Кто-либо знает, каковы “Квантовые вычисления”?
В физике это - способность к частицам для существования в нескольких/параллелях динамических состояний в конкретном моменте времени. В вычислениях это была бы способность бита данных равняться 1 или 0 одновременно, третье значение как [неизвестный] ПУСТОЙ УКАЗАТЕЛЬ или несколько значений?.. Как может эта технология относиться: процессоры компьютера, программирование, безопасность, и т.д.?.. Кто-либо создал практический квантовый компьютер или разработал квантовый язык программирования, где, например, код программы динамично изменяется или автономен?
4 ответа
Я провел исследования в области квантовых вычислений, и надеюсь, что это осознанный ответ.
Часто говорят, что кубиты, какими вы их видите в квантовом компьютере, могут существовать в «суперпозиции» 0 и 1. Это верно, но более тонким образом, чем вы можете предположить. Даже в классическом компьютере со случайностью бит может существовать в суперпозиции 0 и 1 в том смысле, что он равен 0 с некоторой вероятностью и 1 с некоторой вероятностью. Так же, как когда вы бросаете кубик и не смотрите на результат или получаете электронное письмо, которое вы еще не прочитали, вы можете рассматривать его состояние как суперпозицию возможных вариантов. Это может звучать как пустяк, но факт в том, что этот тип суперпозиции является разновидностью параллелизма, и алгоритмы, которые его используют, могут быть быстрее, чем другие алгоритмы. Это называется рандомизированным вычислением, и вместо суперпозиции вы можете сказать, что бит находится в вероятностном состоянии.
Разница между этим и кубитом в том, что кубит может иметь большой набор возможных суперпозиций с большим количеством свойств. Множество вероятностных состояний обычного бита - это отрезок линии, потому что все существует с вероятностью 0 или 1. Множество состояний кубита - это круглый трехмерный шар. Теперь вероятностные битовые строки сложнее и интереснее, чем просто отдельные вероятностные биты, и то же самое верно и для цепочек кубитов. Если вы можете создавать такие кубиты, то на самом деле некоторые вычислительные задачи не будут проще, чем раньше, точно так же, как рандомизированные алгоритмы не помогают со всеми проблемами.Но для некоторых вычислительных задач, например для разложения чисел, требуются новые квантовые алгоритмы, которые намного быстрее, чем любой известный классический алгоритм. Дело не в тактовой частоте или законе Мура, потому что первые полезные кубиты могут быть довольно медленными и дорогими. Это всего лишь разновидность параллельных вычислений, так же как алгоритм, который делает случайный выбор, лишь в слабом смысле делает все выборы параллельно. Но это «рандомизированные алгоритмы на стероидах»; это мое любимое резюме для посторонних.
А теперь плохие новости. Чтобы классический бит находился в суперпозиции, это должен быть случайный выбор, секрет от вас. Если вы посмотрите на перевернутую монету, она наверняка «схлопнется» либо орлом, либо решкой. Разница между этим и кубитом в том, что для того, чтобы кубит работал как единое целое, его состояние должно быть секретным от остальной части физической вселенной, а не только от вас. Он должен быть секретным от струй воздуха, от ближайших атомов и т. Д. С другой стороны, чтобы кубиты были полезны для квантового компьютера, должен быть способ манипулировать ими, сохраняя при этом их состояние в секрете. В противном случае его квантовая случайность или квантовая когерентность будет нарушена. Сделать кубиты совсем непросто, но это делается регулярно. Создавать кубиты, которыми можно манипулировать с помощью квантовых вентилей, не раскрывая их физическому окружению, невероятно сложно.
Люди не знают, как это делать, за исключением очень ограниченных демонстраций игрушек. Но если бы они могли делать это достаточно хорошо, чтобы создавать квантовые компьютеры, то для этих компьютеров было бы намного проще решить некоторые сложные вычислительные задачи.Другие были бы совсем не проще, и многое неизвестно о том, какие из них можно ускорить и на сколько. Это определенно окажет различное влияние на криптографию; это сломало бы широко используемые формы криптографии с открытым ключом. Но были предложены другие виды криптографии с открытым ключом, которые могли бы быть нормальными. Более того, квантовые вычисления связаны с техникой квантового распределения ключей, которая выглядит очень безопасной, а криптография с секретным ключом почти наверняка все еще будет достаточно безопасной.
Да, существует квантовое шифрование, с помощью которого, если кто-то пытается шпионить за вашим общением, он уничтожает поток данных так, что ни он, ни вы не можете его прочитать.
Однако настоящая сила квантовых вычислений заключается в том, что кубиты могут иметь суперпозицию 0 и 1. Большое дело. Однако если у вас есть, скажем, восемь кубитов, то теперь вы можете представить суперпозицию всех целых чисел от 0 до 255. Это позволяет вам делать некоторые довольно интересные вещи за полиномиальное, а не экспоненциальное время. Факторизация больших чисел (IE, взлом RSA и т.д.) - одна из них.
Существует ряд приложений квантовых вычислений.
Один из важнейших - это способность решать NP-сложные задачи в P-времени, используя неопределенность кубитов для параллельного перебора задачи.
(Вычеркнутое предложение неверно. Квантовые компьютеры не работают путем перебора всех решений параллельно, и они не считаются способными решать NP-полные задачи в полиномиальное время. См., например, здесь .)
Другой фактор, где используется слово «квантовые» вычисления, касается «запутанной пары». По сути, если вы можете создать запутанные пары частиц, которые имеют физический «спин», квантовая физика диктует, что спин на каждом электроне всегда будет противоположным.
Если бы вы могли создать запутанную пару, а затем разделить их, вы могли бы использовать устройство для передачи данных без перехвата, изменяя спин на одной из частиц. Затем вы можете создать сигнал, который модулируется информацией частицы, которая теоретически нерушима, так как вы не можете знать, какой спин был на частицах в любой момент времени, перехватывая информацию между двумя точками сигнала.
Многие очень заинтересованные организации исследуют этот метод для безопасной связи.