоты (2 фотона сливаются в один), а как-то производят и обратный процесс.
Как я понимаю, происходит (с некоторой малой вероятностью) в кристаллах с квадратической нелинейностью.

Если использовать стимулированный процесс (т.е. накачку), то вероятность будет достаточно велика.

В принципе, никто не мешает вам создать и больше запутанных фотонов: берете много источников одиночных фотонов, много делителей луча, и запутываете все со всеми. Вот как тут, например.
При считывании в классическом смысле Вы получаете результат «кубит в состоянии 1», после чего этот кубит фиксируется в каком-то состоянии вместо запутанного. Причем не факт, что в состоянии 1.
Хотя я считаю, что такие экспериментальные исследования полезны и могут привести к лучшему пониманию сложных квантовых систем, я скептически отношусь к тому, что эти усилия когда-нибудь приведут к созданию практического квантового компьютера. Такой компьютер должен был бы иметь возможность манипулировать — на микроскопическом уровне и с огромной точностью — физической системой, характеризующейся невообразимо огромным набором параметров, каждый из которых может принимать непрерывный диапазон значений. Можем ли мы научиться управлять более чем 10^300 непрерывно изменяющимися параметрами, определяющими квантовое состояние такой системы?

Мой ответ прост. Нет никогда.


«The Case Against Quantum Computing
The proposed strategy relies on manipulating with high precision an unimaginably huge number of variables
By Mikhail Dyakonov»

spectrum.ieee.org/computing/hardware/the-case-against-quantum-computing
«Если выдающийся ученый говорит, что что-то возможно, то скорее всего он прав. Если выдающийся ученый говорит, что что-то невозможно, то скорее всего он не прав» (С)
Спасибо большое за статью, в который раз читаю про квантовые компьютеры и в который раз очень интересно и как в первый раз (память у меня как у рыбки).
Вопросик возник — для получения каких-то результатов вычислений нам надо процесс «вычисление -> съём результатов» проделать какое-то большое кол-во раз (миллион, например). С текущим развитием технологий (декогеренция 150-200микро секунд) нужно кучу усилий затратить чтобы хотя бы один «съём результатов» взять. Как же тогда проходят вычислений и доказательства превосходства?

Огромное спасибо за статью! Впервые я что-то да понял :)


А это для гугла: квантовые компьютеры для чайников. Именно так я когда-то искал материалы по теме, но так ничего и не нашел.

Основная проблема в том, что через 150 мкс наша вычислительная система из N запутанных кубитов начнет выдавать на выходе вместо вероятностного распределения правильных решений — вероятностный белый шум.

Есть идея! Сделать "квантовый компьютер", а вместо создания идеальных условий, сделать его максимально незащищённым. А шум, который он генерирует можно использовать для генераторов случайных чисел.


Вопросы: Можно ли это сделать, если да, то можно ли производство поставить на поток и будет ли это дёшево?

Гениально! Срочно патентовать!

А если серьезно, то тепловой шум обычного резистора дает отличный по настоящему случайный шум в очень широкой частотной полосе. И ГСЧ на этом давно и успешно производят. Резистор стоит даже не знаю на сколько порядков меньше чем квантовый компьютер )))))
Формально тепловой шум — не квантово случайный, а потому может быть взломан и не подходит для истинно ГСЧ. Но есть и простые квантовые схемы: на источниках фотонов или туннелировании.
Формально тепловой шум — не квантово случайный

Ммм… а собственно, почему? Ведь колебания кристаллической решетки/электронов будут не нулевыми даже при абсолютном нуле, именно в силу квантовости оных объектов. Так что, по идее, и тепловой шум при комнатной температуре состоит из двух компонент — формально детерминированной и квантовой. Хотя, учитывая что взаимодействие отдельных атомов кристалической решетки, равно как и электронов с оными, это квантовые процессы, детерминированности там нет нигде. Т.е. «взломать» тепловой шум нельзя даже формально.?

Проблема подобного ГСЧ в том, что Вы понятия не имеете, из какого "распределения" он будет Вам выдавать числа, так как нельзя контролировать окружающую среду. А незнание и изменчивость распределения потенциально может привести к проблемам. Например, когда при определенной температуре или каком другом внешнем влиянии злоумышленник может "подтасовать" то распределение, что ему нужно. Это если мы говорим о криптографии.


Можем взять что-то безопасней, например, обычный метод Монте-Карло. Если распределение ГСЧ будет не равномерным, а смещенным куда-нибудь, то Ваш Монте-Карло будет давать смещенную оценку, что снова же нежелательно. Более того, из-за незнания распределения и ее вариабильности во времени, мы не сможем установить верхнюю границу ошибки. И это будет касаться всех вероятностных алгоритмов и эвристик. А других причин иметь ГСЧ у нас и нет, и поэтому смысла в таком ГСЧ тоже особо нет.

Ну вот тепловой шум при нулевой температуре и будет истинно случайным. В целом вы правы, фундаментально все квантовое. Только вот на более высоком уровне часть оказывается «классическим» — т.е. его можно предсказать в теории. Если вы генерируете СЧ, вы не хотите классической части совсем. В частности, они подвержены всяким атакам — просто измените температуру системы, и СЧ поменяются.
Тепловой шум случаен, да. Если будете очень точно определять положение 1-2 атомов — будет у Вас ГСЧ.
А шум, который он генерирует можно использовать для генераторов случайных чисел.
Так и собираются делать, вот тут в посте немного есть про это в В9. Основное преимущество: возможность доказать, что числа на самом деле случайные. Но супер дорого, есть гораздо более простые способы.

Хорошая статья, хоть примерно начал понимать суть.
Думаю, одна из причин проблем непонимания — не совсем корректный перевод термина "quantum computer" на русский.
Думаю, правильнее называть это не квантовый компьютер, а квантовый вычислитель или квантовый сопроцессор. Компьютер — это что то, способное решать самые разные задачи. А тут просто некая разновидность математического сопроцессора, решающая очень быстро определенные классы задач.

Тут стоит сказать, что вот этот пассаж:


Для получения результата работы квантового компьютера надо многократно запустить квантовый алгоритм на одном и том же входном наборе данных и усреднить результат.

— это уже фантазия автора. Что именно автор собирается усреднять в тех же алгоритмах Гровера и Шора?

Спасибо за огромную обзорную статью, стало понятно, что нынче происходит. Ещё бы в обзор включить состояние квантовой и постквантовой криптографии, а то тоже интересно!

Спасибо за статью. Я понимаю, что любая аналогия имеет ограниченную область применения и мой вопрос, возможно, звучит очень глупо, но всё же: почему нельзя заменить квантовый компьютер тем же мешком с шарами? Это невозможно из-за отсутствия запутанности между объектами или же по какой-то иной причине? Мне хочется понять, что именно принципиально отличает данную аналогию от реальности.
На самом деле любой макроскопический «мешок с шарами» нельзя описывать как абсолютно случайный объект. Конечно шары описываются квантовой механикой и, как я понимаю, даже являются суперпозицией множества решений ур-ия Шрёдингера.
Можете глянуть для примера здесь, «мешок с шарами» будет описан как суперпозиция каких-то состояний, но не с такими простыми коэффициентами.
Как Я понимаю проблему:
вы в классическом компьютере не можете ОДНИМ действией выбирать шар из КАЖДОГО мешка.
Если у вас есть 10 мешков. и вы совершаете 10 операций вытаскивания, то на классическом компютере вы вытащите 10 шаров, а на квантовов 10 раз по 10 шаров.
Википедия указывает на то, что первым идею квантовых вычислений высказал в 1980 году наш ученый Юрий Манин.
Википедия как раз говорит о том, что «Quantum computing began in the early 1980s, when physicist Paul Benioff proposed a quantum mechanical model of the Turing machine.» (https://link.springer.com/article/10.1007%2FBF01011339)
Спасибо, я ориентировался на русскую версию, а там описано ровно наоборот:
Идея о квантовых вычислениях была высказана Юрием Маниным в 1980 году[3].

Одна из первых моделей квантового компьютера была предложена[4] Ричардом Фейнманом в 1981 году. Вскоре Пол Бениофф описал теоретические основы построения такого компьютера[5].

Не готов спорить какой вариант более верный, но еще раз спасибо за уточнение.
Ради любопытства проверил: книга Манина вышла в ноябре 80 (сдана в печать в мае), а Бениофф вышел в мае 80:
Скриншоты



Так что тут, наверное, можно считать реально одновременным:)
Кому интересно, вот что написано у Манина:
стр. 15 книги


Физики создали соединение лития, осмия и кислорода, которое проявляет свойства спиновой жидкости. Это одно из немногих подобных веществ и первое, содержащее осмий. 28.04.2018 nauka.vesti.ru/article/1048092
Исследователи полагают, что материал позволит создавать квантовые компьютеры. Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Scientific Reports группой во главе с Масом Субраманианом (Mas Subramanian) из Орегонского университета в США.
nature.com/articles/s41598-018-25028-0
«Явление квантовой спиновой жидкости до сих пор было обнаружено в очень немногих неорганических материалах, некоторые из которых содержат иридий. Осмий находится рядом с иридием в периодической таблице [Менделеева] и имеет все нужные характеристики для образования соединений, которые могут поддерживать состояние квантовой спиновой жидкости», – поясняет Субраманиан.
today.oregonstate.edu/news/discovery-new-material-key-step-toward-more-powerful-computing
ru.wikipedia.org/wiki/Спиновая_жидкость одно из магнитных состояний вещества, наряду с ферромагнетизмом и антиферромагнетизмом. Обусловлено «жидким» поведением спинов, собственных моментов импульсов элементарных частиц при низких температурах. Возмущение спинов происходит вплоть до самых низких температур.
Крайне редко встречаются вещества, у которых даже при самом экстремальном охлаждении спины продолжают вести себя хаотично. Это состояние и называется спиновой жидкостью.
Авторы исследовали вещество с химической формулой Li2,15Os0,85O3.
Поясним, что непривычные глазу дробные числа в ней связаны с тем, что формула отражает строение не отдельных молекул, а о больших кристаллов, и в пределах одного такого кристалла разные атомы лития и осмия имеют разные валентности. Причём кристаллическая решётка этого вещества по форме напоминает пчелиные соты.
Исследовав это соединение с помощью дифракции нейтронов и рентгеновской абсорбционной спектроскопии, учёные обнаружили явление, называемое магнитной фрустрацией. Оно заключается в том, что само строение кристаллической решётки мешает спинам электронов выстроиться одинаково по всему кристаллу.
Признаков такой упорядоченности не было обнаружено даже при температуре, всего на 0,1 градуса отличающейся от абсолютного нуля. Из этого авторы заключили, что основным состоянием (то есть состоянием с минимальной энергией) для этого вещества, скорее всего, и является уже упомянутая спиновая жидкость.
Кремниевый спиновый кубит Intel совершенствуется и обрастает научной базой С 2015 года на основе интереса к квантовым вычислениям компания Intel сотрудничает с нидерландским институтом QuTech.
Научные партнёры компании продвинулись в изучении как сверхпроводящих кубитов и систем на их основе, так и в изучении систем на кремниевых спиновых кубитах. И хотя научные коллективы QuTech остаются главной опорой Intel в изучении квантовых платформ компании, мировое научное сообщество начинает потихоньку включаться в процесс изучения квантовых вычислителей микропроцессорного гиганта.
3dnews.ru/983785

Квантовый чип Tangle Lake с 49 кубитами В январе 2018 года исполнительный директор компании Intel
Брайан Кржанич сообщил о создании сверхпроводящего квантового чипа под кодовым именем «Tangle Lake», обладающего 49 кубитами. По его прогнозу, квантовые компьютеры помогут в создании лекарств, финансовом моделировании и составлении прогнозов погоды. Intel ведёт разработки квантовых компьютеров по двум направлениям: создание устройств на сверхпроводниках и кремниевых чипов со «спиновыми кубитами».
ru.wikipedia.org/wiki/Квантовый_компьютер#Экспериментальные_образцы
Only those users with full accounts are able to leave comments. Log in, please.