Квантовые вычисления.

[BDK]

Суть на самом деле очень проста. В квантовых вычислениях как и в классических используются минимальные элементы информации - в классическом компьютере это биты а в квантовом - кубиты. Точно так же как в классическом компьютере над этими элементами могут выполняться элементарные логические операции. Причем это могут быть и ровно те же классические операции - двоичное И, ИЛИ, НЕ и другие. Уже из элементарных операций затем строятся более сложные вычисления - таким образом всё что мы видим на компьютере - со всей крутой графикой и т.д. и т.п. вычисляется посредством самых элементарных операций. В квантовых вычислениях все точно так же за исключением маленького отличия.

Отличие заключается в том что при выполнении последовательности квантовых операций вычислительный процесс идет не по одной цепочке а параллельно по множеству цепочек в множестве параллельных миров (многомировая теория Эверетта). То есть когда мы выполняем всего одну квантовую операцию над всего одним квантовым регистром состоящим из нескольких кубит на самом деле выполняется не одна а огромное количество параллельных вариантов этой операции в параллельных мирах. На этом и основано быстродействие квантового компьютера. При этом один квантовый регистр может содержать в себе не одно число а на самом деле он содержит в себе КВАНТОВОЕ СОСТОЯНИЕ которое представляет из себя всю совокупность всех вариантов числа для всех параллельных вариантов вычислительной цепочки, при этом еще и привязанных каждый к своей вычислительной цепочке - то есть они не смешаны и информация о том какой вариант числа относится к какой цепочке не теряется.

Таким образом имея всего один квантовый регистр мы можем выполнять объем вычислений который в классическом компьютере потребовал бы количества элементов которое лавинообразно растет с количеством операций. Не трудно посчитать что уже после нескольких операций это количество устремляется к бесконечности (то есть потребовало бы создать "чип" на изготовление которого потребовалась бы вся материя вселенной ). А в квантовом компьютере это "вмещается" всего в одни квантовый регистр с небольшим количеством элементов.

Либо в классическом компьютере с небольшим количеством элементов это потребовало бы стремящегося к бесконечности количества последовательных операций - что потребовало бы времени превышающем время жизни вселенной, в то время как на квантовом регистре это вычисляется всего за несколько операций или за несколько десятков операций - то есть практически мгновенно.

[BDK]

Насчет точности квантовых вычислений.

Сами по себе квантовые операции абсолютно точны так же как и обычные логические операции в классическом компьютере. На квантовом уровне взаимодействие квантовых объектов происходит строго в соответствии с теорией выведенной уже сто лет как назад и с тех пор пока не было замечено ни в одном эксперименте отклонений от этой теории. То есть закон взаимодействия квантовых объектов (в случае квантовых вычислений это кубиты) давно известен и он довольно прост.

Проблемы возникают только при попытке сосчитать квантовое состояние на макроуровень - вот здесь действительно квантовое состояние разрушается и информация теряется. Поэтому мы можем посчитать что-то на квантовом компьютере и на этом этапе всё чётко, но столкнемся с проблемой когда захотим извлечь результаты вычислений. Однако и здесь всё не так плохо. Хотя и с потерями однако результаты вычислений извлечь можно, а специальными методами потери можно свести к практически несущественным. Здесь работает такой принцип - вместо того чтобы сосчитать квантовое состояние прямым измерением используют его восстановление по косвенным признакам примерно как Шерлок Холмс восстанавливает картину происшествия по оставленным уликам.

Собственно наш мозг и делает что-то подобное. На этом собственно и основано взаимодействие физического мозга с тонкими телами человека и обмен информацией между ними. Поэтому чем лучше развит мозг и чем эффективней его интеллект тем больше у него возможностей минимизировать потери и искажения информации идущей с тонких планов (нужен интеллект Шерлока Холмса). Для считывания же результатов квантовых вычислений применяют математические методы и методы искусственного интеллекта, в том числе на нейронных сетях.

[Андрей]

Большое спасибо за эту тему. В свободное время я подробнее ознакомлюсь и, возможно, разовью тему.

[Странник34]

Сами по себе квантовые операции абсолютно точны так же как и обычные логические операции в классическом компьютере. На квантовом уровне взаимодействие квантовых объектов происходит строго в соответствии с теорией выведенной уже сто лет как назад и с тех пор пока не было замечено ни в одном эксперименте отклонений от этой теории. То есть закон взаимодействия квантовых объектов (в случае квантовых вычислений это кубиты) давно известен и он довольно прост.

Кроме того, я считаю это важнейшим, КК могут моделировать квантовые системы. В таком случае расчет заменяется созданием модели и "измерением" средних значений соответствующих параметров смоделированных систем.

[BDK]

Ну да согласен. Хотя конечно понять что могут квантовые компьютеры мы сможем только когда поработаем на них и пощупаем их возможности опытным путем. И наверное на уровень массового пользователя придут скорей не чисто квантовые компьтеры а скорей какие-то дополнительные устройства или платы к обычному компьютеру в которых работают какие-то квантовые эффекты которые косвенно можно использовать для вычислений. Типа генераторов физического шума и т.п. Но чисто квантовые операции в дешевом форм-факторе чипов и плат вряд ли в ближайшее время достижимы.

[Странник34]

Хотя конечно понять что могут квантовые компьютеры мы сможет только когда поработаем на них и пощупаем их возможности опытным путем.

Говорят, что в России через 5 лет будет 50 кубитный КК. СМИ: Российские учёные планируют создать квантовый компьютер.

Российские учёные и инженеры намерены за пять лёт создать квантовый компьютер, возможности которого будут многократно выше, чем у современных ЭВМ. Об этом сообщает газета «Известия».

Как предполагается, инвестиции в проект могут составить около 900 млн руб.

Издание отмечает, что формируется специальный консорциум, основой которого стало соглашение между Внешэкономбанком, компанией «ВЭБ Инновации», Фондом перспективных исследований (ФПИ), МГУ имени Ломоносова и АНО «Цифровая экономика».

По словам замгендиректора — руководителя направления информационных исследований ФПИ Сергея Гарбука, компьютер предполагается построить из 50 кубитов. Они, в отличие от битов, могут находиться в нескольких состояниях одновременно, за счёт чего резко увеличивается производительность. Также будут создаваться новые алгоритмы для выполнения задач.

«Создание квантовых алгоритмов позволит говорить о принципиально новом качестве решения таких задач большой вычислительной сложности, как моделирование интеллектуальных способностей человека, оптимальное распределение транспортных и логистических потоков, прогнозирование погоды и других», — рассказал Гарбук.

В 2014 году сообщалось, что Агентство национальной безопасности США намерено создать квантовый компьютер, способный взламывать любые шифры.

[BDK]

Говорят, что в России через 5 лет будет 50 кубитный КК.

Я не сомневаюсь что он будет. Но он будет один на всю Россию и стоить огромных денег. Желающие попользоваться им будут выстроены в огромную очередь и будут платить за это большие деньги. В общем нам с вами вряд ли пощупать доведется. А вот до нас дойдут скорей другие решения попроще и послабее но зато дешевые и массово доступные.

[Странник34]

На одной из конференций был доклад о поведении систем, представляющих собой совокупность потенциальных ям, и частиц, которые могут находится в них.
При этом совокупность потенциальных ям создается путем интерференции лазерных лучей. Тогда я думал для чего это, потом понял, что такая система идеальный кандидат на роль основы КМ. Потому как потенциальные ямы динамичны и их характеристики, а значит и характер движения частиц, легко могут управляться изменением интенсивности и фазы лазерных пучков.
В качестве частиц выступают атомы легких элементов. Причем характер поведения системы будет существенно разный в зависимости от спина атомов.

[BDK]

Да, способов организовать кубиты можно придумать много.

[Странник34]

Да, но все равно это сложная наука. Например, чтобы перевернуть спин электрона в какой-нить сложной молекуле, нужно около десятка управляющих высокочастотных импульсов.