Такая схема прекрасно работает практически во всех повседневных и даже научных задачах. Но есть ограничения в так называемых больших данных (BigData). Все, кто изучал в школе или университете информатику, знают, что любая вычислительная техника, будь то компьютер или смартфон, работает с использованием двоичной системы счисления. Все данные, то есть различные числовые значения, переводятся в нули и единицы и именно в этом формате хранятся непосредственно в памяти. „Есть алгоритм, при помощи которого мы занимаемся квантовой коррекцией ошибок. Он находит и исправляет их, а затем КК продолжает вычисления“, — говорит Спирос Михалакис.
Эта система работает на решение очень узкоспециализированной задачи, и до ее реального практического применения еще довольно далеко. Основное отличие квантового компьютера от обычного заключается в представлении информации в его процессоре. Единица информации в обычном компьютере — бит, представляющий собой ноль или единицу. Единица хранения информации для квантового компьютера — квантовый бит, или, сокращенно, кубит. Это квантовый объект — вещь, которую гораздо проще описать, чем представить.
Принцип работы квантового процессора в общих чертах
Логично было бы предположить, что рано или поздно кто-то выдвинет идею о том, что почему бы не использовать квантовые системы для вычислений. Точкой отсчета квантовой эры принято считать 1900 год, когда М. Планк впервые выдвинул гипотезу о том, что энергия испускается и поглощается не непрерывно, а отдельными квантами (порциями). Идею подхватили и развили многие выдающиеся ученые того времени — Бор, Эйнштейн, Гейзенберг, Шредингер, что, в конечном счете, привело к созданию и развитию такой науки как квантовая физика.
В июле 2017 года группа физиков под руководством Михаила Лукина, сооснователя Российского квантового центра и профессора Гарвардского университета, создала программируемый 51-кубитный квантовый симулятор[38]. Это самая сложная https://cryptocat.org/ подобная система из существующих на тот момент. Авторы проверили работоспособность симулятора моделированием сложной системы из множества частиц — это позволило физикам предсказать некоторые ранее неизвестные эффекты[39].
Первая проблема — это оптимизация, которая возникает, когда надо найти наилучшее решение из множества возможных ответов. Чем больше возможностей, тем сложнее найти наиболее оптимальное решение проблемы, что идеально подходит для квантовых компьютеров. Теоретически самый мощный квантовый компьютер, который уже создан, — устройство D-Wave 2000Q, детище канадской компании D-Wave Systems. Проблема в том, что по сути это вовсе не квантовый суперкомпьютер, а так называемое устройство квантового отжига.
- Планк впервые выдвинул гипотезу о том, что энергия испускается и поглощается не непрерывно, а отдельными квантами (порциями).
- Подробнее об устройстве памяти в SSD накопителях мы рассказали ранее.
- Сотрудничая с командами IBM Mitsubishi Chemical изучает, как использовать квантовые компьютеры для создания точных симуляций того, что происходит внутри химической реакции на молекулярном уровне.
- Это, безусловно, отставание в количестве, но не в качестве и значении разрабатываемых технологий.
Для остальных результатов из таблицы применялся иной алгоритм расчетов, но даже лучший по этому алгоритму результат (291311) сильно далек от реального применения. Именно этот алгоритм приводят в пример, когда пишут о том, что ваши банковские системы и пароли скоро будут взломаны. Учитывая, что длина используемых на сегодняшний день ключей не менее чем 2048 бит, время для шапочки еще не пришло. Пока монетки летят и вращаются, мы никаким образом не можем создать отдельную от системы копию вращающегося состояния любой из монеток. Система живет сама в себе и очень ревностно относится к тому, чтобы выдать наружу какую-либо информацию. Квантовый компьютер непригоден для большинства повседневных дел, зато способен быстро решить математические задачи, на которых основана современная криптография.
Кубит[править править код]
Все дело в том, что эти алгоритмы используют вычислительную сложность задачи факторизации — разложения большого числа на произведение простых множителей. Чтобы взломать шифр, не зная приватного (секретного) ключа, необходимо уметь раскладывать большие числа на простые множители. Ключевой особенностью квантовых компьютеров стало использование так называемых квантовых объектов — кубитов. Эти квантовые объекты настолько маленькие, что подчиняются законам квантового мира и обладают определенными свойствами. Mitsubishi Chemical, Университет Кейо и IBM Quantum работает над тем, чтобы лучше лучше понять потенциал лития-кислорода как источника энергии, используя новые алгоритмы, использующие преимущества квантовых вычислений.
С 2011 года D-Wave предлагает за $11 млн долларов квантовый компьютер D-Wave One с 128-кубитным чипсетом, который выполняет только одну задачу – дискретную оптимизацию. Такое свойство квантовых частиц позволяет физикам узнать значение кубита, не измеряя его непосредственно. 30-кубитный квантовый компьютер по мощности будет равен суперкомпьютеру, работающему с производительностью 10 терафлопс (триллион операций в секунду). Мощность современных настольных компьютеров измеряется всего лишь гигафлопсах (миллиард операций в секунду). Суперпозиция — это нелогичная способность, которой обладают квантовые объекты, такие как электроны, которая позволяет им существовать более чем в одном состоянии одновременно.
- И, для сравнения, таблица с данными предыдущего поколения процессоров.
- Microsoft позволяет получить доступ к разнообразному квантовому программному обеспечению, оборудованию и решениям от Microsoft и партнеров.
- Это прорывные технологии, которые не оставят в стороне инвесторов и спекулянтов.
- Но в формулировке определения есть некоторая лазейка, “которые классические компьютеры практически не могут решить”.
Эта технология масштабируемая, то есть ничто не мешает нам сделать процессор, размером несколько сантиметров, на котором будут миллионы кубитов. К примеру, на состояние кубита могут повлиять частицы света вокруг него, а также окружающие его молекулы и атомы. Грубо говоря, это большой часовой механизм, который состоит из кубитов, как из шестерёнок. Если повернуть одну шестерёнку, неизменно повернётся другая. Если изменить состояние одного кубита, это непременно повлияет на состояние другого. Особенность суперпозиции квантовых частиц принимать все доступные значения в один момент времени позволяет значительно ускорить работу процессоров.
Квантовый компьютер в России: перспективы
Эти системы могут находиться во множестве различных расположений одновременно — свойство, известное как квантовая суперпозиция. Кубиты также могут быть неразрывно связаны друг с другом с помощью явления квантовой запутанности. Итак, если бит — это одна из двух условных точек (1 или 0), то кубит можно представить себе в виде сферы с полюсами в этих же точках — 1 и 0. Но кроме них он может находиться в состоянии суперпозиции, то есть иметь любое из возможных значений, лежащих на поверхности сферы. Одной из самых последних разработок стал квантовый процессор с 433 кубитами Osprey.
Удивительно, но даже для самых мощных современных компьютеров разложить длинное (в несколько сотен цифр) число на два простых множителя — невероятная по затратам времени задача. Именно на этом строятся самые современные системы шифрования и защиты информации. Шор же доказал, что квантовый Что такое cfa компьютер, содержащий 1000 и более кубитов, взломает любой код буквально за секунды. Программист в данном случае имеет дело с гибридным устройством. Квантовый компьютер состоит из элементов обычного и квантового типа — чтобы была возможность вводить данные и интерпретировать результаты.
Прогноз развития квантовых компьютеров
Если же нам надо запутать 1-й кубит, скажем, с 12-м, то нам придется строить цепочку дополнительных квантовых операций, задействовать дополнительные кубиты и прочее, что увеличивает общий уровень ошибок. Да, и не забывайте про время декогеренции, возможно к тому моменту, когда вы закончите связывать кубиты в нужную вам схему, время закончится и вся схема превратится в симпатичный генератор белого шума. Классический вариант ответа на вопрос — “Какова вероятность встретить динозавра в лифте? Запомните время, необходимое нашему экспериментатору (150 мкс) для проведения эксперимента, это пригодится нам чуть дальше, когда мы будем говорить об основных проблемах квантовых компьютеров и о времени декогеренции. И вот именно это свойство квантового компьютера — константность времени выполнения по отношению к возрастающей по степенному закону сложности пространства решений и является ключевым.
Уже много лет вокруг квантовых компьютеров ходит огромное количество разговоров в духе «это изменит мир, это технологический прогресс». Но время идет, новости о квантовых компьютерах с завидной периодичностью выходят в свет, а мир все никак не перевернется. Но как обстоят дела на самом деле и когда нам ждать технологического скачка.
Вся хитрость в том, что квантовый компьютер проверяет возможные варианты не последовательно, как это делает обычный процессор, а одновременно. Скорость обработки информации при таком способе возрастает просто колоссально. Работа Шора показала лишь одну из сфер практического применения квантового компьютера. Возможности квантового взлома систем шифрования (в том числе в военной сфере) сразу привлекли в эту область разработок немалые ресурсы. Например, Китай планирует потратить более 11 миллиардов долларов на строительство нового квантового центра.
Ну и еще почитайте обзор возможных физических реализаций кубитов от Andrew Daley,2014. Из всего этого многообразия наиболее проработанным является первый метод получения кубитов, основанный на сверхпроводниках. Google, IBM, Intel и прочие ведущие игроки используют именно его для построения своих систем. Которая, как мы уже говорили, создается при помощи запутывания кубитов между собой так, чтобы изменения в их состояниях происходили согласованно. Дополнительно можно почитать дорожную карту развития квантовых технологий, ну и гуглите “развитие квантовых технологий”, например, вот, вот и вот. Технические подробности о работе первого протокола квантовой сети Стефании Вейнер оставила в тайне.
До сих пор мы полагались на суперкомпьютеры для решения большинства сложных проблем. Это очень большие классические компьютеры, часто с тысячами классических ядер. Однако суперкомпьютеры не очень хороши для решения некоторых типов задач, которые на первый взгляд кажутся простыми. Предполагается, что с помощью квантовых компьютеров станет возможно точное моделирование молекулярных взаимодействий и химических реакций. Для классических компьютеров доступен обсчёт поведения только относительно простых молекул[20].