Квантовые кампуктеры

Сейчас будет пост про квантовые кампуктеры. Если что, я далеко не эксперт в данной области (я и с обычной-то техникой дружу на уровне неуверенного юзера), и в комментариях меня можно и нужно поправлять. Сам пост написан ради вопроса в конце — если хоть кто-то понимает, как конкретно работает то, о чём я спрошу, то… Короче, я знаю, что у меня в паблике обитают головастые ребята и девчата; объясните, пожалуйста, Серёже данный вопрос, мне пригодится для книжки. А ниже я распишу своё понимание.

Итак, у нас есть квантовый компьютер. Он уже существует, однако с ним крайне сложно работать, поскольку в нём от малейших внешних воздействий накапливается огромное количество ошибок, и никто не знает пока, что с этим делать. В Китае вон учёные как-то худо-бедно производят на нём вычисления, и он реально вычисляет невероятно быстро, быстрее самого мощного суперкомпьютера, работающего на обычной двухбитной системе, только вот приходится каждый раз эти вычисления за ним перепроверять, и он практически всегда работает с погрешностью.

Если совсем несведущим охота понять сам принцип работы квантового компа, то вкратце:

Вот у меня стоит дома обычный двухбитный кампуктер, его два бита — это два состояния, включено и выключено, единица и ноль, с помощью которых и производятся все вычисления в системе. Их можно производить быстрее, если нарастить мощность "железа" (воткнуть себе в системник продвинутый процессор, оперативку и т.д.), однако рано или поздно, наращивая мощность, ты уткнёшься в ограничения самого "железа" — именно поэтому все так носятся вокруг процессоров, которые становятся всё меньше и меньше размером. Проблема в том, что теперь уменьшать процессоры тупо некуда, инженеры уже чуть ли не на атомном уровне пытаются их усовершенствовать. Чтоб вы понимали, самый маленький из существующих на данный момент процессоров имеет объём 0,04 кубических миллиметра.

Однако есть другая мето?да ускорить вычисления, и называется она — Её Величество Квантовая Механика. Как всегда, поначалу вообще была голая теория — после появления самого понятия квантмеха учёным Ричарду Фейнману и Юрию Манину пришла в голову идея квантового компьютера. Позднее был написан алгоритм Шора, созданы первые прототипы, а в 2019-ом году компания Google продемонстрировала так называемое "квантовое превосходство", то есть произвела на своём квантовом компе расчёты, недоступные классическим суперкомпьютерам на двухбитной системе. Словом, всё это — не просто словоблудие, а вполне себе рабочая технология, которой занимаются в том числе в России, а конкретно в ФИАН и МФТИ.

Но как это работает?

Если я начну здесь рассказывать про квантовую механику, двухщелевой эксперимент и прочее-прочее, то получится не пост, а целый ПОСТИЩЕ, поэтому ограничусь баянистым и всем уже приевшимся котом. Только котом непростым, а котом Шрёдингера.

Надеюсь, все слыхали про этот мысленный эксперимент? Ну про блохастика в коробке, который жив и мёртв одновременно до тех пор, пока коробку не откроет сторонний наблюдатель. Слышали же, да?..

Так вот, в мысленном эксперименте Шрёдингера скрытый от наблюдателя кот может быть и жив, и мёртв, а также он может быть ОДНОВРЕМЕННО живым и мёртвым — в этот момент наш Барсик находится в так называемом состоянии суперпозиции. Точно так же, если перекладывать этот мысленный эксперимент на принцип работы компьютерных систем, то у нас может быть два бита (единица и ноль, вкл/выкл), а кубит — это то самое состояние суперпозиции, то бишь по сути дела кубит — это буквально НЕСУЩЕСТВУЮЩИЙ В НАШЕЙ РЕАЛЬНОСТИ ТРЕТИЙ БИТ ИНФОРМАЦИИ.

И откуда он вдруг, падла такая, взялся — решительно непонятно, но он, сука, есть!

А если у нас есть три бита вместо двух, то и вычисления с их помощью можно производить куда быстрее, при этом не заморачиваясь с уменьшением и улучшением "железа". Причём добавление этого третьего бита меняет скорость вычислений в геометрической прогрессии, повышает её не в два, не в три и даже не в десять, а в миллиарды раз. Даже сейчас на несовершенных квантовых компах уже производят такие операции, на которые лучшему в мире двухбитному компьютеру понадобились бы тысячи лет. Но, повторюсь, эта технология ещё очень несовершенна, поэтому их и не используют повсеместно. К тому же дорогие они…

Теперь отвлечёмся ненадолго и вернёмся к нашему живому/мёртвому Барсику в коробке. Точно так же, как на состояние суперпозиции кота влияет внешний фактор (наблюдатель) – на суперпозицию квантового компьютера аналогичным образом влияют различные факторы из внешнего мира.

Главный недостаток устройства заключается в том, что он выходит из строя и начинает генерить ошибки от любых внешних воздействий — шума, света, вибрации и т.д. Стоит незадачливому исследователю громко пёрнуть около этого чуда техники, и оно непременно выйдет из строя. И это я не шучу сейчас, действительно громким пердежом можно нарушить чистоту эксперимента и вывести наш крутой камплюктер из состояния суперпозиции. На какой-то фотографии из китайской лаборатории я видел, что инженеры ходят около компа (напоминающего, кстати, огромную люстру) в спецодежде, респираторах и мягких тапочках, причём ходят буквально на цыпочках и боятся даже чихнуть ненароком, а то вдруг там всё поломается нахрен. Иначе говоря – кот станет либо живым, либо мёртвым, и смысла от него уже не будет никакого при обоих исходах, карета превратится в тыкву, а навороченный суперкомпьютер станет просто красивой люстрой с мигающими гирляндами.

И вот знаете, я вроде бы сверху всё просто и понятно расписал, но сам, погружаясь в тему, я понимаю только одно – что я нихрена не понимаю.

Откуда вообще берётся кубит? Как его вводят в состояние квантовой запутанности? Это что, чистая математика или они как-то применяют двухщелевой эксперимент, и именно поэтому китайский Цзючжан называется фотонным компьютером? Каким образом производят эти вычисления? Условно говоря, обычный компьютер, если у тебя стоит пароль в двоичном коде, пытается решить его как-то так: 01011001, и обычный комп такой: «ага, сначала или 01, или 10, затем или 01, или 10 и т.п.» А кубитный одновременно проверит оба варианта и предложит им связку с третьим. И так далее, по нарастающей. И очень быстро. И всё благодаря квантовой запутанности, когда проходят неимоверно огромные массивы данных через женскую интуицию типа «ну не знаю, как-то так, оно само собой получилось, но ответ-то верный!»

Источник: vk.com

Комментарии: