Pull to refresh
2
Karma
0
Rating

Перевод статьи «Почему квантовый интернет должен быть построен в космосе»

Выгоды квантовой криптографии малоочевидны, так что бума в мире не наблюдается. Особенно, бума коммерческих применений. Хотя соответствующие системы начали продаваться коммерчески больше 10 лет назад. А спроса нет. У криптографов есть свои способы решения проблем безопасности, которые они считают достаточными. Реальная потребность может появиться с созданием полноценных квантовых компьютеров, которые будут способны реализовывать код Шора в тех масштабах и с той точностью, которые востребованы практикой, но до этого пока очень далеко (если вообще когда-либо суждено таким планам сбыться).

CES 2020, IBM и первое настоящее коммерческое применение нового квантового компьютера

Они подразумевают, что есть где-то в закромах, а публике еще не представлено.

CES 2020, IBM и первое настоящее коммерческое применение нового квантового компьютера

Похоже, что нет. Были обещания, но следов, что запустили, нет нигде — в том числе и в новостях.

CES 2020, IBM и первое настоящее коммерческое применение нового квантового компьютера

Обратите внимание — в алгоритмах, в которых можно хоть что-то разумное посчитать, используется всего несколько кубитов. В данном случае всего 4. Это характерное число. Разумеется, такая задача легко решается на обычном компьютере — диагонализация матрицы 16 x 16. Причина, по которой на существующих квантовых компьютерах не решаются более сложные задачи, — ошибки операций.

Поэтому наращивание числа кубитов само по себе скорее всего ведет в никуда, если только не стоит цель делать коррекцию ошибок, для которой как раз много физических кубитов и требуется. Google такие цели и декларирует, а вот IBM внятно ничего не формулирует.

CES 2020, IBM и первое настоящее коммерческое применение нового квантового компьютера

Так сейчас есть или нет в Q Network доступ к 53-кубитной машине?

CES 2020, IBM и первое настоящее коммерческое применение нового квантового компьютера

Главная проблема вовсе не связность, а ошибки операций. Если говорить о квантовых компьютерах, работающих на основе гейтовой модели — пошаговое выполнение алгоритма на основе квантовых логических элементов.

CES 2020, IBM и первое настоящее коммерческое применение нового квантового компьютера

Главная проблема не связность, а ошибки операций. Если говорить о квантовых компьютерах, работающих на основе гейтовой модели.

CES 2020, IBM и первое настоящее коммерческое применение нового квантового компьютера

Другая архитектура. Намного проще в управлении, чем у Google, но больше ошибки операций.

Что касается 53-кубтного процессора — на сайте IBM его не видно, читал только, что грозятся выкатить. Возможно, что уже и успели, но пока мы не слыхали.

CES 2020, IBM и первое настоящее коммерческое применение нового квантового компьютера

Простые молекулы на то и простые, что их проще стимулировать на обычных компьютерах, а не квантовых. С точки зрения развития квантового компьютинга, это все задачи демонстрационного или отладочного характера, и такие результаты публикуются регулярно. Но какая от них может быть непосредственная практическая польза?

Что касается практически значимых молекул, то сложность задачи можно оценить вот по этой работе:
arxiv.org/pdf/1902.02134.pdf
Это как раз команда Google.

CES 2020, IBM и первое настоящее коммерческое применение нового квантового компьютера

У IBM гораздо хуже, так как ошибки двухкубитных операций раз в пять-семь выше. Да и 50-кубитной машины пока нет.

CES 2020, IBM и первое настоящее коммерческое применение нового квантового компьютера

Практически уверен, что это пиар, не имеющий отношения к реальной жизни. Пусть опубликуют хоть что-то для начала. Публикация в рецензируемом журнале — это стандартный тест, который необходимо в таких случаях пройти. Максимум, что IBM смогли на своих машинах промоделировать — это простейший молекулы, причем с хреновой точностью:
arxiv.org/pdf/1704.05018.pdf

Прогресс в этом деле идет очень медленный, так как мешают высокие ошибки операций. Для перехода к симуляции каких-то сложных молекул, имеющих отношение к практике, нужны качественные изменения. Скорее всего, не обойтись без серьезной коррекции ошибок. Соответствующие оценки делались командой Гугла для одной из молекул, важных для химической промышленности, но относительно несложной по строению (специально делался такой выбор) — это в районе сотни ЛОГИЧЕСКИХ кубитов, сотни тысяч физических и такая управляющая электроника, какой пока и близко нет.

Кубиты вместо битов: какое будущее готовят нам квантовые компьютеры?

Dwave исходно основала группа товарищей, среди которых были бывшие советские физики. Одного из них я лично знаю и вообще куча общих знакомых. Так что история Dwave хорошо известна в узких кругах. Довольно быстро там перехватили власть профессиональные западные менеджеры, программа работ с постепенной и научной была изменена на хайповую, чтоб шла деньга от инвесторов, а всех несогласных, включая отцов-основателей, вышибли.

Кубиты вместо битов: какое будущее готовят нам квантовые компьютеры?

Да, и ещё, я не говорил про "разумное время". Я говорил об экспоненциальной сложности задачи. Это означает, что с ростом размера системы, для которой ищется глобальный минимум чего-нибудь, будет экспоненциально расти и время квантового отжига. А только для больших систем все это и интересно, для малых и так можно считать. Так что экспоненциальный выигрыш от квантовости скушается экспоненциальным проигрышем из-за неадиабатических эффектов (конечная скорость эволюции).


Моё персональное мнение — идея исходно тухлая. Могу ошибаться.


Что касается Наса, они давно с этой штукой возились, и, насколько помню, в итоге её забросили. И вообще, продаж было очень мало, всего несколько машин за все годы. Нет бума.

Кубиты вместо битов: какое будущее готовят нам квантовые компьютеры?

«некоторые QUBO» может решать любой персональный компьютер, это же очевидно. Вопрос в сложности конкретной задачи. Пока на Dwave было продемонстрировано нечто иное — в этой работе:
Vasil S. Denchev, Sergio Boixo, Sergei V. Isakov, Nan Ding, Ryan Babbush, Vadim
Smelyanskiy, John Martinis, Hartmut Neven, What is the Computational Value of Finite
Range Tunneling?, Phys. Rev. X 6, 031015 (2016).

Была реализована специализированная оптимизационная задача, в которой ландшафт в пространстве оптимизационных параметров характеризуется очень высокими и узкими пиками. Для квантового туннелирования это лучше по сравнению с термоактивацией. Задача очень искусственная. Утверждается, что их устройство смогло ее решить на 6-8 порядков быстрее, чем одноядерный процессор на разных методах. Вот и все. Для более реалистических задач это не проходит. Не говоря уж о сравнении с суперкомпьютерами или специализированными классическими вычислителями, в т.ч. аналоговыми.

Кубиты вместо битов: какое будущее готовят нам квантовые компьютеры?

Вообще говоря, тот факт, что двухкубитный гейт нельзя НАПРЯМУЮ применить к любой паре кубитов, не означает, что его нельзя применить ВООБЩЕ. Хорошо известны соответствующие методы — например, с использованием операции SWAP (можно составить из трех CNOT, а можно и еще проще) квантовые состояния с одного физического кубита перегоняются на другой (точнее, обмен местами). Поэтому для универсального квантового компьютера полной связности и не надо. Универсальный тут — это такой, который способен проводить произвольное унитарное вращение в многокубитном пространстве. Конечно, в то же время, чем выше связность, тем меньше потребуется операций. Это исследовалось, например, тут, для разных стандартных алгоритмов:
Adam Holmes, Sonika Johri, Gian Giacomo Guerreschi, James S. Clarke, A.Y. Matsuura «Impact of qubit connectivity on quantum algorithm performance», arXiv:1811.02125 (2018).
Выигрыш или проигрыш сильно зависит от алгоритма. К тому же, теоретики не стоят на месте. Например, огромные успехи в деле улучшения алгоритмов систематически демонстрирует тот же коллектив Гугла — там есть такой Баббуш, это просто монстр.

Кубиты вместо битов: какое будущее готовят нам квантовые компьютеры?

Если эта машина не квантовая, то каков смысл в этой деятельности? Специализированные КЛАССИЧЕСКИЕ машины для температурного, классического отжига вполне себе известны. В одном из докладов видел чип Хитачи (на полупроводниках). Да и на обычных суперкомпьютерах вполне себе можно разыгрывать классический отжиг и еще 100500 методов для решения таких задач с разной степенью точности и успешности. Разве кто-то показал, что Dwave чемпион в этом деле? Нет, конечно.

Более того, к самому методу квантового отжига — вне зависимости от проблем физических реализаций — есть серьезные вопросы. То есть даже для идеальной системы он вряд ли способен работать. Проблема в ультрамалых щелях во время эволюции системы. Они экспоненциально малы и для сохранения адиабатичности придется экспоненциально долго эволюционировать, что делает задачу бессмысленной. Это известно довольно хорошо. Были, например, работы Бориса Альтшулера и Сергея Кныша.

Гугл же делает универсальный квантовый компьютер. Пока сделали то, что сделали. Дальше хотят выходить на коррекцию ошибок и, в перспективе, строить отказоустойчивый квантовый компьютер, работающий на основе гейтовой модели вычислений.

Кубиты вместо битов: какое будущее готовят нам квантовые компьютеры?

Знаю я все это. :) DWave толком ничего не продемонстрировали. Смотрите, как тщательно Гугл доказывает свое «квантовое превосходство». DWave это дело благополучно перескочили, начав сразу показывать результаты, которые нельзя проверить из-за большого числа кубитов. Им не раз прямо задавали вопрос — почему не покажете тщательно для небольшого числа кубитов? 2-5-10-15-20-25-… — и поехали. Всё можно просчитать и сравнить. Ответа четкого нет. То, что их машинка в каком-то виде работает, вопросов нет. Вопрос в том, работает ли она за счет квантовых эффектов или же это классическое аналоговое устройство, которое в том или ином виде делает обычный температурный отжиг. Скорее, второе.

Кубиты вместо битов: какое будущее готовят нам квантовые компьютеры?

Ни в одной научной работе (статье) пока не было показано преимущество реальных созданных квантовых компьютеров. Об этом давно говорит D-wave, но веры в их заявления немного, в целом у сообщества скепсис. Отсюда и такой ажиотаж вокруг этой последней работы Гугла о «превосходстве». При этом и они смогли решить только демонстрационную, а не практическую задачу. Причем они лидеры всей области, а решение стоило им огромных усилий. Поэтому заявления некоторых компаний о том, что они уже как-то используют квантовые вычислители в практических целях, вызывают странные ощущения. Больше похоже на ПиАр. Плюс, возможно, это скорее тестовые или исследовательские работы. В любом случае, ждем публикаций, как у Гугла. Разговор начинается с этого.

Information

Rating
5,969-th
Registered
Activity