(495) 925-0049, ITShop интернет-магазин 229-0436, Учебный Центр 925-0049
  Главная страница Карта сайта Контакты
Поиск
Вход
Регистрация
Рассылки сайта
 
 
 
 
 

Квантовые вычисления. Существует ли квантовый компьютер на самом деле.

Андрей Анненков,
кандидат технических наук
"Коммерсантъ Наука" №55, ноябрь 2019

В конце октября со слов  Google  (формально - материнской компании  Alphabet ), где построен 54-кубитовый квантовый вычислитель, многие вслед за WSJ опубликовали новость, что задача, для которой традиционному суперкомпьютеру потребовалось бы 10 тыс. лет, решена этим вычислителем за минуты.

Андрей Анненков (

Кандидат технических наук Андрей Анненков

Утверждение  Google  опротестовали конкуренты из IBM: никакие не 10 тыс. лет, суперкомпьютер справится за пару дней. WSJ добавила, опираясь на собственных экспертов, что практического значения (читай: перспективы продажи технологии) событие не имеет вне зависимости от того, правду или нет сообщает миру  Google .

У  Google  есть оппоненты и в России. Директор по технологиям IBM в России и СНГ, кандидат технических наук Николай Марин объясняет: "Распространено мнение, будто квантовые компьютеры - новое явление в индустрии, но ученые уже более 100 лет изучают и тестируют практические свойства и принципы, лежащие в основе квантовых вычислений. IBM разрабатывает универсальный квантовый компьютер с 1981 года. Когда мы три года назад впервые предоставили открытый доступ к квантовому компьютеру через публичное облако, мы не знали точно, каких результатов ожидать. Для чего его будут использовать? Для развлечений? Для научных исследований? Возможно, для чего-то еще, о чем мы вообще не думали? Теперь мы точно знаем, что для всего сразу. Бесплатный сервис IBM  Q Experience  быстро собрал более 150 тыс. активных пользователей по всему миру, уже две сотни научных статей опубликованы благодаря его использованию. Видно, что квантовые компьютеры открывают бескрайние возможности для поиска и применения креативных решений. Человечество скоро сможет по-новому взглянуть на проблемы, которые раньше казались нам неприступными. Вот тогда и наступит время удивительных свершений".

Это тоже квантовая пропаганда. Квантовые вычисления ни в  Google , ни в IBM не вылупились из лабораторной стадии. Теоретически ясно, что обработку данных действительно можно вести иначе, чем это происходит в обычных компьютерах, и что квантовые вычисления для нескольких - буквально нескольких - задач несопоставимо эффективнее возможностей традиционных компьютеров.

Задачи эти, однако, настолько важны для государств, что сомневаться в концентрации ресурсов, достаточных для практической реализации квантовых вычислений, не приходится. Оценить необходимое для практических результатов время, правда, нельзя. Не исключено, что они уже и достигнуты, но используются спецслужбами тайно.

Теория

Квантовый компьютер использует привычную вычислительным машинам двоичную систему счисления, "внутри" у него только нули и единицы. Однако термин "кубит" ( q-bit , "бит" квантового компьютера) обозначает принципиальное отличие от бита: про состояние кубита в каждый момент времени нельзя сказать, что у него внутри - ноль или единица. Чтобы выяснить это, надо "снять" данные - открыть коробку с котом Шредингера и понять, жив кубит ("1") или мертв ("0").

Аналогию "кубит как кот Шредингера" можно (и нужно) заменить несколько более сложной (хотя тоже примитивной) аналогией "кубит как электронное облако", то есть сфера, в каждой точке которой  может  находиться размазанный по орбите электрон. Эту сферу мысленно разрезаем (как пилой, пополам), чтобы "выловить" электрон в одной из двух получившихся полусфер. Практический смысл для конструктора квантового компьютера: если электрон в одной полусфере, значит, кубит на момент измерения находится в состоянии "1", если в другой - "0". До измерения кубит находится в так называемой суперпозиции: оба его возможных состояния смешаны (однако сумма вероятностей состояний равна 1). Едва измерение состояние кубита произошло - все кончено, как в детской игре "Замри!". Информация о предыдущей "жизни" кубита разрушается, как коробка, в которой сидел кот.

Квантовые вычисления обеспечиваются возможностью зафиксировать взаимосвязь совокупности (регистра) кубитов, находящихся в суперпозиции. Кубиты можно ввести в так называемое запутанное (общее, единое) состояние, когда измерение одного кубита фиксирует не только его состояние, но и состояние всех  N -кубитов в регистре. Если  N -кубиты в регистре запутаны, тогда одной операцией квантовый компьютер может сразу, одновременно, обработать 2 N  бит данных.

Это дает, во-первых, грандиозный рост размерности обрабатываемых данных: при  N  = 50 регистр запутанных кубитов эквивалентен по объему хранимых данных 10 в 18-й степени бит. Во-вторых, позволяет решать упомянутые выше задачи, недостижимые для классических компьютеров.

Практика

К числу таких задач, в частности, относятся:

  • поиск в массивах неструктурированных данных (радикальное ускорение обработки больших данных);
  • разложение чисел на простые множители (алгоритм Шора, важен для преодоления криптозащиты данных - квантовый компьютер за секунды способен сделать то, на что у суперкомпьютера уйдут миллиарды лет);
  • быстрое генерирование последовательности подлинно случайных чисел (практическое применение - одноразовые ключи для гарантированно защищенной передачи данных по открытому каналу связи; очевидно, о решении именно этой задачи и сообщил  Google );
  • моделирование квантовых систем - молекул и материалов (практическое применение - фармакология, средства защиты от биологического оружия), причем для решения таких задач достаточен "маломощный" квантовый компьютер с регистром до 100 кубит.

Но пока это лишь теоретические возможности. Физическая реализация квантовых компьютеров находится в стадии исследований и экспериментов, а развитие алгоритмов квантовых вычислений обеспечивается имитацией квантовых компьютеров с помощью устройств, лишенных квантовой природы.

Программное обеспечение квантовых вычислений - системы программирования и отладки программ - только предстоит создать. Это нетривиальная задача. Она не решена даже для традиционных суперкомпьютеров, мощность которых эффективно используется только для ограниченного круга задач.

Квантовые коммуникации

Функция квантовых коммуникаций (технологически они совершенно самостоятельны по отношению к квантовым вычислениям, это другая предметная область) состоит в обеспечении абсолютно защищенных от хищения данных каналов связи, и в отличие от квантовых вычислений технологии квантовых коммуникаций уже готовы к практическому применению.

В августе 2019 года в Австрии, в Университете Инсбрука и Австрийской академии наук, успешно испытана передача запутанного квантового сигнала на 50 км по обычной волоконно-оптической линии связи. Попытка перехвата данных моментально становится известной участникам обмена - прочтение сигнала разрушает передаваемые данные.

Абсолютная надежность криптозащиты квантовых коммуникаций математически доказана: определенные алгоритмы криптозащиты с использованием "шифроблокнотов", то есть одноразовых паролей (ключей), нельзя вскрыть. Условия - длина ключа не может быть меньше длины сообщения, а также абсолютная, подлинная случайность последовательности символов, составляющих пароль, - генерация псевдослучайных чисел с помощью обычных компьютеров не годится.

Проблема передачи одноразового ключа по открытому каналу связи в квантовых коммуникациях решается так: информацию об одноразовом ключе несет фотон, содержащиеся в нем данные (они записываются фазовой модуляцией, поляризацией, возможно, иными технологическими приемами) приемник и передатчик "видят" одновременно, после чего в канал поступает закодированная этим - одноразовым, напомним - ключом порция данных. Перехват фотона разрушает его и тем демаскирует внешнего наблюдателя: в этом случае участники сеанса связи немедленно узна ю т, что их подслушивают.



 Распечатать »
 Правила публикации »
  Обсудить материал в конференции Дискуссии и обсуждения общего плана »
Написать редактору 
 Рекомендовать » Дата публикации: 19.12.2020 
 

Магазин программного обеспечения   WWW.ITSHOP.RU
ARCHICAD 21, локальная лицензия
Avira Internet Security Suite, 1 ПК, 1 год
Allround Automation PL/SQL Developer - 5 user license
Oracle Database Standard Edition 2 Processor License
ZBrush 4R6 Win Commercial Single License ESD
 
Другие предложения...
 
Курсы обучения   WWW.ITSHOP.RU
 
Другие предложения...
 
Магазин сертификационных экзаменов   WWW.ITSHOP.RU
 
Другие предложения...
 
3D Принтеры | 3D Печать   WWW.ITSHOP.RU
 
Другие предложения...
 
Новости по теме
 
Рассылки Subscribe.ru
Информационные технологии: CASE, RAD, ERP, OLAP
Программирование на Microsoft Access
CASE-технологии
OS Linux для начинающих. Новости + статьи + обзоры + ссылки
СУБД Oracle "с нуля"
Один день системного администратора
Windows и Office: новости и советы
 
Статьи по теме
 
Новинки каталога Download
 
Исходники
 
Документация
 
Обсуждения в форумах
Пишу программы для Windows (в том числе базы данных) (5)
Написание компьютерных программ на заказ. Разработка корпоративных информационных...
 
Требуется Программист 1 С (3)
Готовы обсуждать вариант удаленной работы Требования: Опыт работы по программированию 1С...
 
Отличается ли ДрифтКазино от беттинга? (20)
Друзья, давно заметил, что на Дрифте уже несколько месяцев во всю рекламируется и предлагается...
 
Фавориты и призёры Евро 2020 (1)
Среди тех, кто выиграет Евро-2020 https://eurocup-2020.ru/about-euro/kto-pobedit-na-evro, мы...
 
Написание любых программ на заказ (21)
Напишу любую программу на заказ
 
 
 



    
rambler's top100 Rambler's Top100