Google may have just ushered in an era of ‘quantum supremacy’
‘The first computation that can only be performed on a quantum processor’
By Jon Porter@JonPorty Sep 23, 2019, 7:06am EDT
Frederic Lardinois@fredericl / 3:00 pm EEST • September 18, 2019
The new machine will be part of IBM’s new Quantum Computation Center in New York State, which the company also announced today. The new center, which is essentially a data center for IBM’s quantum machines, will also feature five 20-qubit machines, but that number will grow to 14 within the next month. IBM promises a 95% service availability for its quantum machines.
IBM notes that the new 53-qubit system introduces a number of new techniques that enable the company to launch larger, more reliable systems for cloud deployments. It features more compact custom electronics for improving scaling and lower error rates, as well as a new processor design.
Возможен ли квантовый компьютер?
Михаил Дьяконов
Введение, история вопроса. Идея квантовых вычислений была впервые высказана в несколько туманной форме русским математиком Юрием Маниным в 1980. В 1981 она была независимо предложена Ричардом Фейнманом. Поскольку из-за экспоненциального роста числа состояний численное моделирование даже не очень больших квантовых систем становится невозможным, Фейнман высказал идею, что эффективным такое моделирование может быть, если сам компьютер будет функционировать квантовым образом: «Природа не классична, и если вы хотите моделировать природу вам следует делать это квантово-механически, и, ей-Богу, это замечательная проблема, так как сделать это совсем непросто». Давид Дойч в 1985 году формально описал универсальный квантовый компьютер как квантовый аналог универсальной машины Тьюринга.
Идея квантового компьютера не привлекала заметного внимания, пока Питер Шор не предложил в 1994 г. алгоритм для идеального квантового компьютера, позволяющий разлагать на простые множители очень большие числа гораздо быстрее, чем на обычном компьютере[1]. Этот выдающийся теоретический результат вызвал взрывной интерес к идее квантовых вычислений и породил многие тысячи научных статей, в основном теоретических, которые до сих пор продолжают публиковаться c нарастающей скоростью.
В течение последних 20 лет едва ли можно найти научно-популярный или даже серьёзный физический журнал, не касающийся проблем квантовых вычислений. Центры квантовой информатики открываются по всему Земному шару, и очень скоро счастливое королевство Бутан в Гималаях будет единственной страной лишенной подобного центра. Щедро раздаются деньги на развитие этого направления, учёные-энтузиасты и журналисты открывают перед обывателем сногсшибательные перспективы. Многие исследователи считают необходимым оправдывать любые свои исследования указанием на их связь с проблемой квантовых компьютеров. Компьютерные математики доказывают и публикуют новые теоремы, относящиеся к квантовым компьютерам в темпе одной статьи в день. Публикуется огромное количество предложений различных физических объектов, которые могли бы использоваться в качестве квантовых битов, или кубитoв. Гугл выдаёт 4 130 000 ссылок по запросу «quantum computing» и 69 300 ссылок на запрос «quantum computing with». Создается впечатление, что квантовые компьютеры ознаменуют новую технологическую революцию 21 века.
Когда мы получим работоспособный квантовый компьютер? Наиболее оптимистически настроенные эксперты говорят: «Через 10 лет». Другие называют 20 или 30 лет (примечательно, что эти предсказания остаются неизменными в течение последних 20 лет!), а наиболее осторожные говорят: «Не при моей жизни». Автор принадлежит к ничтожному меньшинству тех, кто отвечает: «Ни в каком-либо предвидимом будущем», и эта позиция разъясняется ниже.
Идея квантовых вычислений состоит в хранении и обработке информации способом, принципиально отличным от используемого в обычном (классическом) компьютере, оперирующим с ансамблем микро-транзисторных переключателей между состояниями «включено» - «выключено».
В каждый данный момент состояние классического компьютера описывается последовательностью (↑↓↑↑↓↑↓↓…), где ↑ и ↓ представляют биты информации, физически реализуемые как открытое и запертое состояния данного транзистора. Для N транзисторов существует 2N различных состояний компьютера. Процесс вычисления состоит в последовательности переключений некоторых транзисторов между их ↑ и ↓ состояниями, в соответствие с заданной программой.
В квантовом компьютере классический элемент с двумя состояниями заменяется на квантовый элемент с двумя базисными состояниями, называемый кубитом. Простейшим объектом такого рода является собственный угловой момент электрона – спин, с удивительным квантовым свойством обладания только двух возможных проекций на любую ось: +1/2 и -1/2 (в единицах постоянной Планка). Для любой выбранной оси мы опять имеем два базисных квантовых состояний спина ↑ и ↓.
Однако произвольное спиновое состояние описывается волновой функцией ψ = a↑+ b↓, где a и b – комплексные числа, удовлетворяющие условию нормировки |a|2 + |b|2 = 1, так что |a|2 и |b|2 являются вероятностями для спина оказаться в базисных состояниях ↑ и ↓ соответственно.
В отличие от классического бита, принимающего только одно из двух состояний ↑ и ↓, кубит имеет континуум возможных состояний, определяемых квантовыми амплитудами a и b. Это свойство часто описывается несколько мистическим и пугающим утверждением того, что кубит может существовать одновременно в двух своих состояниях ↑ и ↓. (Это подобно утверждению, что вектор в плоскости xy, направленный под углом 450 к оси x, одновременно направлен по обоим направлениям x и y, - в некотором смысле верно, но не слишком содержательно).
Два кубита имеют 22=4 базисных состояний: (↑↑), (↑↓), (↓↑), и (↓↓). Соответственно, они описываются волновой функцией ψ = a(↑↑) + b(↑↓) + c(↓↑) + d(↓↓) с четырьмя комплексными амплитудами a, b, c, и d. В общем случае N кубитов состояние системы описывается 2N комплексных амплитуд, ограниченных только условием нормировки.
В то время, как состояние классического компьютера с N битами в каждый данный момент совпадает с одним из 2N его возможных дискретных состояний, состояние квантового компьютера с N кубитами описывается значениями 2N непрерывных переменных – квантовых амплитуд.
Обработка информации предполагается с помощью применения унитарных преобразований (quantum gates - квантовых переключений), которые изменяют эти амплитуды a, b, c, … точным и контролируемым образом.
Число кубитoв, необходимое для построения полезной машины (т. е., такой, которая способна конкурировать с вашим лаптопом в решении некоторых специальных проблем, как например, разложения на простые множители очень больших чисел по алгоритму Шора), оценивается в пределах 103 − 105. Таким образом, число непрерывных переменных, описывающих состояние компьютера в каждый данный момент должно оцениваться числом, по меньшей мере, 21000 (~10300), которое много, много больше числа частиц во Вселенной (их, всего лишь, порядка 1080)!!!
В этом месте нормальный инженер или экспериментатор теряют интерес. Возможные ошибки в классическом компьютере порождаются ошибочными переключениями одного или нескольких транзисторов из закрытого состояния в открытое, или наоборот. Такие ошибки, конечно, очень нежелательны, но они могут быть преодолены сравнительно простыми методами дублирования.
В сравнении с этой проблемой классического компьютера, выполнение сизифовой задачи контроля 10300 непрерывных параметров представляется абсолютно невообразимым.
Однако теоретики квантовых компьютеров (КК) преуспели в создании всеобщей веры в возможность реализации масштабных квантовых вычислений, апеллируя к знаменитой «пороговой теореме»: если ошибка на кубит - на переключение не превышает некоторой заданной величины, то становятся возможными неограниченно длинные квантовые вычисления - ценой существенного увеличения числа используемых кубитов (логический кубит реализуется с помощью нескольких физических кубитов). По счастью, число кубитов возрастает только полиномиально с увеличением масштаба вычислений, так что общее число необходимых кубитов должно возрасти с N =103 всего лишь до N =106─109 (разумеется, с соответствующим возрастанием ужасающегo числа 2N непрерывных параметров, характеризующих состояние всей квантовой машины!!!).
(В связи с этим Леонид Левин, профессор математики Бостонского Университета, сделал следующее остроумное замечание: «Какие мыслимые эксперименты могли бы доказать, что КК находится в заданном состоянии с требуемой точностью? Я готов предложить для этого ресурсы всей Bселенной, но не больше!)
Дорожная карта панели экспертов ARDA. Шестнадцать лет назад, в 2002 году, по заданию агентства правительства США Advanced Research and Development Activity (ARDA) команда авторитетных экспертов в области квантовых вычислений выработала следующую «дорожную карту» (обновлённую в 2004 году), наметив цели на 5 и 10 лет:
«К 2007 году:
Кодировать состояние логического кубита несколькими физическими кубитaми
Осуществить многократную коррекцию состояния логического кубита
Перенести состояние логического кубита на систему других физических кубитов с высокой надёжностью
К 2012 году разработать конкатенациoнный[4] код квантовой коррекции ошибок.»
Цель 2007 года предполагала реализацию «порядка 10 физических кубитoв и множественных логических операций между ними», в то время как задачей 2012 года была реализация «порядка 50 физических кубитoв с обеспечением работы множества логических кубитoв в полном объеме операций, требуемых для свободного от ошибок КК с целью осуществления простого примера квантового алгоритма».
В то время, как благосклонные судьи могли бы посчитать, что первые две цели 2007 года к настоящему времени частично достигнуты, ожидания третьего пункта целей 2007 годa, а тем более, цели 2012 года, были решительно провалены. То же самое относится к некоторым прочим предсказаниям: «Когда масштабные квантовые компьютеры будут разработаны в ближайшие 5 или 10 лет, квантовoе моделированиe станeт областью приложения КК, которая сможет продемонстрировать свои решительные преимущества над классическими вычислениями».
Экспериментальные исследования, связанные с идеями квантовых вычислений составляют лишь малую долю огромной литературы, посвящённой КК. Они представляют nec plus ultra современной экспериментальной техники, чрезвычайно трудоёмки и вызывают восхищение и уважение. Целью таких экспериментов служит доказательство возможности осуществлять квантовые операции, лежащие в основе идеи КК, а также продемонстрировать некоторые элементы квантовых алгоритмов. Число используемых кубитов меньше 10, обычно от 3 до 5. Переход от 5 кубитов к 50 (задача, поставленная экспертами ARDA на 2012 год!) по-видимому порождает трудно преодолимые трудности, и причины этого нужно понять. Скорее всего, они связаны с тем простым фактом, что 25=32, в то время как 250=1 125 899 906 842 624.
По контрасту с экспериментом, теория квантовых вычислений, резко доминирующая в КК литературе, не встречает, похоже, никаких трудностей, оперируя миллионами кубитов. Рассмотрены различные источники шумов и доказано (при определённых допущениях), что ошибки, порождённые «местными» источниками шумов, могут быть скорректированы с помощью тщательно разработанных и очень остроумных приёмов, включающих, среди прочих трюков, массовый параллелизм: многие тысячи операций должны быть применены одновременно к различным парам кубит, и многие тысячи измерений также должны быть осуществлены одновременно.
Теория квантовых вычислений напоминает старый советский анекдот. Действие происходит во время второй мировой войны. Некий изобретатель с идеей высшей военной ценности добивается личного свидания со Сталиным, не доверяя бумажному докладу, поскольку не верит тогдашней криптографии (ещё не знакомой с квантовыми перепутанными состояниями). Изобретатель докладывает:
- Всё просто, товарищ Сталин! У Вас на столе будет три кнопки – зелёная, голубая и белая. Если Вы нажмёте зелёную кнопку – все наземные вражеские силы будут уничтожены. Если Вы нажмёте голубую кнопку, то все морские силы врагов будут утоплены. А вот если Вы нажмёте белую кнопку, то все военно-воздушные силы врага будут сбиты.
Сталин: Это прекрасно, но как это сделать?
Изобретатель: Ну, это дело Ваших инженеров. Моё дело подать идею.
Дальнейшая судьба изобретателя неизвестна...
Подобно этому эксперты ARDA провозглашают: «Было установлено, что при некоторых предположениях, а именно, если пороговая точность операции переключения может быть достигнута, то коррекция квантовых ошибок позволит квантовому компьютеру функционировать бесконечно долго». Здесь ключевые слова «при некоторых предположениях», однако, эксперты не задаются вопросом, могут ли быть эти предположения осуществлены в реальном мире.
Квантовый отжиг. Совершенно иной подход, инициированный компанией D-wave и подхваченный и разработанный компаниями IBM, Google, Microsoft и др., основан на использовании сверхпроводящих Джозефсоновских контактов в качестве кубитов при температуре жидкого гелия и ниже. В зависимости от некоторых параметров системы Джозефсоновские контакты могут играть роль как классических битов (и многие исследователи разрабатывают классические компьютеры на основе Джозефсоновской логики) так и квантовых кубитов.
При этом НЕ имеется в виду тот квантовый компьютер, о котором идут разговоры в течение 20 лет, это устройство НЕ сможет разлагать большие числа на множители по алгоритму Шора и НЕ сможет производить поиск по базе данных, используя квантовый алгоритм Гровера. Скорее, оно предназначено для осуществления «квантового отжига». После начального приготовления любая система, классическая или квантовая, при низкой температуре будет релаксировать к своему основному состоянию. Численное или аналитическое вычисление основного состояния более или менее сложной квантовой системы – задача практически невыполнимая – именно поэтому Фейнман исходно выдвинул идею КК.
Отсюда идея моделирования системы взаимодействующих кубитов с помощью эквивалентной системы сверхпроводящих квантовых контуров, базирующихся на контактах Джозефсона. Не предполагается производить квантовые вычисления с помощью квантовых операций, проблема квантовой коррекции ошибок также не возникает. Нужно просто замерить состояние системы (точнее, некоторых ее характеристик - малой части из огромного числа всех ее квантовых амплитуд) после отжига.
Подобный подход совершенно разумен. Однако Гугл заявил, что 49-кубитовый сверхпроводящий чип в холодильнике при 10 милликельвинах (создание которого было --обещано к концу 2017 года) сможет превзойти классические машины и таким образом продемонстрировать «квантовое превосходство»).
Это заявление представляется некоторым преувеличением. Упомянутый чип не будет представлять собой «квантовый компьютер», это будет всего лишь некоторая специфическaя квантовая система (которая может быть вполне интересна сама по себе).
Не вполне ясно, какая может быть практическая польза от этого. Однако такое моделирование может принести некоторое дополнительное знание о поведении больших и сложных квантовых систем. Другая высказанная идея состоит в том, что системы D-wave смогут дополнить обычные классические компьютеры.
Заключение. Практическое осуществление квантового компьютера основано на манипулировании на микроскопическом уровне и с грандиозной точностью многоэлементной физической системой с непрерывными степенями свободы. Очевидно, что для достаточно большой системы, квантовой или классической, эта задача становится невыполнимой, именно поэтому такие системы переходит из ведения микроскопической физики в область статистической физики. Представляет ли система из N = 103–105 квантовых спинов, необходимая чтобы превзойти классический компьютер в решении ограниченного числа специальных задач, достаточно большой в этом смысле? Сможем ли мы когда либо научиться контролировать 10300 (по меньшей мере) амплитуд, определяющих квантовое состояние такой системы?
Мой ответ – нет, никогда.
ДОБАВЛЕНИЯ К СТАТЬЕ из переписки по этой проблеме между членами комиссии по борьбе со лженаукой
Примечание редактора бюллетеня "В защиту науки" и председателя комиссии по борьбе со лженаукой Евгения Борисовича Александрова :
В начале 80-х годов прошлого столетия, т.е. около 35 лет назад, я был приглашен на одно из первых обсуждений проблемы квантового компьютера (КК) в вычислительный центр АН СССР. Приглашён в качестве физика-экспериментатора, известного своими первыми демонстрациями реальности суперпозиционных состояний, т. е., кубитов. Будучи допрошен идеологами КК на предмет точности измерений базисных проекций моих кубитов, я гордо ответил, что точность может доходить до одной миллионной доли, что глубокое разочаровало вопрошающих. На мой вопрос, «а сколько надо?», я получил ответ, что это зависит от задачи. «Ну, если надо, например, факторизовать число с 20 десятичными знаками, то точность измерения компонент кубита должна иметь тот же порядок». С тех пор я потерял интерес к теме КК. Замечу дополнительно, что точность измерений громадного большинства физических величин не превышает 8-9 десятичных знаков и лишь в исключительной задаче измерения частоты достигает ныне пятнадцатого знака. (При этом, эта точность реализуется за время измерения порядка секунд, так что о высоком быстродействии мечтать не приходится).
Острый интерес к быстрой факторизации больших чисел связан с проблемой разгадки сложных шифров. Перспектива создания квантового компьютера ставит под угрозу основы классической криптографии, что, в свою очередь, породило бум работ по квантовой криптографии, недоступной ожидаемому могуществу квантового компьютера.
М.И.Дьяконов:
Я думаю, что несмотря небывалую активность в течение 20 лет, история квантового компьютера приближается к своему концу, потому что 20 лет - это типичное время жизни большого пузыря в науке, потому что слишком много необоснованных обещаний было дано, потому что общество устало от почти ежедневных объявлений о новых «прорывах», поскольку все академические позиции в области квантовых вычислений уже заняты, потому что адепты квантовых вычислений стареют и становятся менее активными, в то время как молодое поколение ищет чего-то нового.
Обсуждённые выше проблемы, как и другие, неупомянутые здесь, оставляют серьёзные сомнения относительно дальнейшей судьбы квантового компьютера. Огромный разрыв между элементарными, но при этом очень трудными экспериментами, с одной стороны, и крайне разработанной, но при этом довольно безответственной теорией, с другой стороны, не представляется скоро преодолимым. Кроме того, по-прежнему нет ясности в преимуществах гипотетических квантовых вычислений и стоят ли они усилий поколений исследователей и инженеров.
Беспрецедентный уровень рекламы и необоснованных обещаний, сопровождающий эту эпопею, служит плохим признаком, как и великое множество безответственных в большинстве предложений осуществления «квантовых вычислений с помощью…».
Таким образом, перспективы квантовых вычислений представляются крайне сомнительными. Скептицизм – это нормальная и здоровая позиция в науке, в отличие от религии, и дело верующих дать убедительные доказательства того, что обещанное чудо рано или поздно случится.
Валерий Лебедев:
Dear Михаил Игоревич, ниже информация, о которой я не знаю что и думать Там не о теоретических посылках, там говорится об уже выпущенной модели авто с новым видом связи. Цена авто - 55 тыс. дол.
Привожу из статьи самое главное:
Южнокорейская машиностроительная компания СанЙонг (SsangYong Motor Company, четвёртый по величине производитель легковых автомобилей в Корее), оснастила свою модель кроссовера Future стационарным (пока!) кубитовым (квантовым) телефоном.
Его создание стало возможным благодаря сотрудничеству учёных Физического факультета МГУ, а также корпорации Самсунг (Samsung Group), а также Китайской академии наук, чей спутник «Мо-цзы» (Quantum Science Satellite (QSS), QUESS), предназначенный для квантовой передачи информации, функционирует на орбите с января 2017 года.объявивших в декабре 2017 года о создании рабочего прототипа,
Сам новый сотовый телефон (пока по традиции его называют так) представляет собой двунаправленный (т.е. работающий и на приём, и на передачу) эффектор квант-кубитового поля, и обладает уникальными характеристиками.
Так, данные при передаче кодируются в квантовых состояниях фотонов. Любая несанкционированная попытка изменить эти состояния приведет к тому, что они изменятся в соответствии с законами квантовой физики. Поэтому скрытно "подсмотреть" данные, передаваемые по квантовому каналу, нельзя. Собеседники неминуемо обнаружат, что их подслушивают по изменению состояний фотонов.
Наконец, скорость передачи данных уже доходит до 2 000 Тбод (две тысячи миллиардов Кбит в секунду), что на несколько (!) порядков превосходит самые быстрые действующие на сегодняшний день сети.
Новому средству связи не нужны вышки, ретрансляторы, физические каналы связи и прочие элементы современных сотовых сетей.
Всё это уже в ближайшем будущем заменят 16 (12 рабочих и 4 резервных) спутника, которые и сделают ненужной всю эту громоздкую и устаревшую структуру. Каждый из спутников планируется оснастить 200-кубитовым блоком обработки данных на холодных атомах рубидия, созданным под руководством Михаила Лукина, сооснователя Российского квантового центра и профессора Гарварда.
Конечно, статья в cont.ws - фейк, я навел справки. Но ловко скроенный. Вообще этот cont.ws - источник ненадежный, ну его. Образовался в июле 2014 г. и все это время периодически козлит.
И этот Михаил Лукин, проф. Гарварда и Сколково - тот еще фрукт. С этим Сколково совсем беда. Ну, если там завотделом интеллектуального прогнозирования был секстренер Рыбки Алекс Лесли (сейчас сидящий в тюрьме Бангкока), то о чем говорить? Только о переименовании Сколково. Точнее, писать стоило бы так: Сколько? Во!
С почтением ВЛ
Валерий Лебедев:
Михаил Игоревич, привожу еще одно сообщение.
Компания Google построила квантовый процессор, в котором 72 сверхпроводниковых кубита объединены в двумерный массив.
Пока что компания не раскрывает подробных характеристик построенного устройства, однако утверждает, что оно позволяет достичь квантового превосходства.
Новую разработку компания представила на ежегодной встрече Американского физического сообщества в Лос-Анджелесе, кратко о ней сообщается в блоге компании.
см. http://research.googleblog.com/2018/03/a-preview-of-bristlecone-googles-new.html
см https://nplus1.ru/news/2018/03/06/google-72-qubit?utm_source
С почтением, ВЛ
Михаил Дьяконов:
Michel Dyakonov Суббота, 3 марта 2018, 21:17 +03:00
Валерий Петрович, Quantum computing - это не лженаука в том смысле, что оно не противоречит установленным законам природы (как например, релиз-активность), и многие хорошие и настоящие ученые участвуют в этой деятельности. Сделаны очень трудные и красивые эксперименты (с 3-5 кубитами).Вся теоретичекая работа производится компьютерными математиками (computer scientists), как Peter Shor, предложивший знаменитый алгоритм, позволяющий (если все идеально) разлагать на множители огромные числа, недоступные для обычного компьютера.
Подавляющее число этих математиков никогда в жизни не решили ни одной задачи по квантовой механике, не представляют себе, что такое эксперимент, и как и почему эксперимент может не полностью соответствовать теории. Они читают постулаты квантовой механики на первой страницы учебника и полагают, что этого достаточно.
Сила квантового компьютера состоит как раз в том, что состояние системы из N кубитов характеризуются 2^N непрерывными параметрами - квантовыми амплитудами. Но в этом же состоит его слабость и большая уязвимость: поскольку любой непрерывный параметр не может иметь точного значения и подвержен неконтролирумым воздействиям.
Наш обычный компьютер содержит N переключателей, имеющих два дискретных положения вкл/выкл. Если заменить эти переключатели на N элементoв с непрерывным множеством положений, ничего не получится. Тем более, если таких непрерывных элементов 2^N! (Здесь восклицательный знак НЕ означает факториал, но все равно дело плохо, если N=1000). И совершенно очевидно, что никакая коррекция ошибок не может помочь, когда речь идет о супер-астрономических количествах непрерывных величин.
Лет 10 назад основатель D-wave (забыл фамилию) в частной переписке сказал мне, что разумеется gate model (описанная выше) никогда работать не будет, поэтому он идет другим путем. Этот другой путь сейчас становится очень популярным, он состоит в том, что создается искусственная квантовая система на основе джосефсоновских переходов, погруженная в жидкий гелий. Система живет по своим законам, и приходит в свое основное состояние (или близко к нему), после чего можно измерить некоторые наиболее интересные или легко измеряемые ee параметры (все измерить нельзя, их 2^N).
Новый тренд состоит в том, чтобы продавать публике эту систему в качестве квантового компьютера. Однако эта система не может ничего вычислять (не может разлагать на множители большие числа по алгоритму Шора), она способна только симулировать сама себя. С тем же успехом можно в качестве КК продавать атомы свинца с их 92 кубитами!
Я вкратце изложил содержание моей статьи, и я уверен, что эта точка зрения на КК будет через некоторое время признана всеми. Пока это не так. Нужно ли эту статью печатать - решать не мне.
Для правильной работы КК нужно, чтобы 10^300 непрерывных переменных (квантовых амплитуд), которые определяют его состояние в каждый момент, имели бы заданные нами значения (с какой-то точностью, которая до сих пор не установлена) и изменялись по нашей воле в соответствии с определенной программой. Вот это, говорю я, невозможно.
Почему? - Уж слишком их много (гораздо больше, чем частиц во Вселенной), за всеми не уследишь. Есть, конечно, и декогеренция, т.е. изменения этих амплитуд помимо нашей воли и намерений - за счет разного рода шумов.
Что касается "квантового компьютера " Google и "квантового превосходства", я об этом упоминаю в моей статье. Строится искусственная квантовая система из 49, а теперь уже из 72, джозефсоновских переходов, которую можно перестраивать и некоторые из ее характеристик измерять (все ee 2^72 параметра измерить невозможно).
Такая система автоматически симулирует сама себя. Это может быть интересно и полезно, но это НЕ квантовый компьютер, например, он не способен разлагать числа на множители.
Валерий Лебедев:
Михаил Игоревич, ваши аргументы как раз очень убедительны. Но и ГУГЛ представил работающую машину на выставке. Пусть это и не квантовый комп, раз не разлагает числа на множители, но тогда что это?
М.И. Дьяконов:Валерий Петрович, Вы спрашиваете: "Пусть это и не квантовый комп, раз не разлагает числа на множители, но тогда что это?"
Я не знаю. Все подробности - коммерческая тайна, так же как и у D-wave.
Ясных объяснений, что эта машина умеет делать, пока нет.
Как я понимаю, можно различными образами соединять между собой эти джозефсоновские переходы и таким образом получать различные искусственные квантовые системы, причем рассчитать их теоретически (или на обычном компьютере) невозможно - это уже слишком сложно.
Никакой лженауки тут нет, все правда, но этот "компьютер" вычисляет только свое собственное состояние. Мы же можем измерить некоторые его характеристики.
При удачном стечении обстоятельств, мы можем родить человека - безумно сложную (и в конечном счете квантовую) систему. Но стоит ли это описывать как создание квантового компьютера и/или достижения "квантового превосходства"?
Михаил Дьяконов: Уважаемый Александр Генрихович (Сергеев),
Я хочу ответить только на один, возможно самый важный пункт в Вашем письме:
Да, понадобятся миллионы физических кубитов, однако при этом вовсе не нужно будет непосредственно и точно измерять их совокупное состояние, а значит, «ужасающее число 2^N непрерывных параметров, характеризующих состояние всей квантовой машины» ужасает чисто умозрительно. Мы же научились описывать газы и кристаллы, состоящие из ~10^24 атомов, хотя с позиций лапласовского детерминизма решение такой задачи по зубам только сверхъестественным силам.
Верно, что не нужно измерять 2^N непрерывных параметров. Однако абсолютно необходимо, чтобы эта совокупность параметров была под нашим контролем. Если эти параметры уплывут, и не будут в точности (с какой точностью - неизвестно, как сказано в моем тексте) равны тому, что предполагает чистая теория, то никаких квантовых вычислений не получится.
Именно поэтому удается экспериментально получить удовлетворительные результаты с тремя кубитами (2^3=8) и не удается - с 10-ю и более (а для полезной машины нужно 1000 и более).
Ваша аналогия с кристаллами и лапласовским детерминизмом неудачна. Мы успешно описываем макроскопические характеристики многочастичных систем (например, теплоемкость), для чего нам совершенно не нужно чтобы положение и скорость каждого атома были под нашим контролем . Наоборот, предполагается (совершенно справедливо), что эти параметры индивидуальных атомов случайны - с ограничениями, накладываемых только общими законами сохранения энергии, момента, и импульса всей системы.
В противоположность этому, гипотетический квантовый компьютер никак не сможет работать, если 2^N его параметров будут случайными. Они должны иметь заданные нами значения и быть пoд нашим контролем, точно также, как транзисторы в Вашем лаптопе, которые нельзя себе представлять как газ, или кристалл при комнатной температуре - мы их контролируем и ими управляем.
Хочу еще заметить, что обсуждаемый текст есть вольный перевод статьи заказанной мне американским журналом IEEE Spectrum (который Вы цитируете). Должна быть опубликована месяца черз 2-3. Возможно, это признак того, что направление ветра в этой области начинает меняться.
Quantum computing - это не лженаука в том смысле, что оно не противоречит установленным законам природы (как например, релиз-активность), и многие хорошие и настоящие ученые участвуют в этой деятельности. Сделаны очень трудные и красивые эксперименты (с 3-5 кубитами).
Вся теоретичекая работа производится компьютерными математиками (computer scientists), как Peter Shor, предложивший знаменитый алгоритм, позволяющий (если все идеально) разлагать на множители огромные числа, недоступные для обычного компьютера.
Подавляющее число этих математиков никогда в жизни не решили ни одной задачи по квантовой механике, не предствляют себе, что такое эксперимент, и как и почему эксперимент может не полностью соответствовать теории. Они читают постулаты квантовой механики на первой страницы учебника и полагают, что этого достаточно.
Сила квантового комьютера состоит как раз в том, что состояние системы из N кубитов характеризуются 2^N непрерывными параметрами - квантовыми амплитудами. Но в этом же состоит его слабость и большая уязвимость: поскольку любой непрерывный параметр не может иметь точного значения и подвержен неконтролирумым воздействиям.
Наш обычный компьютер содержит N переключателей, имеющих два дискретных положения вкл/выкл. Если заменить эти переключатели на N элементoв с непрерывным множеством положений, ничего не получится. Тем более, если таких непрерывных элементов 2^N! (Здесь восклицательный знак НЕ означает факториал, но все равно дело плохо, если N=1000). И совершенно очевидно, что никакая коррекция ошибок не может помочь, когда речь идет о супер-астрономических количествах непрерывных величин.
Лет 10 назад основатель D-wave (забыл фамилию) в частной переписке сказал мне, что разумеется gate model (описанная выше) никогда работать не будет, поэтому он идет другим путем. Этот другой путь сейчас становится очень популярным, он состоит в том, что создается искусственная квантовая система на основе джосефсоновских переходов, погруженная в жидкий гелий. Система живет по своим законам, и приходит в свое основное состояние (или близко к нему), после чего можно измерить некоторые наиболее интересные или легко измеряемые ee параметры (все измерить нельзя, их 2^N).
Новый тренд состоит в том, чтобы продавать публике эту систему в качестве квантового компьютера. Однако эта система не может ничего вычислять (не может разлагать на множители большие числа по алгоритму Шора), она способна только симулировать сама себя. С тем же успехом можно в качестве КК продавать атомы свинца с их 92 кубитами!
Я вкратце изложил содержание моей статьи, и я уверен, что эта точка зрения на КК будет через некорое время признана всеми. Пока это не так.
Michel Dyakonov
Laboratoire Charles Coulomb
cc 070 Université Montpellier
34095 Montpellier, France
Komentarų nėra:
Rašyti komentarą