Квантовые компьютеры. Сжатие времени вычислений
Представьте себе мир, в котором доступ к невообразимым вычислительным мощностям позволяет решать задачи, ранее считавшиеся неразрешимыми. Именно в этом главное назначение квантовых компьютеров. Эти машины и создаваемые для них алгоритмы служат для решения задач экспоненциальной сложности, которые принципиально не под силу даже суперкомпьютерам. Примеры таких проблем: оптимизация логистических цепочек, разработка новых лекарств, моделирование климатических изменений. Основными направлениями исследований и бизнеса являются моделирование естественных квантовых систем посредством кубитов (сидите, разлагаете молекулы на атомы…), оптимизация всего на свете и совокупление с искусственным интеллектом.
В сущности мы пытаемся сократить время вычисления сложных задач, превращая его из практически бесконечного в реально осязаемое. Будучи сжатым и распараллеленным таинственными алгоритмами, оно раскроет перед нами качественно новый уровень в понимании структуры и свойств веществ. Это приблизит создание новых материалов и лекарств, к пониманию строения белков.
Квантовые вычисления используют принципы квантовой механики, такие как суперпозиция, запутанность и интерференция. Кубиты могут находиться в суперпозиции нескольких состояний одновременно, что и демонстрирует нам Кот Шрёдингера. Причем, ценой собственной жизни. Хотя строго говоря, он все еще больше запутывает. Квантовую же запутанность демонстрирует знаменитый эксперимент Эйнштэйн-Подольский-Розен (ЕПР), когда великий ученый задумал обмануть природу, но вышло наоборот. Запутанные частицы мгновенно взаимодействуют друг с другом, независимо от расстояния, подобно связи Моисея с Облачным столпом при переходе сынов Израиля через Тростниковое море.
Квантовая мифология рисует порой картины замены классических вычислительных устройств, таких как лептопы и телефоны на квантовые аналоги. Ничего подобного не происходит и не планируется. Квантовые машины занимают свою нишу — решение сложных вычислительноемких задач. Но даже в этой области на практике используются гибридные решения. Квантовый вычислитель можно понимать как гравицапу, волшебный жезл, святой Грааль — который проявляет свою волшебную силу коротко и по вызову.
По распространенному мнению, моделирование молекулярных структур, определение Энергии Основного Состояния (Ground Stage Energy) с выходом в материаловедение и разработку новых материалов и лекарств — это направление, в котором будет достигнут прорыв в квантовых вычислениях. Здесь скрывается философский камень алхимиков средневековья.
Основной проблемой квантовых вычислений является невероятная чувствительность к ошибкам. Любое изменение в окружающей среде, микроволновый фон, минимальная флуктуация температуры, ПСИхованное нейтрино, решившее провзаимодействовать именно с нашим кубитом — ведет к нарушению вычислительного процесса, сводя на нет все усилия. Поэтому главный вектор исследований направлен на коррекцию или как минимум подавление ошибок. Только так можно достичь квантового преимущества, при котором квантовые компьютеры решают задачи недоступные суперкомпьютерам.
К настоящему моменту достигнуты результаты в моделировании катодных материалов в аккумуляторах. Автомобильная индустрия, химические концерны, банки и страховые компании, электрификация и инфраструктура — сценариев применения навалом, только успевай.
Взаимодействие квантовых вычислений с искусственным интеллектом — это Инь-Янь, создающий и направляющий вычислительную энергию Чи. Напоминает сотрудничество двух гениев. Уже сегодня ИИ оптимизирует компиляцию квантовых программ на язык кубитов. Включение квантовых элементов в нейронные сети может значительно ускорить обучение последних.
Квантовая криптография обеспечивает абсолютную безопасность передачи информации, опираясь на фундаментальный принцип природы — запрет клонирования (не в смысле эмбрионов, а на уровне элементарных частиц). Пост-квантовая криптография подразумевает использование математических методов, более сложных, чем разложение на простые числа (RSA) для защиты от квантовых атак. Привет Петеру Шору, предложившему квантовый алгоритм взлома RSA еще в 1994 году. Это был сильный толчок для развития квантовых вычислений.
Сегодня существует несколько видов квантовых компьютеров, каждый со своими достоинствами и слабостями. Это машины на основе сверхпроводников, ионных ловушек, фотонов, а также углеродно-азотных кристаллов.
В построении Вавилонской Башни участвуют США, Европа, Китай, Канада, РФ. Основу сборной составляют IBM, Google, Microsoft, Rigetti, a также стартапы, университеты и прочая, и прочая и прочая. Имя им Легион. Все стремятся быть первыми.
