Random Science: Квантовый компьютер – как он работает?

Random Science: Квантовый компьютер – как он работает?

Квантовые компьютеры... возможно кто-то из нас знаком с тем, что же это такое, другие приблизительно понимают в чем их суть, а для кого-то это вообще Мерлинова магия. Это не типичная технология вычислений построенная на процессорах состоящих из миллиардов миниатюрных транзисторов производящих нужные нам вычисления. На самом деле квантовые компьютеры, это действительно что-то из раздела черной магии, для понимания которой необходимо продать душу дьяволу. Даже многие ученые до сих пор не могут полностью обернуть свое сознание в суть квантовых вычислений – настолько они сложны, и, порой, абсурдны. 

На днях наткнулся на отличный ролик, где пара физиков-теоретиков описывают то, что такое квантовый мир, и как он может привести к созданию действительно поразительных вычислительных машин. К сожалению ролик на английском, однако я постараюсь кратко объяснить суть этой проклятой магии.

Дело в том, что квантовая механика работает совсем по другим законам, отличным от тех, к которым привыкли мы в нашем повседневном мире. При этом, так как мир квантовой механики столь странный, то и информация в этом мире представлена в ином виде, нежели в классическом. Традиционная информация цифрового века может быть реализована в виде битов – нулей и единиц, которые составляют полную картину. Квантовая информация полагается на внутреннюю случайность, принцип неопределенности и запутывание, при этом информация может быть представлена в виде кубита – квантового бита. Последний, в отличие от традиционного 0 или 1, может быть одновременно и тем и другим – до тех пор, пока мы не взглянем на этот самый кубит. Он нигде не записан, так как он существует одновременно в обоих состояниях. 

Однако не стоит путать суперпозицию состояния как случайность. Если подбросить монету и накрыть ее рукой, то мы так же не будем знать какой стороной она легла. Это может быть решка или орел. Суть в том, что монета уже приняла определенную позицию. Данную позицию можно описать теорией вероятности, тогда как квантовая монета, пока на нее не взглянешь, будет одновременно и решкой и орлом, при этом на нее не действует теория вероятности.

Что же нам дает этот кубит?

Он находится в состоянии внутренней случайности, что позволяет нам смотреть на него двумя разными способами, тогда как обычный бит имеет лишь один способ. Если взять две обычные монеты, то подбросив их мы получим одну из 8 комбинаций, тогда как квантовые монеты будут иметь уже 18 комбинаций. И чем больше таких квантовых монет, тем значительно больше у нас будет вариантов просчета данных. Даже если взять 200 кубитов, то благодаря своей квантовой суперпозиции количество корелляций между кубитами в виде традиционных битов, то их количество цифр превысит количество атомов во всей видимой вселенной.

 Отлично, у нас есть супер-компьютер, который может делать то, что ни один обычный компьютер не сможет сделать никогда, но для эффективной работы у нас должна быть возможность изучать, наблюдать и развивать квантовое состояние, иначе такой компьютер будет бесполезен. И тут мы упираемся в серьезную проблему.

Главная проблема квантовых вычислений в том, что протекание процесса этих вычислений должно быть под замком – никто и ничто не может видеть то, как происходит заданная операция. Фактически, мы должны закрыть вычисления от всего внешнего мира.

Если мы посмотрим на процесс решения задачи в классическом компьютере, то все будет в порядке. Процесс продолжит идти и мы продолжим получать корректные данные. Если же мы даже просто взглянем на процесс квантовых вычислений, то это уничтожит всю магию суперпозиции. Лишь в самом конце, когда компьютер готов выдать нам информацию, мы можем провести измерение. 

Даже сам компьютер, если спросить его – что ты сделал, чтобы получить ответ, скажет "Я не помню." Так как он не оставляет записей в процессе вычислений. 

Именно поэтому создание квантового компьютера так сложно.

Вокруг нас, на безумном масштабе, происходит целый мир чего-то странного, чего-то не ясного. И лишь в последние десятилетия наши технологии дошли до того уровня, когда мы можем слегка коснуться этой магии, изучать ее и манипулировать ей. 

36 Комментариев

  • superhazeg
    Комментарий скрыт. Показать

    Действительно похоже на какую-то магию.

    0
  • Shoogo
    Комментарий скрыт. Показать

    Мичио Каку просто и наглядно это все объяснил в программе Научная нефантастика. =)

    0
  • CohenCohen
    Комментарий скрыт. Показать

    @Shoogo, хорошо тем, кто ее смотрел )

    0
  • Shoogo
    Комментарий скрыт. Показать

    @Cohen, 21 век, у вас все в руках =) Серия называется Роботы.

    0
  • CohenCohen
    Комментарий скрыт. Показать

    @Shoogo, да мне не надо, я то и до этого знал о том, как они работают )

    Просто попалось видео, решил написать что и как )

    0
  • Recrut
    Комментарий скрыт. Показать

    Всякая ли сила энергия? Вот допустим сила притяжения тоже в коком то смысле энергия (которой мы кстати не пользуемся), а закон сохранения энергий гласит, что энергия не может возникнуть не откуда и исчезнуть никуда. Т.е. энергия притяжения земли куда то исчезает? Вот видео для размышления о чём я сейчас вам говорил откройте глаза вас дурит правительство, чтобы продавать нефть http://www.youtube.com/watch?v=rjJt4cYKLO0

    0
  • CohenCohen
    Комментарий скрыт. Показать

    @Recrut, энергия притяжения земли - это гравитация, одна из базовых сил. В случае с планетами и космическими объектами, она возникает благодаря массе. Не будь массы, не будет и гравитации.

    Но это оффтоп, не будем продолжать

    0
  • dimidrum
    Комментарий скрыт. Показать

    занятный факт, я знаю, что такое квантовая физика, я слышал о квантовом компьютере, но я не когда не проводил параллели между этим двумя понятиями, которые обладают одним и тем же словом в названии :D

    По теме же... похоже квантовый компьютер это точно такая же теория, как и квантовая физика.. это чертова магия.
    А вообще, я так понял, что смысл заключается в том, что если бит обладает лишь одной "клеточкой" для хранения информации, то эти "кубиты" обладают двумя... но при этом при увеличении их количества, "клеточки" для хранения увеличиваются многократно и куда больше, чем у бита? Т.е. квантовый компьютер, с помощью кубитов позволяет хранить и следовательно, обмениваться большим количеством информации по сравнению с обычным компьютером?

    0
  • CohenCohen
    Комментарий скрыт. Показать

    @dimidrum, если говорить на примитивном языке, то да. Но дело даже не в хранении, а в том, что информация сразу может существовать в состоянии целой вселенной, что позволяет достигать таких вычислений, которые не под силу ни одному обычному компьютеру.

    Одно из практических применений – расшифровка кодов. Благодаря свойствам, нам не нужно методично подбирать ключ, достаточно загрузить код и правила, после чего кв.ко. из символов сразу создаст все возможные модели, так как может быть сразу всеми символами

    0
  • Japan
    Комментарий скрыт. Показать

    Вообще самое простое действие квантовой физики - это фотосинтез.) Квантовые компы по моим прогнозам должны появится примерно через 50 лет. Через 3-5 лет - будет сильная виртуальная, но пока не полная, реальность. Плюс компы еще себя не исчерпали и будут работать еще приличное количество времени...

    @Cohen, эм..да это знает каждый, но сейчас эти "факты" проходят сильное переосмысления...ведь все новые данные не могут вложится в общую теорию..Всегда так было=) Мы еще многого не знаем и ответы могут быть вообще простыми...но такими , что мозг будет лопаться от масштабов=)

    @dimidrum, лично я понимаю это...как способность находится одновременно в двух местах сразу. То есть вычисления проходят одновременно в множестве разных мест и покрывают собой много разных вариантов сразу! , но это не факт:D

    @Cohen, согласись по сути...это дверь просто к невероятным вещам. Телепортация... межпространственные прыжки...супер компы..ии...продление жизни...избавление от нефти и переход к новой энергии! Жеесть просто:D

    0
  • Recrut
    Комментарий скрыт. Показать

    @Cohen, ну если судить по тому что информацию сейчас можно записать даже на луч лазера, то в принципе исключать что либо будет глупо.

    0
  • Vinche
    Комментарий скрыт. Показать

    Тоисть он может за секунду делать огромное количество вычислений и показывать только результат? И чем выше количество этих самых вычислений тем точнее будет сам результат?
    Я думаю работать с этим компьютером сложно,но намного сложнее писать для его работы ПО.

    0
  • dimidrum
    Комментарий скрыт. Показать

    @Vinche, в начале бы вообще разобраться во всех этих теориях -__- и подтвердить их

    0
  • Japan
    Комментарий скрыт. Показать

    @dimidrum, думаю, чтобы решить проблему - не надо ничего доказывать, а просто действовать!. некоторые вещи за пределами понимания нашего мозга...и попытка вдуматься, может человека убить). Такое правда бывает

    0
  • dimidrum
    Комментарий скрыт. Показать

    @Japan, действовать? Незнание, того что ты творишь, не приведет ни к чему хорошему. А вдумываться надо, если мы будем просто напросто пользоваться чем, что есть, мы обратно превратимся в животных.

    0
  • Recrut
    Комментарий скрыт. Показать

    @dimidrum, Именно это сейчас и происходит практически по всей планете, люди "отключают" мозг.

    0
  • Japan
    Комментарий скрыт. Показать

    @dimidrum, ты думаешь люди что то знают?. Ты о чем вообще? я не буду спорить..это просто мое мнение...но люди не понимают к чему могут привезти попытки нахождения основной частицы, но это им не мешает...люди вообще не понимают многих вещей, но это не мешает им с этим работать).

    0
  • dimidrum
    Комментарий скрыт. Показать

    @Japan, эмм... а каким образом люди должны понять, к чему приведут попытки нахождения чего-либо, если они этого не нашли и следовательно не изучили...? А зачем людям понимать строение своего тостера? (это конечно полезно, но зачем?) те кто создали этот тостер знают как он работает, и этого достаточно.
    P.S. а базон Хикса уже давно нашли, я так понял вы о нем упоминали?

    0
  • Japan
    Комментарий скрыт. Показать

    @dimidrum, да о нем, но я ни одной новости так и не прочитал, чтобы было сказанно найдено на 100%) всеегда есть слова типа почти и уже немного и так далее.
    Ты много утрируешь и не в этом суть. Я же не тебя прошу делать что то). Я просто высказался, что если много думать...то можно сломаться. Большой взрыв? теория...но нас этому учат и пытаются в этом убедить. Гравитация зависит от массы..но каждый раз ученые сталкиваются с новыми планетами, звездами и просто материей, которая не укладывается в их планы и в итоге им приходится идти на уловки, чтобы оправдать теорию...если задаваться вопросами, то ответов будет намного меньше, а вопрос всегда станет больше! Люди о воде меньше знают, чем о космосе блин) А ты мне о тостере. Делать нужно думая о простых вещах, но с заделом на будущее=).

    Я понимаю не нравятся мои мысли, но давай ты будешь думать по своему, а я по своему...а ученые и те кто этим занимаются, будут делать то, о чем думают они=) и на этом остановится..не хочу флудить.

    0
  • Recrut
    Комментарий скрыт. Показать

    @Japan, тема обречена на "флуд", это всё равно что вы сейчас откроете окно и крикните, вроде не по теме и флуд, а энергия ушла к кому то :-)

    0
  • dimidrum
    Комментарий скрыт. Показать

    @Japan, ну вроде не я, не вы, не пытаемся переспорить друг друга, мы просто дискутируем излагая свою точку зрения =)
    И я кажется понял, вы считаете, что людям не стоит задумываться о, какой нибудь там, черной дыре, так как мы током не знаем, то что вокруг нас? Но в конце концов всё взаимосвязано. Ну будите вы изучать воду.. наткнетесь на то, что приведет вас к другому, то к третьему и.т.д. в конце концов изучение воды может привести вас к червоточине =)

    0
  • Leif
    Комментарий скрыт. Показать

    А про самое няшное свойство квантов забыли... Они предают информацию мгновенно не зависимо от расстояния, нарушая СТО

    0
  • CohenCohen
    Комментарий скрыт. Показать

    @Leif, да, один из возможных вариантов "подпространственной" связи с космическими кораблями и планетами... моментальный вселенский интернет. Собственно я упомянул это – квантовое запутывание.

    0
  • Fantom2067
    Комментарий скрыт. Показать

    как по мне, квантовый компьютер - это ключ от всех дверей, создав который однажды, этот мир уже не будет таким как прежде :( Наука начнет стремительно "поглащатся", как будто притяжением черной дыры, в геометрической прогрессии пойдет открытие, за открытием, пока не наступит технологическая сингулярность. Возможно тогда мы сможем раскрыть разум вселенной (создателя, бога) и жить будет уже просто незачем

    0
  • Bornou
    Комментарий скрыт. Показать

    Я предпочитаю самое понятное сравнение аналогового и квантового компьютеров - аналоговый обдумывает информацию в точности, как мозг человека, не заходя в крайности, квантовый же может представить те мириады вероятностей, на кои способна вселенная, чего не скажешь про разум человека.

    0
  • Leif
    Комментарий скрыт. Показать

    как раз то наш мозг ближе к кванту. Т.к. разум способен представить все... Бытует даже мнение, что все что может представить разум - реально существует, а значит по сути наш разум это квант...

    0
  • Комментарий скрыт. Показать

    @Leif, они не могут передать информацию быстрее скорости света. Это распространенное заблуждение.

     Обязательным этапом при квантовой телепортации является передача информации между точками отправления и приёма по классическому, неквантовому каналу, которая может осуществляться не быстрее, чем со скоростью света, тем самым не нарушая принципов современной физики.

    Из вики.

    0
  • sundancekid
    Комментарий скрыт. Показать

    @Fantom2067, я думаю, что квантовый компьютер лишь позволит нам подняться на одну ступень выше в понимании окружающего нас мира, но по шкале абсолютного знания мы все так же будем первобытными людьми.

    0
  • Leif
    Комментарий скрыт. Показать

    @jeiz, мы наверное про немного разное говорим.

    Если у нас есть запутанная пара квантов, то при измерении одного из квантов - другой всегда принимает противоположное значение. На этом принципе возможно "передавать" информацию мгновенно.

    В 2008 году группе швейцарских исследователей из Университета Женевы удалось разнести два потока запутанных фотонов на расстояние 18 километров. Помимо прочего, это позволило произвести временны́е измерения с недостижимой ранее точностью. В результате было установлено, что если некое скрытое взаимодействие и происходит, то скорость его распространения должна как минимум в 100 000 раз превышать скорость света в вакууме. Из той же вики

    0
  • Комментарий скрыт. Показать

    @Leif,

    Если у нас есть запутанная пара квантов, то при измерении одного из квантов - другой всегда принимает противоположное значение. На этом принципе возможно "передавать" информацию мгновенно.

    Вот именно, что "передавать". То есть для того, что передать по настоящему, нам нужен еще классический канал связи, который сюрпрайз ограничен скоростью света. А то, что один из двух квантов принял противоположное состояние никакой информации на самом деле не передало. Поскольку для этого нам еще нужно узнать о том, что произошло измерение.

    0
  • Leif
    Комментарий скрыт. Показать

    но это не отменяет того факта, что передалось быстрее света )

    А о том, что произошло изменение мы можем узнать - подсматривая...

    Как же я не люблю все эту заумную чушь у юристов, физиков и прочих... можно же все объяснить просто, так нет - напридумывают непонятных терминов )

    В теории, как мне видится подобное устройство. На Земле есть связка аналоговый пк + квантовый... а у другой звезды такая же связка. Квантовые процессоры запутанны и обмениваются между собой информацией мгновенно. А вот дальше эта информация считывается обычным процессором и подается уже в нужном виде...

    0
  • Комментарий скрыт. Показать

    что значит "пока мы не взглянем на этот самый кубит" ? То есть, он так же хранится в памяти, и примет определенное значение, только в том случае, если мы, допустим, обратимся к значению переменной, где он записан?

    0
  • CohenCohen
    Комментарий скрыт. Показать

    @queen, именно так. В этом и заключается прелесть квантовой механики

    0
  • Комментарий скрыт. Показать

    @Cohen, а как это происходит с физической точки зрения?

    0
  • CohenCohen
    Комментарий скрыт. Показать

    @queen, магия...

    Это так называемая суперпозиция, почему она существует и как работает – по моему даже ученые пока не знают.

    0
  • Комментарий скрыт. Показать

    Получается человек может влиять на некоторые объекты в пространстве не касаясь их (руками,ногами), не осознанно.
    Или учёные просто ещё не могут описали поведение этого объекта в пространстве, и городят то что им первое пришло в голову, печально что они отошли от научного метода.

    0
Войдите на сайт чтобы оставлять комментарии.