Квантовое превосходство что это
Google достигла квантового превосходства
Пример элементов квантового компьютера Rigetti Computing
Квантовый компьютер Google смог за 3 минуты и 20 секунд выполнить расчет, на который самому мощному в мире суперкомпьютеру Summit (IBM) понадобилось бы примерно 10 тыс. лет. Информацию об этом научном открытии сотрудники компании изложили в публикации, которая была размещена на сайте НАСА. Однако через некоторое время данный доклад был удален с сайта без объяснения причин. Но в издании Financial Times успели изучить и проанализировать текст открытия.
В конце августа 2019 года специалисты Google подготовили доклад «Quantum Supremacy Using a Programmable Superconducting Processor» о своем открытии при использовании нового квантового компьютера — достижении квантового превосходства. Материал был опубликован в сентябре 2019 года на сайте НАСА, но позже удален. Данные этого доклада остались в кэше Bing и доступны по этой ссылке.
Квантовое превосходство – переломный момент, при котором квантовый компьютер сможет выполнить задачу, решить которую раньше считалось невозможным или на ее решение потребовалось бы невероятное количество времени, используя текущие передовые технические достижения цивилизации.
Квантовый компьютер — это вычислительное устройство, которое использует явления квантовой суперпозиции и квантовой запутанности для передачи и обработки данных. Квантовый компьютер (в отличие от обычного) оперирует не битами (способными принимать значение либо 0, либо 1), а кубитами, имеющими значения одновременно и 0, и 1. Теоретически, это позволяет обрабатывать все возможные состояния одновременно, достигая существенного превосходства над обычными компьютерами в ряде алгоритмов.
Многие компании и университеты во всем мире участвуют в создании квантовых компьютеров, но лидером в этой гонке уже несколько лет остается Google.
Уже в 2017 году инженеры подразделения Google по квантовым аппаратным средствам использовали квантовый компьютер с 22-кубитовым процессором.
Квантовые процессоры Google находятся в лаборатории компании в Санта-Барбаре. Там их держат в специальных резервуарах — криостатах. Сжатый гелий и жидкий азот, перекачиваемый из морозильного резервуара, охлаждают внутренности криостата до минус 273,11°C. Такая низкая температура необходима для сохранения сверхпроводимости.
Фактически, это квантовая интегральная система, включающая в себя помимо криостата с кубитами и классическую электронику, которая отвечает за удаленный доступ специалистов к системе для программных исследований и анализа полученных данных. При этом все элементы системы должны быть надежно защищены от взаимных и внешних помех.
Это сложная и дорогая система для проведения квантовых вычислений, а на ее обслуживание и эксплуатацию компания тратит немалые деньги.
Инженерную команду по разработке квантовых технологий в Google возглавляет Хартмут Невен. Невен в компании ранее курировал самые инновационные проекты — от программного обеспечения ИИ для распознавания лиц до запуска в производство Google Glass.
В конце 2017 года команда Невена в Южной Калифорнии готовилась к запуску квантового компьютера на 49-кубитовом процессоре, используя который планировалось преодолеть новый технологический рубеж, после которого квантовые компьютеры смогли бы достигнуть квантового превосходства.
Также в компании работают над созданием новой архитектуры квантового компьютера, чтобы была возможность работать с ним при более высоких температурах, а также с помощью новых инженерных решений уменьшить помехи во время передачи данных.
И вот, в сентябре 2019 года специалисты Google опубликовали доклад о своем открытии при использовании нового квантового компьютера — достижении квантового превосходства.
В научном эксперименте принимал участие квантовый компьютер Google с 53-кубитовым процессором, получивший название «Sycamore» (Платан). Для создания инфраструктуры Платана команде Google по разработке квантовых технологий даже пришлось даунгрейдить проект созданного ранее 72-кубитового процессора «Bristlecone».
В удаленном по неизвестным причинам материале на сайте НАСА утверждалось, что квантовый компьютер Google смог выполнить очень сложный программный расчет всего за двести секунд. Таким образом, была осуществлена экспериментальная демонстрация превосходства квантового компьютера над традиционным.
Для сравнения, самый современный мощный суперкомпьютер Summit смог бы произвести подобный результат лишь за 10 тыс. лет. Суперкомпьютер Summit был запущен в США в 2018 году. Его расчетная мощность составляет 200 тыс. трлн операций в секунду, он состоит из 4608 вычислительных серверов, на каждом из которых установлено два 22-ядерных процессора IBM Power9, а встроенная память достигает 10 петабайт.
Также по оценкам специалистов компании, выполнение того же эксперимента на сервере Google Cloud заняло бы 50 трлн часов (5.7 млрд лет).
В своей публикации специалисты Google уточнили, что их новая система может выполнять только один расчет, а использование квантовых компьютеров для решения практических задач находится еще в далеком будущем.
Был ли связан этот расчет с определенными исследованиями или математическими задачами, в компании не уточнили. Хотя специалисты компании пояснили в статье, что в эксперименте были использованы случайные числа, сгенерированные по специальному сценарию, связанному с квантовыми явлениями.
«Нами было достигнуто существенное ускорение по сравнению со всеми известными классическими алгоритмами, которое смогло обеспечить экспериментальную реализацию квантового превосходства в решенной вычислительной задаче, что знаменует появление столь ожидаемой вычислительной парадигмы», — утверждалось в докладе Google.
Так же в докладе было предположение, что мощность новых квантовых систем будет увеличиваться с «двойной экспоненциальной скоростью», опережая даже экспоненциальную скорость, которая определяла закон Мура — тенденции, при которой традиционные вычислительные мощности удваиваются примерно каждые два года.
По поводу удаления публикации с сайта НАСА — в Google отказались подтвердить подлинность доклада и его результатов, в НАСА также не ответили на запрос о комментарии по поводу этого странного снятия с публикации материала.
Однако, по данным издания Fortune источник в Google, знакомый с этой ситуацией, предположил, что в НАСА случайно слишком рано опубликовали данный документ.
Ведь результаты расчета и анализ хода вычислений квантового компьютера еще предстоит тщательно проверить экспертами и учеными. И такой процесс сложной научной экспертной оценки может продлиться от нескольких недель до месяцев. Также данная статья будет находится под пристальным вниманием научного сообщества, а если ее результаты подтвердятся, то это станет станет предвестником переломного момента в квантовой науке.
Почему данные об этом эксперименте были опубликованы на сайте НАСА? В 2018 году Google заключил соглашение с НАСА об использовании суперкомпьютеров агенства для проверки расчетов, выполненных компанией с помощью квантовых компьютеров.
В общем итоге, какие бы не были результаты в расчетах Google, многие разработчики в сфере квантовых технологий опасаются, что текущие результаты эксперимента могут быть преувеличены и они обеспокоены фактом, что повышенные ожидания от неминуемого прогресса в этой области в краткосрочной перспективе приведут к возникновению нового технологического пузыря, который может быстро лопнуть.
Дарио Джил (Dario Gil), руководитель IBM Research, не советует использовать термин «квантовое превосходство» в качестве метрики для измерения прогресса в этой области. «Данный эксперимент и термин «квантовое превосходство» будут неправильно поняты почти всеми», — предостерег Джил. По его словам, это был особый лабораторный эксперимент, который на данный момент не имеет практического применения.
«Квантовые компьютеры никогда не будут господствовать над классическими компьютерами, а будут работать вместе с ними, поскольку у каждого есть свои уникальные преимущества», — заявил Джил.
Джим Кларк, директор Intel Labs по квантовым технологиям, обозначил такое достижение Google как значительный маркер в развитии квантовых компьютеров. Однако, по его словам, коммерчески жизнеспособный квантовый компьютер еще потребует многих достижений и решений в области НИОКР, прежде чем станет реальностью.
«Несмотря на то, что эта разработка все еще находится на первом этапе своего марафона, мы твердо верим в потенциал этой технологии», — добавил Кларк.
Квантовое превосходство: всё о квантовых компьютерах
Стенд компании Intel на прошедшей в начале года конференции потребительской электроники CES в Лас-Вегасе, как обычно, был заполнен журналистами и техноблогерами. Новинки крупнейшего производителя микрочипов всегда потенциально интересны, хотя в последние годы эти обновления – чуть больше ядер, чуть меньше энергопотребление – все реже привлекают внимание публики. Однако на этот раз технологическому гиганту действительно было чем похвастаться: посетителям показали квантовый процессор Tangle Lake, способный – пусть теоретически и лишь в некоторых задачах – делать то, что пока было по силам лишь лучшим суперкомпьютерам.
Tangle Lake ни размерами, ни формой не слишком выделяется на фоне обычной продукции Intel. Но принципы, на которых он работает, далеки от тех, на которых построена традиционная электроника. Вместо миллиардов транзисторов на новой микросхеме имеется всего 49 элементов. И это не полупроводниковые переключатели тока, а кубиты («квантовые биты»), элементарные ячейки, способные работать с квантовой информацией. В данном случае они представляют собой крохотные сверхпроводящие антенны.
Это не единственный вариант получить кубиты для квантового компьютера, но в данном случае важнее их число. 49 не рекорд: еще до презентации Tangle Lake компания IBM рассказала о работе над квантовым компьютером на 50 кубит, а группа под руководством гарвардского физика Михаила Лукина сделала экспериментальный 51-кубитный вычислитель. Легко заметить, что все эти проекты построены вокруг цифры в полсотни кубит: именно на ней обычно устанавливают планку, после которой стоит ожидать наступления «квантового превосходства».
Преимущество неопределенности
Использовать для расчетов поведения квантовых систем не обычные компьютеры, а другие квантовые системы, которые могли бы играть роль упрощенной модели, предложил еще Ричард Фейнман в 1981 году. Справедливости ради стоит добавить, что идея, видимо, витала в воздухе: почти за год до того ее высказывал советский математик Юрий Манин. В самом деле, трудность, с которой сталкиваются обычные компьютеры при моделировании таких систем, заключается в самой их квантовой природе, в неустранимой неопределенности параметров взаимодействующих частиц.
Допустим, нам нужно посчитать, как поведет себя атом, если мы направим на него фотон; для этого нам требуется выяснить поляризацию фотона. Единственный способ сделать это – провести измерения, а до этого поляризация останется неопределенной: физики говорят о суперпозиции, наложении возможных значений. Для расчетов все варианты должны быть рассмотрены по отдельности, и в нашем примере это займет вдвое больше времени, чем если бы нужные параметры поляризации были известны. Более того, стоит начать добавлять в систему другие компоненты (несколько атомов, несколько фотонов), и неопределенности придется перемножать, а сложность вычислений вырастет экспоненциально.
Идея квантового компьютера заключалась в том, чтобы обратить недостаток в достоинство: использовать для вычислений саму неопределенность, которая так затрудняет обычные расчеты. Представим, что вам нужно подобрать пароль, у которого неизвестны последние два бита. Тут возможны четыре комбинации: 00, 01, 10 и 11. В классическом случае каждый из них необходимо считать отдельно: подставить его в нужное место и проверить результат. Однако если носителем информации станет квантовый объект – например, два кубита с суперпозицией поляризации, – то все четыре комбинации можно будет проверить одновременно.
Если правильная комбинация возможных состояний кубитов существует, можно не сомневаться, что они примут и ее тоже. Главное – организовать взаимодействие между ними так, чтобы мы смогли прочитать и понять получившийся ответ. Мощь квантовых компьютеров заключается именно в экспоненциально растущем числе операций, которые можно сделать за один шаг. Система, состоящая из двух кубитов, позволяет одновременно рассмотреть четыре варианта развития событий, система из четырех – 16. После 50, как мы помним, наступает «квантовое превосходство», а на число комбинаций всех возможных состояний квантового компьютера из 300 кубитов уже не хватит атомов во Вселенной.
Чтобы взять эту планку, нам понадобятся физические носители кубитов. В этой роли могут выступать отдельные атомы, способные находиться в разных энергетических состояниях, или дефекты кристаллической структуры («вакансии»), несущие спин разного направления, или даже относительно крупные объекты – как те сверхпроводниковые антенны, на которых построен Tangle Lake. Какой именно вариант станет стандартом в будущем, пока сказать трудно. Так в свое время было с электрической лампой: физика понятна, но инженерных решений предложен целый букет. Только опыт применения покажет достоинства, недостатки и перспективы разных систем.
Минимальный набор
Впрочем, для создания настоящего квантового компьютера понадобится не только комплект кубитов, но и каналы их взаимодействия. В обычном компьютере эту роль выполняют провода и электрические контакты, а в квантовом – эффект запутанности. Запутанные частицы имеют общие квантовые параметры: их можно разделить физически, но их поведение останется связанным, невзирая на расстояние. Кубиты в квантовом компьютере расположены не слишком далеко, однако именно запутанность связывает их в единую, согласованно реагирующую систему.
Кроме того, новому компьютеру необходимо записывать и считывать информацию. В принципе, это самое простое: для ввода-вывода можно использовать излучение, например лазерное или микроволновое, сфокусированное на отдельных кубитах, позволяющее «писать» и «читать» их состояние. Технически это довольно тонкая работа, которая требует дорогого оборудования, но делать это физики умеют уже давно. Куда труднее выполнить последнее требование: как можно надежнее изолировать кубиты от внешнего мира, чтобы удерживать их запутанность в течение времени, достаточного для вычислений и обмена данными.
Квантовое превосходство: что это такое и почему об этом поспорили Google и IBM
В среду Google заявила о прорыве в создании квантового компьютера, охарактеризовав его как «квантовое превосходство». По заявлению компании, этот прорыв позволит создавать новые компьютеры, способные делать вычисления на недостижимых для сегодняшних технологий скоростях.
Над квантовым компьютером работают уже почти 13 лет. Google заявляет, что такое устройство способно выполнять задачи, с которыми не справляются нынешние машины: по сравнению с ним даже суперкомпьютеры кажутся игрушками.
Достижение заключается в том, что их компьютеру потребовалось чуть больше трёх минут на вычисления, которые у обычного суперкомпьютера заняли бы 10 тысяч лет, утверждает компания.
Учёные сравнивают заявление Google с первым полётом братьев Райт, которое послужило доказательством: полеты реальны, хотя тогда было понятно, что потребуются годы на раскрытие потенциала технологии.
Однако другие исследователи не спешат с выводами: ещё многое нужно сделать, чтобы квантовые компьютеры применялись за пределами лабораторий.
Ещё более скептично настроена компания IBM. В своём блоге она заявила, что Google ошиблась на 150 млн процентов. По мнению специалистов IBM, ИТ-гигант спекулирует на теме «квантового хайпа», а математическая операция, приведённая в пример, заняла бы на современном компьютере всего два с половиной дня.
Квантовые компьютеры работают по совершенно другому принципу. Обычные компьютеры обрабатывают биты информации в двоичном коде, а квантовый оперирует кубитами. На уровне квантовой механики один кубит может содержать два значения сразу — 1 и 0, и они существуют одновременно.
Квантовые компьютеры выглядят не так, как обычные. Это большие цилиндры из металла с закрученными проводами, которые опущены в холодильные установки.
Такие монстры могут использоваться для разных задач, включая вычисления в области химии и физики, создания новых материалов. Ещё одна область применения квантового компьютера — криптография и вопросы безопасности. Эти вопросы наиболее остро чувствуют финансовые организации, банки, что неудивительно: в последнее время только и гремят скандалы об утечках и взломах.
Недавно на прошедшем в «Сколково» форуме «Открытые инновации» Дмитрий Зауэрс, зампред правления «Газпромбанка», финансирующего работу Российского квантового центра (РКЦ), заявил, что люди, которые первыми построят квантовый компьютер, «будут владеть миром».
Возможности квантового компьютера позволят получить доступ к любой информации, поэтому пора задуматься о её защите с помощью релевантных технологий
Россия, по оценке Зауэрса, пока отстаёт в вопросе «железа» на пять-десять лет, но у неё есть шанс наверстать и даже перегнать западных конкурентов в ПО, использующего логику квантовых вычислений.
В целом банки, по его мнению, смогут обеспечить квантовую защиту удалённых устройств, таких как банкоматы, уже через два-три года. Кроме того, «любая банковская организация может позволить себе защиту передачи ключей между ЦОД с применением технологий квантовой защиты», говорил зампред ГПБ.
По информации агентства ТАСС, «Газпромбанк» — один из первых и самых больших инвесторов Российского квантового центра, одного из ведущих разработчиков квантовых технологий в России, в том числе систем квантовых вычислений. По инициативе Зауэрса три года назад РКЦ и «Газпромбанк» совместно запустили первые квантовые сети в России.
Расчёты Google неверны, уверены в IBM: в условиях идеальной симуляции, на обычном компьютере математическая операция, приведённая компанией, заняла бы два с половиной дня с большей точностью.
«Квантовое превосходство» было предложено в качестве термина американским физиком-теоретиком Джоном Прескиллом в 2012 году. Он означает момент, когда квантовые компьютеры будут уметь делать вещи, на которые неспособны обычные компьютеры.
Современные квантовые компьютеры этого не достигли, считают специалисты IBM.
«Концепция “квантового превосходства” предполагает наличие уникальных особенностей квантовых компьютеров, таких как квантовая запутанность и суперпозиция. Однако обычные компьютеры имеют такие ресурсы, как иерархия памяти и точные вычисления в “железе”, различные программы, а также обширная база знаний алгоритмов. И важно при сравнении учитывать все эти возможности», — говорится в публикации в блоге компании.
Тем не менее, как отмечает глава исследовательской лаборатории IBM Дарио Гил, квантовые технологии всё же становятся ближе к реальности. К 2020 году они уже будут использоваться для коммерческого и научного спектра задач, считает он. Однако в будущем квантовые компьютеры будут работать «рука об руку» с обычными, считают в компании.
Нужно было посчитать сумму всех спижженых денег в России за последние 20 лет.
Моя любимая картиночка.
А, собсно, что не так? Тут новые властители мира рождаются. Обидно осознавать, что твоя страна даже не в лонг-листе претендентов :((
А что лично ты сделал, чтобы родина встала с колен? Налоги-то хоть с полной зарплаты платишь?
Да. Еще не занимаюсь незаконными делами и с 6 лет не бросаю мимо мусорки. Что ни на миллиметр не улучшило бюджет, криминальную обстановку и экологию.
Конечно не на миллиметр, а меньше, но улучшило.
Александр тут не причем, оплата налогов ни как не влияет на рост экономики напрямую, важно не просто собрать налоги, но и создать условия для их полной собираемости и важно создать климат для развития бизнеса, а для этого важно исключить государство из бизнеса максимально, как минимум прямое участие и влияние государства снизить до минимума, а пока государство напрямую лезет в бизнес, бизнес никогда не станет развиваться, это не мои слова, а слова доктора наук по экономике, ну и ни одного, а нескольких, так же государство не должно лесть в политику ЦБ, так как это пагубно влияет на экономику в целом, после вмешательства гос структур, всегда в экономике начинаются проблемы, на фоне этих проблем гос структуры начинают убеждать общество страны через СМИ, о необходимости очередного гос вмешательства в ЦБ и в экономику и бизнес, но тем самым делают еще хуже экономике и тем самым создавая новое оправдание своего нового вмешательства, хотя на самом деле нужно перестать на прямую вмешиваться в ЦБ и в экономику и бизнес. Регуляцию экономики, бизнеса и рост обоих можно производить за счет коммерческих негосударственных структур таких как страховые компании, банки, аудиторы, рейтинговые агенства, консалтинговые, собственно для этого они и нужны, к примеру прежде чем откроется клуб или кафе в центре города, обязать все заведения страховать здание, тем самым страховые компании будут проводить аудит здания, так как они не будут выдавать страховку без жизнеспособного ремонта и систем пожарной безопасности, а сейчас это делает МЧСы, Участковые и тем самым на ровном месте создается целый плацдарм для коррупции, а страховой не выгодно заниматься коррупцией потому что она несет финансовую ответственность за нарушения, при наступлении страхового случая придется отвечать за нарушения рублем. А сейчас ни кто фактически никакой ответственности не несет, что неоднократно уже мы наблюдали с зимней вишней, хромой лошадью, это только громкие случаи, мы не знаем сколько людей погибло всего. Это лишь один пример неграмотного выстраивания гос управления, так же сейчас понижается ключевая ставка, уже до исторического минимума дошли, понижение происходит из за давления на руководство ЦБ администрацией президента, якобы надо для разгона экономики, но все понимают что администрацию президента в частности, не интересует вопрос поднятия экономики, их интересуют рейтинги, электорат и прочие президентские утехи, это как бы тоже одна из причин важности статуса независимости ЦБ. А вот президент должен в этих реальных условиях уже думать над законопроектами и прочим, а сейчас все наоборот, все думают как ему угодить. Например еще появился у нас роскомнадзор, который вообще непонятно чем занимается, по мне так просто растрачивает бабки бюджетные, но по факту это попытка влиять на онлайн бизнес, но завуалирована она под защиту гражданского общества от терроризма, но адекватные люди понимают, что бороться со следствием это так же глупо, как бриться каждый день с надеждой о том что когда нибудь перестанет расти борода с усами, короче говоря бороться надо с причиной, а не со следствием. А упрекать людей в том, что они не платят налоги или, что он платит не со всей суммы, это глупая борьба со следствием, а не с причиной, для начало нужно устранить причину по которой люди не хотят платить налоги, тогда и платить начнут все за милую душу. Например я обязал какой нибудь гос орган, брать с вас по 100 р в месяц, на содержание газонов города, потому что мне не нравиться что они в плохом состоянии, начал менять газон во всей стране, зимой вы мне скажите, а какого хера ты с меня берешь бабки за газон, если его снегом завалило, тогда я начну брать с вас еще и за уборку снега с газона, на что вы мне ответите да нах мне твой газон и снег на нем не нужны, откажитесь платить дань, так вот и тут так же с налогами, у всего есть причина, ее нужно устранять, а не пытаться приглушить, ради рейтингов и электората.
Истинная причина по которой правительство лезет в бизнес и экономику, это попытка всюду все контролировать, что бы каждая собака понимала кто здесь власть, но на выходе мы видим обратную картину, развития нету, госы душат бизнес уже на старте, по этой причине в рф незарегистрированно ни одного стартапа официально, все через оффшоры и оншоры, тут налоги вообще не причем как бы, так же повышение НДС до 20% это просто удавка для начинающего бизнеса, в то время когда он должен развиваться и вкладывать в развитие, наше «умное» государство начинает брать с организации 20% с каждой продажи своего продукта, вообще НДС придумали для того что бы бороться с перепроизводством, то есть по законам капитализма в наших реалиях нужно этот налог вообще убрать для всех, кроме тех кто генерит прибыль свыше лярда, а вместо этого мы получаем его повышение, так же 6 лет подряд доходы населения в реальном выражении падают, а значит падает и покупательская способность, что говорит о том что поднимать НДС нельзя, это катастрофа для экономики, но подарок для силовиков которые будут во время катастрофы защищать администрацию. Так что изучите мат часть, потом поговорим с вами про налоги.
А вот комментарий от реального бизнеса, который занимается производством.