Kuantum hesaplama, sadece gökyüzünde pasta mı?

Bilgisayar bilimi diplomam var. BT'de çalışıyorum ve uzun yıllar boyunca bunu yapıyorum. Bu dönemde “klasik” bilgisayarlar artık sıçrama ve sınırlamalarla gelişti. Artık yatak odamda çekmecemde çoraplarımın arasında bir terabayt disk sürücüsü var, telefonumun olağanüstü işlem gücü var ve bilgisayarlar hayatımızda devrim yarattı.

Fakat bildiğim kadarıyla, kuantum hesaplama hiçbir şey yapmadı. Üstelik öyle kalacak gibi görünüyor. Kuantum hesaplama kırk yıldan beri yoğun bir süredir var ve gerçek bilişim onu ​​toz içinde bıraktı. Vikipedi'deki zaman çizelgesini görün ve paralel toplayıcının nerede olduğunu sorun. Atlas veya MU5'in eşdeğeri nerede? Manchester Üniversitesine gittim , Wikipedia'daki Manchester Computers makalesinin geçmişini görün . Kuantum bilgisayarlar benzer bir ilerleme göstermiyor. Au contraire, yerden bile çıkmamış gibi görünüyor. Yakında PC World'den bir tane satın almayacaksınız.

Hiç yapabilecek misin? Hepsi yutturmaca ve sıcak hava mı? Kuantum hesaplama, sadece gökyüzünde pasta mı? Hepsi sadece yarın reçel mi? Değilse neden olmasın?

Kuantum hesaplama, sadece gökyüzünde pasta mı?

Şimdiye kadar bu şekilde bakıyor. Son 30 yılda bu pastayı agresif bir şekilde başardık ama çok da başarılı olamadık. şu an kuantum bilgisayarlarımız var, ancak istediğimiz turta değiller, bir problemi klasik bir bilgisayardan daha hızlı veya daha iyi enerji verimliliği ile çözebilen kuantum bir bilgisayar.

Yakında herhangi bir zamanda PC World'den bir tane satın almayacaksınız.

Hiç yapabilecek misin?

Geleceği tahmin edemiyoruz, ancak şu an tahmin etmek zorunda olsaydım, "hayır" derdim. Henüz kuantum hesaplamanın yeterince değerli olacağı herhangi bir uygulama yoktur. Bunun yerine, çok özel hesaplamaların yapıldığı az sayıdaki özel enstitüde kuantum bilgisayarlarımız olabilir (Oak Ridge Ulusal Laboratuarı'nda Titan denilen süper bilgisayar gibi veya özel deneylerin yapıldığı bir siklotron parçacık hızlandırıcısı gibi).

Hepsi yutturmaca ve sıcak hava mı?

Ne yazık ki, çoğu yutturmaca.

Ancak kuantum kimyasındaki uygulamalar gerçekten de oyun değiştirici olabilir. İlaç veya gübre için binlerce aday molekül üzerinde fiziksel olarak zahmetli deneyler yapmak yerine, bir bilgisayardaki en iyi molekülleri arayabiliriz. Moleküller, mekanik olarak kuantum davranır ve kuantum mekaniğini simüle etmek, klasik bilgisayarlarda etkili değildir, ancak kuantum bilgisayarlarda bulunur. Google’ın QC’ye yaptığı yatırımın çoğu kimya uygulamaları içindir [ 1 ].

Hepsi sadece yarın reçel mi, kuantum şakasıyla saf bir halkın arasına sokuluyor mu? Değilse neden olmasın?

Maalesef çoğu.

Muhtemelen Manchester Üniversitesi'ndeki sınıfında daha yetenekli öğrencilerden biriydin. Sadece birkaçınızın ve daha fazla sayıda vasat ve vasat öğrencinin olduğunu fark etmiş olabilirsiniz. Profesör düzeyinde benzer bir fenomen var. Birçok profesör, iyi kabul edilmiş hibe teklifleri yazmayı kolay ya da "doğal" bulmaz, ancak işlerini sürdürmek ve doktoralarını almak için finansmana ihtiyaç duyarlar. öğrenciler bilimsel konferanslar yaşamaktan ve ihtiyaç duydukları yazılıma erişmekten mahrum değildir.

Bir profesör olduğunda:

• fon için umutsuz, veya

• kanserli bir çocuğa bakmak gibi, hayattaki diğer sorunlara yakalanmış veya

• Bazı bilim adamları gibi yüzlerce yıl önce yaptıkları gibi büyük bilimsel keşifler yapmayacaklarını bilerek hayat, hayatta kalmak, mutlu bir aile tutmak ve torunlarının torunları için daha iyi bir dünya yapmaktan hoşlandıkları şeyleri yapmakla ilgilidir . Profesör olarak, meslektaşlarımın çoğunun halkın çoğu zaman bilim adamlarının algıladığı kadar “asil” olmadığını söyleyebilirim.

Kuantum bilişimde çalışmak için fonu olan yaklaşık 1000 kişiyi tanırım ve tek bir kişinin “saf bir halkı” aldatıcı bir şekilde kandırmak gibi kötü niyetli olduğu söylenemez. Çoğumuz sadece üniversitelerimizden veya hükümetlerimizden edinilebilir hibeler için başvuruda bulunuyoruz ve işimizin önemini, aynı para için rekabet eden diğer bilim insanlarından daha fazla abartmaya niyetli değiliz (işlerini yapan gibi moleküler fizikçilerle rekabet etmeliyiz) iklim değişikliğini düzeltmek için önemlidir, çünkü üzerinde çalıştıkları molekül atmosferimizdedir ya da çalışmalarını iddia eden biyofizikçiler kanseri tedavi edebilir, çünkü vücutta öne çıkan bir molekül üzerinde çalıştılar).

Kuantum hesaplama çevresindeki "yutturmaca" nın çoğu medyadan geliyor. Gazeteciler, reklamlarına daha fazla tıklama getirecek dikkat çekici başlıklar oluşturmak için makalelerimin içeriğini büktüler ve patronları bunu yapmaları için baskı yapıyorlar ya da işlerini çok önemsemeyen diğer stajyerlere kaybedecekler dürüst olmakla ilgili.

Hype'ın bir kısmı bilim adamlarının kendilerinden geliyor, birçoğu kuantum hesaplamanın devrim yaratacağına inanıyor, çünkü doktora dereceleri Denetim otoritesinin iyi bir eğitimi yoktu (Manchester Üniversitesi'nin dünyanın en iyilerinden biri olduğunu ve çoğu üniversitenin bile yakın olmadığını unutmayın), ya da belki ender durumlarda fon için çaresiz olan insanlardan yutturmaca geliyor, ama nedenlerden ötürü çok fazla değil bunlardan başka.

Kamuoyunun kuantum hesaplamaya biraz yatırım yapması gerektiğine inanıyorum, çünkü sonuçları olumlu bir şekilde garanti etmeyen birçok araştırma alanında olduğu gibi. Bu yutturmaca sıklıkla hayatta kalmak için ihtiyaç duyduklarını düşünen gazeteciler, cahil bilim adamları veya cahil olmayan bilim adamları tarafından abartılıyor. Gazetecilerden ve finans kuruluşlarından haksız yere sert eleştiriler de var.

Sorunuzda söylediğiniz hiçbir şey yanlış değil.
Sadece neden doğru olduklarına dair bazı sebepler verdim.

Buna tarafsız bir bakış açısıyla yaklaşmaya çalışacağım. Sorunuz bir nevi “fikir temelli” dir, ancak henüz yapılması gereken birkaç önemli nokta vardır. Teorik olarak , kuantum bilgisayarların neden pratik olarak gerçekleştirilemediğine dair (henüz) ikna edici bir tartışma yoktur . Ancak şunu kontrol edin: Kuantum Bilgisayarlarının Başarısızlığı: Kuantum Kodları, Fiziksel Sistemlerdeki Korelasyonlar ve Gürültü Birikimi - Gil Kalai ve Scott Aaronson'ın ilgili blog yazısında Kalai'nin iddialarına karşı ikna edici argümanlar sundukları. Ayrıca, James Wotton'un ilgili QCSE yayınına verdiği cevabı okuyun : Gil Kalai'nin topolojik kuantum bilgisayarlara karşı argümanı ses mi?

Math Overflow'un harika bir özeti var: On Kuantum Hesaplamaya Karşı Matematiksel Argümanlar Üzerine .

Ancak, evet, elbette, mühendislik problemleri var .

Sorunlar ( arXiv'den uyarlanmış : cs / 0602096 ):

• Çevre ile etkileşime duyarlılık: Kuantum bilgisayarlar , çevre ile etkileşime karşı aşırı hassastır, çünkü herhangi bir etkileşim (veya ölçüm) durum fonksiyonunun çökmesine neden olur. Bu fenomene decoherence denir. Çevreye dolaşmadan, özellikle bir hesaplama için tasarlanmış bir kuantum sistemini yalıtmak oldukça zordur. Yarık sayısı arttıkça tutarlılığı korumak zorlaşır.

  [Daha fazla okuma: Wikipedia: Quantum decoherence ]

• Güvenilmez kuantum geçit eylemleri: Kuantlar üzerinde kuantum hesaplaması, küçük kapılar kullanılarak ilke olarak uygulanan bir dizi dönüşümle çalıştırılarak gerçekleştirilir. Bu dönüşümlerde faz hatası oluşmaması şarttır. Ancak, pratik şemaların bu tür hatalara neden olması olasıdır. Kuantum yazmacının hesaplamaya başlamadan önce bile çevreye dolaşmış olması da mümkündür. Ayrıca, ilk aşamadaki belirsizlik, rotasyon işlemi ile kalibrasyonu yetersiz kılar. Ek olarak, klasik kontrolde matris dönüşümlerini uygulayan göreceli hassasiyet eksikliği de dikkate alınmalıdır. Bu hassasiyet eksikliği kuantum algoritmasıyla tamamen telafi edilemez.

• Hatalar ve düzeltilmesi: Klasik hata düzeltmesi artıklık kullanır. En basit yol, bilgiyi birçok kez saklamaktır ve - eğer bu kopyalar daha sonra aynı fikirde değilse, - sadece çoğunluk oyu alır; Örneğin, üç kez kopyaladığımızı varsayalım. Ayrıca, gürültülü bir hatanın üç bitlik durumu bozduğunu ve böylelikle bir bitin sıfıra eşit olacağını, diğer ikisinin bire eşit olduğunu varsayalım. Biz gürültülü hatalar bağımsızdır ve bazı olasılık ile meydana geldiğini kabul edersek$p$Muhtemelen, hatanın bir tek bitli hatadır ve iletilen mesaj üç tanedir. Bir çift bitli hata oluşması ve iletilen mesajın üç sıfıra eşit olması mümkündür, ancak bu sonucun yukarıdaki sonuçtan daha düşük olması olasıdır. Klonlama olmayan teoremi nedeniyle kuantum bilgisinin kopyalanması mümkün değildir. Bu teorem, kuantum hata düzeltme teorisini formüle etmenin önünde bir engel gibi görünmektedir. Ancak bir kibritin bilgisini birkaç (fiziksel) kbitten oluşan yüksek dolaştırılmış bir duruma yaymak mümkündür. Peter Shor ilk olarak, bir litre bilgisini 9 litre yüksek dolaştırılmış bir duruma depolayarak kodu düzelten bir kuantum hatasını formüle etme yöntemini keşfetti. Bununla birlikte, kuantum hatası düzeltme kodları, kuantum bilgisini sadece bazı sınırlı formlardaki hatalara karşı korur. Ayrıca, sadece az sayıdaki litredeki hatalar için etkilidirler. Ayrıca, hataları düzeltmek için ihtiyaç duyulan litre sayısı normalde hatanın meydana geldiği litre sayısıyla iyi bir şekilde ölçeklenemez.

  [Daha fazla okuma: Wikipedia: Kuantum hatası düzeltme ]

• Devlet hazırlığı üzerindeki kısıtlar: Devlet hazırlığı, herhangi bir kuantum hesaplamasından önce dikkate alınması gereken ilk adımdır. Çoğu şemada , kuantumların kuantum hesaplamanın doğru ilerleyebilmesi için belirli bir üst pozisyonda olmaları gerekir . Ancak, keyfi haller yaratmak tam olarak katlanarak zor olabilir (hem zaman hem de kaynak (kapı) karmaşıklığı).

• Kuantum bilgisi, belirsizlik ve kuantum geçitlerin entropisi: Klasik bilginin sistemle etkileşimi sayesinde elde edilmesi kolaydır. Öte yandan, klonlamanın imkansızlığı, herhangi bir belirli bilinmeyen durumun tespit edilemeyeceği anlamına gelir. Bu, sistem özel olarak hazırlanmadıkça, onu kontrol etme yeteneğimizin sınırlı kaldığı anlamına gelir. Bir sistemin ortalama bilgisi entropi tarafından verilir. Entropinin belirlenmesi, nesnenin uyduğu istatistiklere bağlı olacaktır.

• Düşük sıcaklıklar için bir gereksinim : Süper iletken kuantum hesaplama gibi birkaç kuantum hesaplama mimarisi, çalışmak için son derece düşük sıcaklıklar (mutlak sıfıra yakın) gerektirir.

İlerleme:

• Yaklaşık bir buçuk yıl önce, “kuantum bilgisayar” denilen bağdaşma süresi 1 nanosaniyeden daha azdı. Şimdi, çevrimiçi olarak erişebileceğiniz IBM Quantum Experience 16 qubit sürümü, ~ 100 decos'lik bir çözülme süresine sahiptir (bkz: IBM 16 Qubit İşlemci Üzerindeki Envariance ve Parity Learning Gösterisi (Davide Ferrari ve Michele Amoretti, 2018) ). 100 s nin çözülme süresi zaten basit kuantum algoritmaları çalıştırmak için yeterli! IBM tarafından çevrimiçi olarak erişilebilen 5 kbit ve 16 kbit kuantum bilgisayarlarda kendiniz de kontrol edebilirsiniz. Bence Google, süper iletken çipleriyle (eşdeğer sayıdaki kubite sahip) daha iyi bir çözülme süresi yakalayabildi.

  • Son on yılda kuantum hatası düzeltmesi alanında çok fazla ilerleme kaydedilmiştir (daha az sayıda toplam litre gerektiren). Kısa bir inceleme için bkz. Kuantum Anılar için Kuantum Hata Düzeltme (Terhal, 2015) .

  Ayrıca, alıntı: Vikipedi: Kuantum hata düzeltme - Deneysel gerçekleştirme :

  CSS tabanlı kodların çeşitli deneysel gerçekleşmeleri olmuştur. İlk gösteri NMR qubitleri ile yapıldı. Daha sonra, lineer optikler, tuzaklı iyonlar ve süper iletken (transmon) litre ile gösteriler yapıldı. Foton kaybını düzeltmeyi amaçlayan, fotonik kbit şemalarındaki baskın hata kaynağı gibi başka hata düzeltme kodları da uygulanmıştır.

  • Keyfi kuantum durumlarının hazırlanması hala önemli bir sorundur. Fakat şimdi en azından herhangi bir üniter evrim için tam kapı ayrışmasını biliyoruz ( evrensel kapı ayrıştırmalarıyla Kuantum-durum hazırlığı (Plesch ve Brukner, 2011) ), ancak kapı sayısı genellikle bir çok bölmeyle iyi ölçeklenememektedir. Komşu en iyi kontrolü kullanarak Yüksek kalitede kuantum hal hazırlamada olduğu gibi başka gelişmeler de olmuştur (Yuchen Peng ve Frank Gaitan, 2017) . Son zamanlarda geliştirilen bazı diğer yüksek hassasiyetli devlet hazırlık yöntemleri için bkz . Kuantum mekaniğindeki durumların hazırlanması (Fröhlich, 2016) ve kuantum durumunun hazırlanması (Ali ve diğerleri, 2017) .

  • Biz hala var temel engellerden biri qubits sayısı (Bu sorun olduğuna dikkat özünde zaman cf uzun süre tutarlılık sürdürmenin zorluğu ile ilgili Schrödinger'in kedisi ve makroskopik süperpozisyon devletin zorluk içinde ve mükemmel cevap). Günümüzdeki kuantum bilgisayarların hiçbiri, klasik bilgisayarlara kıyasla "kabiliyette" önemli bir gelişme göstermek için yeterli değildir . Bugüne kadar kuantum bilgisayar tarafından faktoring edilen en büyük sayı 291311'dir ( Bir spin sisteminin iç Hamiltoniyeni kullanılarak yüksek kaliteli adiabatik kuantum hesaplaması: 291311'in deneysel çarpanlaştırmasına uygulama (Li ve ark., 2017)). 291311'in kaba kuvvet faktoringi, her biri modern CPU'larda ~ 10 ns alan en fazla ~ 270 bölüm alır. Toplamda 3 kişi, çarpanlara ayırmanın dizüstü bilgisayarınızda daha hızlı olacağı anlamına geliyor. Zaman karmaşıklığındaki pratik gelişme, litre sayısı en az 10 kat artmadıkça ve fark edilmedikçe farkedilmeyecektir (Bilinen farklı bir mekanizmayı kullandıkları için, 1000 litreden fazla olan D-Wave makinelerini düşünmüyorum) sadece birkaç dar problem aralığında etkili olan kuantum tavlaması olarak). Ancak, tartışmalı bir şekilde bile, terkedilmiş sayısı bile sürekli artıyor. Kısa süre önce Google, 72 litrelik bir makine açıkladı ( Google AI blog: Google’ın Yeni Kuantum İşlemcisi olan Bristlecone’un bir Önizlemesi ) ve Intel 49 litrelik bir yongayı açıkladı (IEEE Spektrumu :: CES 2018: Intel'in Kuantum Üstünlüğü için 49-Qubit Chip Çekimleri ). Bunu sadece bir basamaklı bir sayıdaki kuvvete sahip olduğumuzda, 2000'lerle karşılaştırın!

  • Son birkaç on yıl içerisinde, mutlak-sıfıra yakın sıcaklıkların gerekli olmadığı , örneğin optik kuantum bilgisayarlar, sıkışmış iyon kuantum bilgisayarlar, elmas bazlı kuantum bilgisayarlar, vb. Gibi birkaç kuantum hesaplama mimarisi keşfedilmiştir. Süper iletken kuantum bilgisayarları neden optik kuantum bilgisayarların mutlak sıfıra yakın tutulmaları gerekmiyor?

Sonuç:

Belirli alanlarda klasik bilgisayarlardan gözle görülür şekilde daha iyi performans gösteren kuantum bilgisayarlara sahip olup olamayacağımız, sadece zamanın söyleyeceği bir şey. Ancak, kaydettiğimiz önemli ilerlemeye baktığımızda, birkaç on yılda yeterince güçlü kuantum bilgisayarlara sahip olmamız gerektiğini söylemek muhtemelen yanlış olmaz. Yine de teorik olarak, kuantum algoritmaları ile zaman karmaşıklığı açısından eşleşen klasik algoritmaların (can) var olup olmadığını henüz bilmiyoruz . Bu konuda önceki cevabımı gör . Tamamen teorik bir bakış açısıyla, eğer birileri tüm BQP problemlerinin BPP veya P'de olduğunu ispatlayabilirse son derece ilginç olurdu!

Kişisel olarak önümüzdeki yıllarda kuantum hesaplama teknikleri ve klasik hesaplama tekniklerinin bir kombinasyonunu kullanacağımıza inanıyorum (yani PC'niz hem klasik donanım bileşenlerine hem de kuantum donanımına sahip olacak veya kuantum hesaplama tamamen bulut tabanlı olacak ve siz de Onlara yalnızca klasik bilgisayarlardan çevrimiçi erişebiliyorum). Çünkü kuantum bilgisayarların sadece çok dar bir problem aralığında etkili olduğunu unutmayın. Bir kuantum bilgisayar kullanarak 2 + 3 gibi bir ekleme yapmak oldukça yoğun bir kaynak olacaktır ve akıllıca olmazdı (bkz. Kuantum bilgisayar, donanım düzeyinde temel matematik nasıl yapılır? ).

Şimdi, ulusal fonların gereksiz yere, kuantum bilgisayarları inşa etmeye çalışırken boşa harcanıp harcanmadığı konusundaki amacınıza geliyor . Cevabım HAYIR ! Meşru ve verimli kuantum bilgisayarlar üretemesek bile , mühendislik ilerlemesi ve bilimsel ilerleme açısından hala çok şey kazanmış olacağız . Fotonik ve süperiletkenler üzerinde yapılan araştırmalar artık çok fazla artmıştır ve daha önce hiç olmadığı kadar iyi fiziksel olayları anlamaya başlıyoruz. Dahası, kuantum bilgi teorisi ve kuantum kriptografi, birkaç diğer matematiksel sonuçların ve birçok başka alanda da yararlı olabilecek tekniklerin keşfedilmesine yol açmıştır (bkz.Fizik SE: Kuantum bilgi teorisi ve kuantum kriptografisinde matematiksel olarak zorlu alanlar ). Ayrıca teorik bilgisayar bilimlerindeki en zor sorunlardan bazıları hakkında çok daha fazla şey öğrenmiş olacağız (bir "kuantum bilgisayar" oluşturmasak bile).

Kaynaklar ve Referanslar:

1. Kuantum Bilgisayarların Uygulanmasındaki Zorluklar (Ponnath, 2006)

2. Wikipedia: Kuantum hesaplama

3. Wikipedia: Kuantum hata düzeltme

Zeyilname:

Biraz aradıktan sonra , Scott Aaronson'un kuantum bilgisayar kuşkuculuğuna karşı karşı savılarının neredeyse tamamını özetleyen çok hoş bir makale buldum . Ben çok çok tavsiye orada verilen tüm noktalarda geçiyor. Aslında bu kısım 14 arasında ders notları kendi web sitesinde Aaronson tarafından havaya kaldırdı. Waterloo Üniversitesi'ndeki PHYS771 dersi için kullanılmıştır. Ders notları, popüler kitabında Demokritus'tan bu yana Kuantum Hesaplama'ya dayanmaktadır .

Klasik bilgi işlem, kuantum bilgi işlemden daha uzun süredir var. Klasik hesaplamanın ilk günleri, şu an kuantum hesaplamada yaşadıklarımıza benziyor. 1940'larda inşa edilen Z3 (ilk turing komple elektronik cihaz), bir odanın büyüklüğüydü ve telefonunuzdan daha az güçlüydü. Bu, klasik hesaplamada yaşadığımız olağanüstü ilerleme ile ilgilidir.

Diğer taraftan kuantum şafağı 1980'lere kadar başlamamıştı . Shor'ün faktoring algoritması; alana atlayan keşif 1990'larda keşfedildi . Bunu birkaç yıl sonra, kuantum algoritmasının ilk deneysel gösterimi ile takip etti.

Kuantum bilgisayarların çalışabileceğine dair kanıtlar var. Her yıl bu alanın deneysel ve teorik yönleri konusunda muazzam bir ilerleme var ve durduracağına inanmak için hiçbir neden yok. Kuantum eşik teoremi fiziksel kapılar için hata oranları belirli bir eşiğin altında olması durumunda, büyük ölçekli kuantum bilgisayar mümkün olduğunu belirtmektedir. Küçük sistemler için bu eşiğe yaklaşıyoruz (bazıları zaten orada olduğumuzu iddia ediyor).

Kuantum hesaplamanın faydası konusunda şüpheci olmak iyidir. Aslında, teşvik edilir! Kuantum hesaplamanın ilerlemesini klasik hesaplamayla karşılaştırmak da doğaldır; kuantum bilgisayarların inşa edilmesinin klasik bilgisayarlardan daha zor olduğunu unutmak.

Eski klasik bilgisayarlar mevcut teknolojiyle inşa edildi. Örneğin, vakum tüpleri Colossus yapmak için kullanılmadan önce yaklaşık dört yıl icat edildi.

Kuantum bilgisayarlar için, bilgisayarı yapmadan önce teknolojiyi icat etmemiz gerekir. Ve teknoloji, önceden var olanın ötesinde, sadece bu adım birkaç on yıl sürmüştür.

Şimdi hemen hemen vakum tüplerimizin kuantum versiyonlarına sahibiz. Yani bir on yıl ya da öylesine bir Colossus bekliyoruz.

TL, DR: Mühendislik ve fizik argümanları zaten yapıldı. Tarihsel bir bakış açısı ekliyorum: Kuantum hesaplama alanının gerçekten sadece yirmi yıldan biraz daha eski olduğunu ve MU5 gibi bir şey inşa etmenin üç yıldan fazla sürdüğünü savunuyorum.

Zaman çizelgesinden bahsettiğinizden beri, daha yakından bir göz atalım:

Başlangıçlar

Her şeyden önce, kuantum bilgisayar gibi basit bir olasılık, batıda Richard Feynman (eğer istersen 1959 veya 1981) ve doğuda Yuri Manin (1980) tarafından seslendirildi. Ama bunun sadece bir fikri var. Uygulama başlatılmaz.

Klasik bilişimde benzer şeyler ne zaman oldu? Şey, çok uzun zaman önce. Örneğin Charles Babbage, 19. yüzyılın başlarında bilgi işlem makineleri yapmak istiyordu ve çoktan fikirleri vardı. Pascal, Leibniz, hepsinin fikirleri vardı. Babbage'ın finansman ve mühendislik zorlukları nedeniyle asla inşa edilmemiş 1837 analitik makinesi (bu arada, analitik makinenin öncüsü Lego ile inşa edildi ), kesinlikle Feynman ve Manin'in önerdiği şeyin önünde olan en yeni ilk fikirdi. kuantum hesaplama, çünkü somut bir uygulama önerir.

70'lerde kuantum bilgisayarla ilgili bir şey görmüyorum. Bazı kodlar icat edilir, bazı teorik temeller yapılır (qc için gerekli olan ne kadar bilgi saklanabilir?), Ancak bu gerçekten kuantum bilgisayar fikrinin peşinden gitmez.

Kodlar ve iletişim ile ilgili fikirler, telefonların ve telgraf tellerinin klasik bilgisayarlara ne olduğunu hesaplamaktır: önemli bir öncül ama bilgisayar değil. Bildiğiniz gibi, Morse kodları ve telgrafları 19. yüzyılın teknolojileridir ve gürültülü kanallar için daha zor kodlar da incelenmiştir. Matematiksel temel çalışmaları (no-teorem ve benzeri anlamında) 1948'de Shannon tarafından yapıldı.

Her neyse, delikli kart hesaplamanın 1804 yılında dokuma için geliştirildiği iddia edilebilir , ancak bunun gerçekten klasik hesaplamanın başlangıcı olduğunu iddia etmek istemiyorum.

Evrensel (kuantum) bilgisayarlar

Peki hesaplama ne zaman başladı? Evrensel bilgisayar kullanımı için araştırma yapmak için birkaç şeye ihtiyacınız olduğunu savunacağım; bundan önce, oraya yatırılan insan ve para sayısı sınırlı olacaktır.

1. Evrensel bir bilgisayar kavramına ve neyin başaracağına dair teorik bir modele ihtiyacınız var.
2. Evrensel bir bilgisayarı nasıl kuracağınıza dair bir teoriye ihtiyacınız var.
3. Uygulayabileceğiniz gerçek bir sisteme ihtiyacınız var.

Bunları kuantum hesaplamada ne zaman alırız?

• Deutsch, 1985'te (33 yıl önce) evrensel kuantum bilgisayarı açıklar.
• Devre modelleri ve kapılar aynı anda geliştirilir.
• Her şeyin nasıl bir araya getirileceğine ilişkin ilk tam model, 1994 yılında Cirac ve Zoller tarafından önerildi (sadece 24 yıl önce).

O zamandan önce veya bu sırada kuantum hesaplamasındaki diğer tüm gelişmeler kriptografi, genel olarak kuantum sistemleri veya diğer genel teoriyle sınırlı kalmıştır.

Klasik hesaplamaya ne dersiniz?

• Turing'in Turing makineleri (1936) veya Church'ün (aynı zaman çerçevesi) çalışmaları hakkında çalışmalarımız var .
• Modern mimariler von Neumann'ın modeline dayanıyor (1945); başka mimariler var.
• Bir model olarak, dijital devre modeli 1937'de Shannon tarafından tasarlandı.

Öyleyse, 1994 yılında 1937 ile karşılaştırılabilir bir durumdayız:

• Teorik zemin çalışmasını yapan birkaç insan var ve zemin işleri şimdi yapıldı.
• Doğrudan ilgili olmayan ancak (kuantum) bir bilgisayar oluşturmak için çok yararlı olan temel konular üzerinde mühendislik çalışmaları yapan çok sayıda insan vardır.
• Ve alan genellikle o kadar büyük ve iyi finanse değil.
• Ancak: O tarihten itibaren fon ve insanlar alana dökülmeye başlar.

Alan kalkıyor

Klasik hesaplama için, bu Vikipedi zaman çizelgesindeki farklı "ilk bilgisayar sistemleri" miktarı ile gösterilmektedir. En azından Almanya, İngiltere ve Amerika Birleşik Devletleri'nde çeşitli yerlerde çok sayıda araştırma grubu vardı (örneğin, yalnızca birkaç isim vermek üzere İngiltere'deki Manchester ve Bletchley Park). Savaş zamanı parası hesaplamaya yönlendirildi çünkü nükleer bombanın geliştirilmesi için gerekliydi (Los Alamos'taki hesaplara bakınız).

Kuantum hesaplaması için, örneğin şu yoruma bakınız :

QIS alanı, birkaç eşzamanlı uyarının bir sonucu olarak 1990'ların başında ve ortalarında patlayıcı bir büyüme başlattı: Peter Shor, kuantum bir bilgisayarın çok büyük sayıları süper verimli bir şekilde etkileyebileceğini gösterdi. Yarı iletken endüstrisi, bilgisayarların Moore yasalarına göre iyileştirilmesinin, teknolojide radikal değişiklikler gerektiren kuantum sınırına çok yakında ulaşacağını fark etti. Fiziksel bilimlerdeki gelişmeler, kapana kısılmış atomik iyonlar, gelişmiş optik boşluklar, kuantum noktaları ve uygulanabilir kuantum mantık cihazlarının yapımını düşünmeyi mümkün kılan pek çok ilerlemeyi üretti. Ayrıca, güvenli iletişim ihtiyacı, kurcalamaya karşı dayanıklı olabilecek kuantum iletişim şemalarının araştırmasını da hızlandırdı.

Sonuçta, modern bilgisayarların teorik temellerinin ilk bilgisayarların hazır olduğu zamana atılmıştı (Zuse 1941, Manchester 1948, sadece iki ismi vermek) on yıl sürdü. Benzer şekilde, kuantum sistemleriyle bir tür evrensel olarak programlanabilir hesaplama yapan ilk sistemler için yaklaşık on yıl sürdü. Verilmiş, yeteneklerini ilk Manchester bilgisayarlardan daha düşük, ancak yine de.

Yirmi yıl sonra, yavaş yavaş teknolojide patlayıcı bir büyüme görüyoruz ve birçok firma bu sektöre dahil oluyor. Ayrıca transistör gibi yeni teknolojilerin ortaya çıktığını görüyoruz (ilk olarak 1947'de keşfedildi).

Benzer şekilde, kuantum hesaplamasının başlamasından 20 yıl sonra, özel şirketlerin sahaya, Google, IBM, Intel ve diğerleri ile ciddi girişini görüyoruz. 2012'deki ilk konferansımda, katılımları hâlâ akademik idi, bugün, stratejik. Benzer şekilde, 2000'li yıllar boyunca yukarıda belirtilen üç şirketin en gelişmiş yongalarının temelini oluşturan süperiletken qubitler gibi zengin kuantum hesaplama sistemlerinin bir önerisini gördük. 2012 yılında hiç kimse birkaç fiziksel krizden daha fazla güvenilir bir sisteme sahip olduğunu iddia edemez. Bugün, yalnızca altı yıl sonra, IBM çok güvenilir olan 16 litre ile oynamanıza izin veriyor (eğer gerçekten oynamak istiyorsan 5) ve Google konuştuğumuz gibi 72 litrelik bir sistemi test ettiğini iddia ediyor.

Evet, hala hata düzeltme özelliklerine sahip güvenilir bir büyük ölçekli kuantum bilgisayara sahip olmak için bir yolumuz var ve şu an sahip olduğumuz bilgisayarlar 60'larda kullandığımız klasik bilgisayarlardan daha zayıf, ancak ben diğer cevaplar) bunun eşsiz mühendislik zorluklarından kaynaklandığına inanıyoruz. Hakkında hiçbir fikrimiz olmayan fiziksel sınırlamalar nedeniyle küçük bir şans var, ancak mevcut ilerleme göz önüne alındığında, en geç birkaç yıl içinde bilmemiz gerekir.

Buradaki amacım ne?

• Bir MU5 kuantum bilgisayarı görmememizin sebebinin henüz alanın o kadar eski olmadığı ve yakın zamana kadar bu kadar fazla dikkat çekmemiş olmasından kaynaklandığını savundum.
• Günümüz perspektifinden bakıldığında, klasik bilgisayarların çok hızlı bir şekilde iyi hale geldiğini, ancak bunun gelişme ve büyümenin hızlı görünmediği on yıllarca süren çalışmaları ihmal ettiğini savunuyorum.
• Kuantum bilgisayarların karşılaştığı ilk mühendislik problemlerinin klasik bilgisayarların karşılaştığından daha zor olduğuna inanıyorsanız, klasik bilgisayarların karşılaştığı sorunlardan daha zor olduğuna inanıyorsanız, o zaman klasik bilgisayarlardan birine karşı oldukça karşılaştırılabilir bir araştırma ve inovasyon yörüngesi gördüğünüzü iddia ediyorum. . Tabii ki, biraz farklılar, ama nasıl gittiğinin temel fikirleri benzer.

"Bir kuantum bilgisayarı alacağım mı" sorusunun bir kısmını cevaplamak için, vs. Temel bir yanlış anlaşılma olduğunu düşünüyorum.

Kuantum hesaplama sadece klasik hesaplama değil, daha hızlıdır. Kuantum bilgisayar, klasik bir süper bilgisayarı bin yıl alabilecek kısa sürede belli problemleri çözer. Bu abartı değil. Ancak düzenli bilgi işlem türleri, sayılar ekleme, grafikler için hareketli bitler, vb. Bunlar hala klasik bilgi işlem işleri olacaktır.

Teknoloji minyatür hale getirilebilseydi (bilmiyorum), MMU veya grafik kartı gibi bir şey olabilir. Klasik bilgisayarınıza ek bir özellik, yedek değil. Aynı şekilde, yüksek teknoloji ürünü bir ekran kartı, bilgisayarınızın ana CPU ile (makul bir zamanda) yapamayacağı şeyleri yapmasına izin verirken, kuantum bir bilgisayar şu anda yapılamayacak başka işlemlere izin verir.

En azından kuantum hesaplama Wikipedia sayfasındaki " Çalışma Prensipleri " sayfasının ilk paragrafını taramanızı öneririm .

Gökyüzünde turta olup olmadığını sorduğunuzda, bu kuantum teknolojilerinin yerine getirmeye çalıştığını düşündüğünüz şeylere bağlıdır. Bu da insanların bu sözleri vermelerine bağlı.

Neden kas bilgisayar donanımına benzeyen herhangi bir cihaz (veya daha adil değil, çok fazla cihaz üretmeyi) başaramadığı düşünüldüğünde, kuantum hesaplamanın farkında olduğunuzu bile düşünün . Nereden duyuyorsun, bu yüzden heyecandan mı? Kişisel olarak yönetebileceğiniz kuantum hesaplama hakkında her akademik konuşmaya katılsanız bile, kuantum hesaplama hakkında duyduklarınızın pek akademisyenlerden gelmediğine bahse girerim. Şans, gerçekten ziyade heyecanla ilgilenen kaynaklardan gelen kuantum hesaplama hakkında çok şey duyuyorsunuz.

Kuantum donanımlarının neler yapabileceği veya yapabilecekleri hakkında az ya da çok büyük iddialarda bulunan bazı kurumsal kaynaklar var; ve on yıldan fazla bir süredir var. Bu arada, dikkatli bir şekilde ilerlemeye ve enerjilerini veremeyecekleri sözleri çok fazla harcamayan basit bir topluluk oluşturuyor. Kimden daha fazla duymuş olacaksın?

Ancak bunlara izin vermekle birlikte, kuantum hesaplamasından duyulan heyecandan en çok sorumlu olan taraflar, bilgi kaynakları olarak pazar meydanı gözleme satıcıları gibi olan belirli türdeki dergiler ve özel ilgi alanlarına yönelik web siteleridir: madde ve ısırık. Akademi yerine dikkat çeken reklam endüstrisi, kuantum hesaplamanın bu kadar kabarık beklentilerinin olmasının ana nedenidir. Prensipte kuantum hesaplamayı bile umursamıyorlar: kalabalığı şaşırtmak, gökyüzündeki turta hayallerini uyandırmak ve bu arada başka bir şirketten para kazanma şansı veren birkaç büyülü icattan biri. yarım saniye boyunca bir reklam görüldü. oEndüstri, hem müşterilere hem de izleyicilerine hava taşımacılığı yapan pastacılık işinde oldukça fazladır. Fakat bu, dünyanın kuantum teknolojileri üzerinde çalışanlar tarafından uçan incir rulolarına borcu olduğu anlamına mı geliyor? Bir şeyleri başarmak için yeterince zor biz daha mütevazı, ama yine de değerli - başarmak mümkün olabileceğini düşünüyorum.

Akademik akranlarım arasında (teorik bilgisayar bilimcileri ve teorik fizikçiler), halk arasında kuantum hesaplama konusunda bariz yanlış bilgilendirme, önemli bir hayal kırıklığı kaynağıdır. Birçoğumuz kuantum bir bilgisayar yapmanın mümkün olacağına ve bunu yapanların da önemli ekonomik etkilere sahip olacağına inanıyoruz. Ancak hiçbirimiz dünyayı beş ila on yıl içinde alt üst edeceğini beklemiyoruz, son on beş yılda da büyük kuantum bilgisayarlara sahip olduğumuzu söylemeye modaya kavuşmasını beklemiyorduk. beş ila on yıl ". Hayatımdaki etkileri görmeyi umduğumu söylemek için her zaman bir noktaya değindim ve son faaliyetler beni yirmi yıl içinde görmeyi umut etti - ama o zaman bile bir tane satın almak için mağazaya gitmeyeceksin.

Hiçbirimiz, Seyahat Eden Satıcı Sorununu veya benzerlerini kolayca çözmenize izin vermesini beklemiyoruz. Kuantum kimyasındaki ve kuantum malzemelerindeki problemleri analiz edebilmek orjinaldir ve kısa vadede hala kuantum hesaplamanın en iyi, ileriye dönük uygulamasıdır ve orada devrimci olabilir; ve belki de uzun vadede optimizasyon problemleri için pratikte sağlam ve önemli iyileştirmeler sağlayabiliriz. (D-Wave, bunu makineleriyle pratikte yapabileceklerini iddia ediyor: jüri hala bu iddianın haklı olup olmadığını akademisyenler arasında bıraktı.)

Şeytan, gerçekte kuantum hesaplamanın teorisi ve geliştirilmesinden ne bekleyebileceğinizi açıklamak için, bir şekilde küçük bir kuantum mekaniğini açıklamak zorundasınız. Bu Yapılması Kolay Bir Şey Değildir ve karmaşık bir şeyde olduğu gibi, daha geniş dünyada, özellikle şeker aromalı 'yakawow' yutturmaca şeklinde "alternatif gerçekler" güçlü bir şekilde yutmaya çalıştığında, nüanslı anlayış için çok az sabır vardır. lig botları.

Gerçek şu ki - kuantum hesaplamanın yapabilecekleri ve bunun dünya çapında ışınlanmanıza ya da dünyadaki açlık veya havayolu kaosunu inmeden çözmenize izin vermeyeceği hakkında - sıkıcı. Ancak kimya ve malzeme biliminde önemli ilerlemeler yapmak değildir. Nasıl kolayca vites tabanlı bilgisayarlardan tahmin edebilir: uygulamaların hiçbir şey henüz gelişmemiş söylemek için yardımcı güvenilir vergileri hesaplamak veya logaritma-tablolar hesaplamak için uçağı tasarlama ?

Klasik bilgisayar teknolojisinin zaman çizelgesi, 19. yüzyıldan bile önce uzanıyor. Bu yolu kuantum teknolojilerle tekrar nasıl denemeye çalışacağımız hakkında bir fikrimiz var, ve eğer yaparsak mümkün olabilecek temettü türleri hakkında bir fikrimiz var. Bu nedenle, Pascal'ın eklerinden günümüze 370 artı yıllara göre çok daha hızlı bir sürede gelişimini faydalı bilişim teknolojisine dönüştürmeyi umuyoruz. Ancak bazılarının vaat ettiği kadar hızlı olmayacak, özellikle de bu sözleri vermekten gerçekten sorumlu olmayan insanlar.

Bazı açıklamalar.

" Paralel toplayıcı nerede? "

• Kuantum bilgisayarlarla toplama yapan büyük cihazlarımız yok, ancak kuantum bilgisayarlarda hızlı toplama devrelerinde çalışan bazı insanlarımız var - kuantum bilgisayarların yapması gerekenlerin bazıları süperpozisyondaki veriler üzerinde daha geleneksel işlemler içerecektir.

" Atlas veya MU5'in eşdeğeri nerede? "

• Dürüst olmak gerekirse, hala Pascal'ın toplayıcısının ilk güvenilir kuantum analoğu üzerinde çalışıyoruz. NQIT projesinin yaklaşımının (açıklama: bununla ilgileniyorum, ancak deneysel olarak değil) karmaşayı değiştirebilecek küçük, yüksek kaliteli modüller üretmenin seri üretim yoluyla hızlı ölçeklendirmenin yolu olacağını umuyorum Modüllerin içinde, bu durumda Pascal'ın toplayıcısından Collosus'a, Atlas'a ve birkaç yıl içinde ötesine geçebiliriz. Ama sadece zaman söyleyecek.

“ Anlaşılmadılar bile. Görünüşe göre, yakında PC World'den bir tane almayacaksınız. ”

• Bu tamamen doğru. Bununla birlikte, başka türlü beklemeniz söylenmediyse, bunun PC World’ün (veya adil olmanızın, PC World’ün piyasadaki rakiplerinden bir teknoloji meraklısı olarak abonelik ücretiniz) bizimkinden daha fazla olması muhtemeldir. Herhangi bir sorumlu araştırmacı, ilk ciddi prototip cihazlarını yapmak için çok uğraştığımızı söyleyecektir.

“ [PC World'de bir kuantum bilgisayar satın alabilecek misiniz? ”

• PC World'den hiç Cray alabilecek misiniz? İster misin? Belki de değil. Ancak üniversiteniz isteyebilir ve ciddi işletmeler de isteyebilir. Bunun ötesinde vahşi bir spekülasyon - kuantum bir bilgisayarın kelime işlemeyi nasıl geliştireceğini anlamıyorum. Fakat bir kez daha, Babbage'nin, Fark Motoruna benzer bir şeyin harfleri yazmak için kullanılabileceğini hayal ettiğinden şüpheliyim.

TL; DR : Yaklaşık 15 yıldır kuantum bilgisayar teorisi üzerinde çalışıyorum. İşe yaramayacaklarını söylemeye ikna edici bir şey görmedim. Tabii ki, çalışabilecekleri tek gerçek kanıtı elde etmek. Şimdi oluyor. Ancak, kuantum bir bilgisayarın ne yapacağı ve neden istediğimizi halkın algısına uymuyor.

Kuantum hesaplama, sadece gökyüzünde pasta mı? Hepsi sadece yarın reçel mi, kuantum şakasıyla saf bir halkın arasına sokuluyor mu?

Bir "kuantum şarlatanlığı" olarak (bunun için teşekkürler), elbette size tümünün gerçekçi olduğunu söyleyeceğim. Ama teori olduğunu sesi. Kuantum mekaniği doğru olduğu sürece, kuantum hesaplama teorisi doğrudur ve klasik bir bilgisayarda çözümü nasıl verimli bir şekilde hesaplayacağımızı bilmediğimiz kuantum bilgisayarları için etkili algoritmalar vardır. Ama buraya yazdığım hiçbir şeyin bir şüpheci olabileceğini düşünmüyorum. Ya oturup oturup tüm detayları kendiniz öğrenmek ya da beklemek ve görmek zorundasınız.

Tabii ki, kuantum mekaniği sadece herhangi bir zamanda geçersiz kılınabilecek bir teoridir, ancak tahminleri çevremizdeki dünyayı açıklamak için zaten uygulanmıştır. Kuantum bilgisayarlar beklenmedik sonuçların olacağını umduğumuz test edilemeyen bir rejime zorlamıyor (fizikçilerin gerçekten umduğu şey, çünkü yeni fizikle ilgili ipuçlarını görmeye başladığınız yer). Örneğin, kuantum mekaniği, yakın vadeli bir kuantum bilgisayarında, litrelerden bahsettiğimizden çok daha fazla bileşen içeren yoğun madde sistemlerine zaten uygulanmıştır. Sadece onlar üzerinde benzeri görülmemiş bir kontrol seviyesine ihtiyacımız var. Birkaç kişi, kuantum bir bilgisayarın neden işe yaramayacağına dair tartışmalarının olduğunu düşünüyor, ancak özellikle okuduğum tartışmalara ikna edici bir şey bulamadım.

Hepsi yutturmaca ve sıcak hava mı?

Kuantum bilgisayarları çevreleyen çok sayıda yutturmaca var. Bunun iki ana kaynaktan geldiğini söyleyebilirim:

• popüler medyada ve popüler kültürde kuantum hesaplamanın popüler temsili (örneğin bilim kurgu kitapları). Aktif olarak kuantum hesaplama üzerinde çalışan herkese sor, hepsinin kötü temsil edildiğine katılarak, her şeyin daha çabuk çalışmasını sağlayacak evrensel bir çözüm olduğu izlenimini vererek, en azından şu an için değil. Yarın bir halk sıkışması vakası olmuş, ancak bu daha çok uzman olmayan aracılar tarafından olup bitenleri fazlasıyla basitleştirmeye yönelik bir "çeviri kaybedilme" girişimi yoluyla gerçekleşiyor.

• araştırmacılar kendilerini. Son 20 (ish) yıl boyunca insanlar kuantum hesaplamanın ufkun üzerinde olduğu ve hiçbir zaman gerçekleşmeyeceği konusunda umut verdiler. Bu noktada gözlemcilerin bıkması oldukça mantıklı. Bununla birlikte, bu alanın içinde olmama bakış açım kuantum bilgisayarlara doğru çalıştığını iddia eden pek çok insanın olmamıştı. Finansman kuruluşları, araştırma için “neden” ve “etkiyi” sağlama konusunda giderek daha fazla talep gördüklerinden, kuantum hesaplama, kuantum bilgisayar için bir şey yapmakla ilgilenmiyor olsalar bile, birçok deneycinin ilgisini çekmiştir. Kuantum hesaplamayla alakalı gibi görünmek için yaptıklarını bükmenin bir yolu olsaydı, bunu yapma eğilimindeydiler. Bu kuantum hesaplamanın yapabileceği anlamına gelmez Yapılmadığı gibi, ima edildiği kadar bir odak noktası olmamıştır. Kuantum bilgi teorisinin patlamasını, biraz farklı bir düzeyde ele alın. Bu yüzden az sayıda teorisyen kuantum bilgisayar teorisi ve bunların nasıl çalışacağını aktif olarak çalıştı (ilginç şeyler yapmadıklarını söylemek değil).

Bununla birlikte, şu anda kuantum bilgisayarları ve ilgili teknolojiyi, gerçeği ve bir şeyleri harekete geçirmeye yönelik bir çok araştırma yatırımının yapıldığı kritik bir kitleye çarpıyoruz. Klasik bir bilgisayarda sonuçları doğrulayamayacağımız hesaplamalar yaparak “kuantum üstünlüğünü” başarabileceğimizi düşündüğümüz, yaklaşık 50 litrelik cihazlarla sadece bu noktaya değiniyoruz gibi görünüyor. Bunu başarma probleminin bir kısmı, aslında klasik bilgisayar işlemlerinde bahsedilen hızlı ilerleme olmuştur. Moore Yasası'nın ilerleyiş türü göz önüne alındığında, üstel olarak klasik hesaplama gücünü geliştirerek, ikna edici olmak için neye ihtiyacımız olduğunu sürekli değiştiren bir çubuk olmuştur.

Kuantum bilgisayarlar benzer bir ilerleme göstermiyor. Au contraire, yerden bile çıkmamış gibi görünüyor.

Mesele şu ki, yapması zor ve temel teknolojiyi doğru yapmak çok uzun sürdü. Bu biraz kusurlu bir karşılaştırma ama çok da kötü değil: işlemciler için kullanılan litografi işlemlerini düşünün. Gelişimleri ilerici oldu, daha küçük ve daha küçük transistörler yaptı, ancak yoldaki kuantum etkileriyle başa çıkmak daha da zorlaştığı için ilerleme yavaşlıyor. Öte yandan, kuantum bilgisayarlar esasen tüm ilerici gelişme olayını atlatmaya ve doğrudan nihai, sonuca ulaşmaya çalışıyorlar: tek atomlu transistörler (tür). Belki de bu, deneysellerin uğraşmaya çalıştıkları şey hakkında bir miktar fikir verir?

Yakında herhangi bir zamanda PC World'den bir tane satın almayacaksınız. Hiç yapabilecek misin?

İstediğiniz bile belli değil. Şu anda, kuantum bilgisayarların belirli, çok özel görevler için yararlı olmasını bekliyoruz. Bu durumda, belki bu işleri yapan birkaç güçlü merkezi kuantum bilgisayar öngörüyoruz ve çoğu insan klasik bilgisayarlarla devam edecek. Ancak, klasik bilgisayarların gelişimi ile analojiler yapmak istediğiniz için, o zaman (Wikipedia'ya göre), 1946'da Britanya Ulusal Fiziksel Laboratuarı başkanı Sir Charles Darwin'in (ünlü doğa bilimcisinin torunu) yazdığı:

Bir makinenin talep ettiği tüm sorunları tüm ülkeden çözme yetisine sahip olması çok mümkün.

(bunun varyantları Watson gibi insanlara atfedilir). Bu çok net bir şekilde değil. Gerçek şu ki, bilgisayarlar bir kez yaygınlaştığında, onlar için başka kullanımlar da bulundu. Bu belki Bilmiyorum, kuantum bilgisayarlar için aynı olması. Bir dükkanda kuantum bilgisayar satın alamamanızın diğer nedenlerinden biri de büyüklüğü. Aslında, gerçek aygıtlar genellikle küçüktür, ancak tüm arayüz ekipmanı ve özellikle de tüm alanı kaplayan soğutma. Teknoloji geliştikçe, soğutma gereksinimlerini azaltacak şekilde aşamalı olarak daha yüksek sıcaklıklarda (örneğin, elde edilmesi gereken orijinal sıcaklıklara kıyasla yüksek sıcaklık süper iletkenliğinin ilerlemesine bakın) çalışabilir.

Neden iki farklı teknolojinin aynı oranda ilerlemesini bekliyorsunuz?

Basitçe söylemek gerekirse, kuantum bilgisayarlar çok daha güçlü olabilirler ancak klasik bilgisayarlardan çok daha zordur. Operasyonlarının teorisi daha karmaşıktır ve son fizik temeline dayanarak, ölçeklendirilmelerini engelleyen daha büyük teorik tuzaklar ve engeller vardır ve tasarımları mühendisliği zor olan daha karmaşık donanım gerektirir.

Neredeyse kuantum bir bilgisayarın geliştirilmesinin her aşaması, klasik bir bilgisayarın inancına aykırıdır. Yani sizin için bir soru; neden onları karşılaştırmalıyım?

Vikipedi'deki zaman çizelgesini görün ve paralel toplayıcının nerede olduğunu sorun.

Bana öyle geliyor ki cevabınız sorunuzda. Vikipedi'deki zaman çizelgesine bakmak 1959'dan 2009'a kadar çok yavaş bir ilerleme göstermektedir . Sıfırdan bire kadar olana kadar temelde teorik bir işti .

O zamandan bu yana geçen sadece 9 yılda, ilerleme hızı 2 litre ila 72 litre arasında değişiyorsa ve 2000 litreye kadar dwave eklerseniz çok büyük olmuştur. Ve şu anda bulutta, erişebileceğimiz bir çalışan var. Son 60 yılın ilerleyişinin grafiğini çizdiğinizden eminim ve arzuladığınız eğride dizinizi oldukça iyi göreceksiniz ve ifadenize çılgınca geleceksiniz. Ancak bildiğim kadarıyla kuantum hesaplama hiçbir şey yapmadı.

Atlas veya MU5'in eşdeğeri nerede?

Sorunuzun dayandığı ölçü bu mu?

Hiç yapabilecek misin? Hepsi yutturmaca ve sıcak hava mı? Kuantum hesaplama, sadece gökyüzünde pasta mı? Hepsi sadece yarın reçel mi, kuantum şakasıyla saf bir halkın arasına sokuluyor mu?

Evet. Hayır hayır hayır.

Değilse neden olmasın?

Çünkü referans zaman çizelgenizin gösterdiği gibi, insanlar kuantumların sayısı ve kararlılığında ve kuantum algoritmalarında önemli ilerleme kaydetmektedir.

İnsanlardan geleceği tahmin etmelerini istemek her zaman başarısızlıkla doludur, bu nedenle bu sitelerin çoğu 'görüşe dayalı' sorulara izin vermez.

Belki daha spesifik (görüşe dayalı olmayan) sorular, sorularınızı yanıtlamak için daha iyi hizmet eder.

Buradaki insanların çoğu için üzücü gerçek, John Duffield (asker) haklı olmasıdır.

Kuantum bir bilgisayarın hiçbir zaman değerli olamayacağına dair hiçbir kanıt yoktur.

Ancak, kuantum hesaplamaya yatırım yapan şirketler için (IBM, Google, Intel, Microsoft, vb.), Bir tane oluşturmaya çalışmak tamamen değerdir, çünkü başarılı olursa bazı sorunları katlanarak daha hızlı çözebileceklerdir. klasik bilgisayarlardan daha başarılıdırlarsa, milyarlarca dolara hiçbir çentik koymamışlardır.

Şimdiye kadar bir arıza diyebileceğiniz faydalı kuantum bilgisayarları kurma girişimi, en azından süper iletkenleri, fotoniği ve hatta kuantum teorisinin kendisini anlamada ilerlemelere yol açmıştır. Kuantum mekaniği analizinde kullanılan pek çok matematik, kuantum bilgi teorisi bağlamında geliştirilmiştir.

Ve son olarak, kuantum bilgisayarları asla pazarlanamayabilir, ancak Toshiba, HP, IBM, Mitsubishi, NEC ve NTT'nin kuantum iletişim cihazları zaten piyasada.

Sonuç olarak: John Duffield ile kuantum hesaplamanın hiçbir zaman değerli olamayacağı konusunda hemfikirim. Ancak kuantum iletişimi zaten pazarlanabilir ve kuantum hesaplama gerçeğini gerçekleştirmedeki başarısız (şimdiye kadar) girişimlerimiz için birçok yeni bilim, matematik ve mühendislik (örneğin süper iletkenler için) geliştirildi.

Tüm iyi sorular gibi, demek istediğin budur. Kuantum bilgisayar geliştiren bir girişimin CTO'su olarak, kuantum hesaplamanın sadece gökyüzünde pasta olduğu iddiasına kesinlikle katılmıyorum.

Ama sonra "Çok geçmeden PC World'den bir tane almayacaksın" diye iddia ediyorsun. Bu sadece hemfikir değil aynı zamanda öngörülebilir bir gelecekte, iddiada bulunacağım gibi "asla" kadar yakın olamayacağınızı da önerecektir.

Neden? İlk olarak, geçerlidir, çünkü kuantum bilgisayar yapmamızı engelleyen hiçbir mühendislik sebebi yoktur ve aslında bir tane daha inşa etmemizi engelleyecek hiçbir neden yoktur. İkinci noktaya göre, kuantum bir bilgisayar inşa etmenin klasik bir bilgisayar inşa etmekten daha zor olması (aşırı soğuk sıcaklıklar veya çok iyi bir vakum gibi özel koşullara ihtiyacınız var ve daha yavaşlar) henüz belli değil. kuantum bilgisayarların öne çıkardığı problemler. Hesaplama yaparak veya modası geçmiş kriptoları kırarak veya bazı işlevleri tersine çevirmeyi hızlandırmak için (özellikle gardırop boyutunda destek ekipmanlarıyla geliyorlarsa) herhangi bir dizüstü bilgisayara ihtiyacınız yoktur, ancak bunu yapmak için bir veya birkaç süper bilgisayara ihtiyacınız vardır.

Neden (büyük, evrensel) kuantum bilgisayarları önleyen mühendislik sorunları olmadığını söyleyebilirim? Tek bir örneğin yeterli olacağını unutmayın, bu yüzden profesyonel olarak takip ettiğim teknolojiyi en iyi bildiğim teknolojiyi seçiyorum. İyon tuzağı temelli kuantum hesaplamasında, bir kişinin ihtiyaç duyduğu tüm bileşenler gösterilmiştir: Yüksek kaliteli, evrensel kuantum geçitleri vardır. İyonları taşımak için başarılı girişimler vardır (bunları iyon dizilerinden ayırın ve yeniden birleştirin, yollar boyunca ve yolların kesişme noktalarından geçirin) uygun performansla. Ayrıca, kapı operasyonlarıyla karşılaştırılabilir bir aslına uygunlukta başlatma, ölçme vb. Mümkündür. Büyük, evrensel iyon tuzağı bazlı kuantum bilgisayarların kurulmasını önleyen tek şey, bireysel katkıları yapan bilim adamlarının doğru mühendislerle bir araya getirilmesidir.

Yakında teknik olarak yapılacak bir başarıyı nasıl söyleyeceğinizi söyleyebilmek için can atıyorum, ancak patent avukatımızı (ve CEO'm ve şirketteki herkes) biraz kızdırmamdan korkuyorum. Aşağı kaynar şey şudur:

Kuantum hesaplama gerçekten de gökyüzündeki bir pasta ise, o zaman geriye bakınca, gelecekteki insanlar onu ilk mikrobilgisayarlar gibi düşük bir asma meyvesi olarak algılayacaktır.

Diğer cevaplarda da belirtildiği gibi, birçok bölmeden oluşan evrensel bir kuantum bilgisayar geliştirmenin birçok teknik zorluğu vardır. Ayrıca bu inceleme makalesine bakın . Ancak, ilk gerçekten evrensel kuantum bilgisayarına ulaşmadan önce, bazı önemsiz kuantum hesaplama sonuçları almanın geçici yolları olabilir.

Klasik bilgisayar cihazlarının ilk evrensel bilgisayar yapılmadan çok önce bulunduğunu unutmayın. Örneğin, diferansiyel denklemleri sayısal olarak çözmek için, kapasitörler, bobinler ve dirençlerden oluşan bir elektrik devresi inşa edebilirsiniz, böylece belirli noktalar arasındaki gerilim, çözmek istediğinizle aynı diferansiyel denklemi karşılayacaktır. Bu yöntem, astrofizikte dijital bilgisayarların ortaya çıkmasından önce popülerdi.

Kuantum hesaplama durumunda, Feynman kuantum hesaplama fikrini ortaya çıkardığında, sıradan bilgisayarlar kullanarak bazı fiziksel sistemlerin kuantum mekaniksel özelliklerini simüle etme zorluğuna dayandığını savundu. Argümanı tersine çevirerek sistemin kendisinin sıradan bilgisayarları kullanarak çözmesi zor olan matematiksel problemi çözdüğünü belirtti. Sistemin kuantum mekaniksel doğası, bu nedenle, normal bilgisayarları kullanarak çözülmesi zor olan problemleri çözebilecek kuantum mekaniksel tertibatlar inşa edip edemeyeceğini düşünebilir.