Что может квантовый компьютер
Что такое квантовая механика?
Обычная механика:
– Вероятность = маскировка нашего незнания. Обычный бит памяти: 0 или 1
Квантовая механика:
Принцип суперпозиции, вероятность отражает физическую реальность. Квантовый бит (кубит): вероятность 0 и вероятность 1; Кубит = 1 число
Существует принцип суперпозиции, поскольку нельзя точно сказать в каком состоянии находится система, то система одновременно в нескольких состояниях (или во всех, но с малой вероятностью).
«Память» квантового компьютера
– регистры памяти обычного ПК: строки из 0 и 1
00001000 = 8
– «Память» квантового компьютера – состояние системы кубит, то есть вероятность каждого из возможных комбинаций:
р (00000001), р (00000010), …
1 кубит = 2 числа, 8 кубит = 2^8 = 256 чисел.
Проклятие размерности
Система n квантовых битов кодирует 2^n чисел
– на лаптопе можно эмулировать работу 15 кубит
– на суперкомпьютерах – 40 кубит
– система из 50 кубит не может быть эмулирована классически (квантовое превосходство)
Почему возможны квантовые вычисления?
Квантовая механика имеет вероятностную природу.
– есть важный класс задач (NP), решить которые сложно, но проверить правильность решения легко
– квантовый компьютер может угадывать правильный ответ
– «квантовый параллелизм»
Что может квантовый компьютер?
– алгоритм Шора, разложение числа на множители (экспоненциальное ускорение). На этом основана современная криптография.
– алгоритм Гровера, поиск по базе данных (полиноминальное ускорение).
– широкий ряд оптимизационных задач (новое направление: квантовые алгоритмы)
Возможные области применения:
– криптография
– оптимизационные задачи: научные вычисления (фармакология, науки о материалах), машинное обучение/искусственный интеллект, транспорт, энергетика, логистика
Основные параметры качества:
-
- Память (#кубитов)
- Время работы (когерентность)
- универсальность
Основные типы существующих прототипов
– Универсальные квантовые компьютеры Google IBM (менее 20 кубит)
– Квантовые симуляторы ограниченной универсальности ( 50-70 кубит )
– Некогерентные процессоры с большим количеством кубит (D-Wave, более 2000 кубит)
Что все это значит для ИТ индустрии?
Реальные прогресс в области квантовых технологий, выход на уровень PoC. А также огромный, «подрывной потенциал»
