Квантовые вычисления.

[Андрей Карпишин]

Это всего лишь одна из трактовок. Я её знаю, но никаких доказательств перед другими трактовками она не имеет.

Есть такой мысленный эксперимент "квантовый пулемёт". В рамках этой трактовки посторонними (наблюдателями) чувака давно уже замочили, а с его точки зрения пулемёт бесконечно даёт осечки.

https://ru.wikipedia.org/wiki/Квантовое_самоубийство

[BDK]

Ну да я об этом и добавил выше

Короче мозги поломать можно
Но если остановить ВД то немного все проясняется

Но LLM остановить ВД не может поэтому она обречена на вечную дихотомию.

[Андрей Карпишин]

Но LLM остановить ВД не может поэтому она обречена на вечную дихотомию.

[Андрей Карпишин]

Кубит это аналог бита, соответственно все аналоги операций возможны. А вообще это просто физический процесс. Операций можно придумать бесконечное множество но это просто способ описать физический процесс. Например для обычной булевой логики операции и, или, не это просто обозначение трёх удобных способов управлять дискретными сигналами при помощи транзисторов. И эти три операции - минимальное количество которое полностью покрывает возможность любых вычислений. Но вообще говоря это могли бы быть и какие то другие операции, просто для транзисторов и вообще дискретных ключей удобны такие. Могут быть и аналоговые например.

Логик придумать можно бесконечное множество. Нет единственно верной. Между логиками можно делать перевод из одной в другую. А могут быть такие что полностью эквивалентный перевод не возможен, например в одной логике бесконечность это может быть атомарная величина одна из синтаксиса п а другой бесконечность это предел к которому стремится бесконечное количество атомарных сущностей.

На самом деле в квантовых вычислениях из перечисленных булевых операций реализуются только NOT и XOR (с некоторыми оговорками). Квантовых аналогов AND, OR и т. д. не существует.

===

Упрощённая схема вычисления на квантовом компьютере выглядит так: берётся система кубитов, на которой записывается начальное состояние. Затем состояние системы или её подсистем изменяется посредством унитарных преобразований, выполняющих те или иные логические операции. В конце измеряется значение, и это результат работы компьютера.

Концепция квантового процессора и квантовых логических вентилей была предложена в 1989 году Дэвидом Дойчем. Также Дэвид Дойч в 1995 году нашёл универсальный логический блок, с помощью которого можно выполнять любые квантовые вычисления.

Оказывается, что для построения любого вычисления достаточно двух базовых операций. Квантовая система даёт результат, только с некоторой вероятностью являющийся правильным. Но за счёт небольшого увеличения операций в алгоритме можно сколь угодно приблизить вероятность получения правильного результата к единице.

С помощью базовых квантовых операций можно симулировать работу обычных логических элементов, из которых сделаны обычные компьютеры. Поэтому любую задачу, которая решена сейчас, любой квантовый компьютер решит, и почти за такое же время.

===

Любая квантовая операция может быть реализована при помощи логического вентиля «контролируемое отрицание» (CNOT) и поворота состояния одного кубита.

[Андрей Карпишин]

Теорию нашёл. Но если с обычными битами я могу произвести вычисления в уме или на бумаге, то с кубитами пока мало чего понятно вообще.

[BDK]

NOT и XOR - да это и есть на самом деле минимальный набор которыми можно сделать любые вычисления. В обычных компьютерах выбрали набор из трёх операций потому что это удобно реализуется схемотехнически. В квантовых наверное есть трудности с тем чтобы реализовать именно такие же операции поэтому выбрали другие которые проще реализуются чисто технически для квантовых систем.

Но вообще говоря любые операции на NOT и XOR можно преобразовать в операции на И, ИЛИ, НЕ.

[BDK]

Теорию нашёл. Но если с обычными битами я могу произвести вычисления в уме или на бумаге, то с кубитами пока мало чего понятно вообще.

Все очень просто - можно делать как с обычными битами с той лишь разницей что вместо одного значения можно подавать на вход несколько а с выхода соответственно снимать несколько вариантов, которые дальше так же подаются на следующие элементы и тоже ветвятся на дерево вариантов дальше. То есть нужно вычислять не одну линию последовательности операций а дерево вариантов которое разветвляется на каждой операции подобно шахматным ходам когда мы последовательно просматриваем их на много ходов вперед.

Вся сложность именно в том что нужно вычислять дерево вариантов , для этого нужно много классических вычислений, количество которых улетает в бесконечность с ростом длины цепочки операций. Но для квантовой системы это линейная цепочка операций. Грубо говоря квантовая система мгновенно без затрат времени перебирает все возможные варианты, которые и есть квантовое состояние на выходе.


То есть опять можно привести аналогию с очень быстрым (бесконечно быстрым) перебором вариантов - можно представить что все варианты очень быстро перебираются и со стороны это выглядит как размытое полупрозрачное состояние логических элементов значения которых меняются так быстро что невозможно рассмотреть отдельные значения а видно только что-то смешанное размытое. И вот это смешанное размытое состояние и есть квантовое состояние кубита. Грубо говоря можно считать что кубит с бесконечной скоростью перебирает все возможные значения 1 и 0 - и вот это и есть его смешанное состояние.

[Андрей Карпишин]

Суперсила, помноженная на два: в Японии IBM впервые смогла обеспечить бесшовную работу суперкомпьютера с квантовым

Команда специалистов IBM и института RIKEN (Япония) достигла важной вехи в развитии синтеза квантовых и суперкомпьютерных расчётов (Quantum-Centric Supercomputing, QCSC). Исследователям удалось впервые создать замкнутый цикл вычислений, в котором размещённые рядом квантовый вычислитель и суперкомпьютер непрерывно обменивались данными промежуточных расчётов, работая на общий результат.

До сих пор квантовые вычислители редко использовались для получения практически значимых расчётов. Более того, в связке с суперкомпьютерами они работали циклами, пересылая один другому промежуточные данные поэтапно на больших отрезках времени. Это вело к простоям каждой из платформ, пока они дожидались завершения вычислительных циклов партнёра по расчётам. С учётом колоссальной стоимости рабочего времени таких систем — это недопустимая роскошь. Команде IBM и RIKEN впервые удалось обеспечить бесшовную работу совершенно непохожих друг на друга компьютерных платформ, обеспечив непрерывный обмен данными внутри каждого вычислительного цикла.

Исследователи из США с коллегами из Японии создали гибридную систему из суперкомпьютера Fugaku (состоящего из 158 976 узлов — это почти 7,3 млн ядер ARM) и квантового компьютера IBM Quantum System Two на процессоре Heron (133 кубита). Это было впервые, когда на таком масштабе тесно связали классический высокопроизводительный вычислительный комплекс и квантовый компьютер.

Суть эксперимента заключалась в расчёте электронной структуры двух сложных молекул из атомов железа и серы — важных для биохимии и катализа. Знание распределений электронных оболочек — это то, что даёт узнать о поведении молекул в любой среде. Для расчёта использовался метод «квантовой диагонализации на основе выборок» (Sample-based Quantum Diagonalization, SQD), когда квантовый процессор генерировал выборки из пространства состояний молекулы, а Fugaku обрабатывал огромные объёмы данных в рамках классических вычислений и корректировал результаты в итеративном цикле.

Это позволило получить самую большую и точную квантово-химическую симуляцию на сегодняшний день — точность оказалась выше, чем у точных классических методов (к слову, для таких систем недостижимых), и сопоставима с лучшими приближёнными классическими подходами.

Достижение можно с уверенностью считать первым практическим воплощением концепции суперкомпьютерных вычислений с привязкой к работе квантовых систем. Разработанный замкнутый рабочий процесс обеспечил быструю обратную связь между квантовой и классической частями системы, что критически важно для эффективного использования обоих типов ресурсов.

Представители RIKEN и IBM отметили, что подобный синтез открывает путь к интеграции в систему расчётов ускорителей (в том числе GPU) и приближает момент достижения настоящего квантового превосходства в практически ценных химических и физических расчётах. Достижение имеет большое значение для будущего гибридных вычислений. Это создаёт основу для масштабирования подобных платформ, включая облачные гибридные среды, и ускоряет исследования в материаловедении, фармацевтике и энергетике, где точное моделирование молекулярных взаимодействий играет ключевую роль.