Что я узнал о дивном мире квантовых вычислений (продолжение) # | New Yorko Times
Что я узнал о дивном мире квантовых вычислений (продолжение)
#science #quantum
Вкратце, самое многообещающее приложение – это, собственно, кванты для квантов – моделирование квантовых систем и симуляция квантовой механики. Это про решение уравнения Шредингера для сложных систем (в классике даже задача трех тел не решается аналитически, а симуляции тоже бессильны для хоть какого-то разумного числа элементарных частиц). Тут мне сложно махать руками, т.к. надо разбираться и в квантмехе, и квантовой химии, но как я понимаю, с настоящим квантовым компом будет дикий прогресс в задачах типа предсказания сворачивания белка и, в конечном счете, разработки лекарств. А также в разработке новых материалов с нужными свойствами.
Есть еще оптимизация, всякие квантовые алгоритмы для решения NP-полных задач. Ну, может, в будущем оптимальный маршрут в Я.Картах и будет строиться на квантовом компе, но в целом это так не повлияет на нашу жизнь, как квантовое моделирование. То же про алгоритм Шора и взлом RSA. Просто шумиха (как и майнинг битка на квантовых компах). Уже вовсю исследуется постквантовая криптография, защищающая от взлома RSA. К тому же, допустим RSA128 можно будет поломать, но если просто увеличить ключ, понадобится много качественных кубитов для взлома, а столько еще нет. Но алгоритм Шора – легендарный, с него по сути и начались все эти разговоры про кванты и будущее.
При этом кванты полезны уже сейчас, в NISQ эпоху (noisy intermediate-scale quantum), когда кубитов немного, и они неидеальны. Поиск собственных значений и векторов, оказывается, сложная задача. Есть квантовых аналог – variational quantum eigensolver, Вот он может работать с неидеальными кубитами. Оказывается, поиск первого собственного вектора гамильтониана системы – очень важная прикладная задача, актуальная для разных физических процессов типа… хотел бы я (как выпускник физтеха черт побери) легко не гугля привести кучу примеров, но сюда относится все задачи типа many-body systems такие как квантовый отжиг, моделирование электронной структуры молекулы и т.д. Хороший обзорчик https://quantum-ods.github.io/qmlcourse/book/intro/ru/intro.html Семен Синченко сделал для нашего курса QML. Тут система описывается гамильтонинаном (он столь огромен для больших систем, что даже загрузить его в классическую память – проблема), а ее основное состояние (собственные значения и вектор гамильтонина) описывает решение – то есть по сути физическую конфигурацию системы. Для VQE не нужен абстрактный идеальный квантовый комп, достаточно кучи неидеальных кубитов. Вот конкретно под одну эту задачу заточен DWave. И вроде как все успешно, потенциал есть. Хотя, как я понимаю, пока еще недостаточно кубитов для каких-то реально прорывных case studies.
Но я не исключаю возможности, что кто-то изобретет прорывную технологию, условно, взглянет как-то по-другому на кубиты и сделает вещество, в котором каждый атом – кубит (фантазирую), и тогда вычислительные возможности будут по сути не ограничены. Сейчас сложности с тем, что физика – дорогая (всякие сверхпроводимости, требующие почти абсолютного нуля), а также принципиальная сложность в том, что с одной стороны, кубиты должны быть изолированы от мира, чтоб не терять свое состояния (декогеренция, примерно как батарейка лежит, контактирует с воздухом и теряет заряд, только кубиты намного быстрее теряют свое чистое состояние). С другой стороны, кубиты надо уметь измерять, то есть они все же обязаны как-то контактировать со средой. Проблема примерно той же природы, что нельзя измерить температуру среды, не понизив ее, т.к. градусник нагревается. Только на квантовом уровне это прям сложно. В-общем, как в 2012, вполне возможен прямо принципиальный прорыв, и тогда все ринутся в кванты. Но в ближайшее время таких прорывов, как машинное обучение или тем более Интернет, думаю, не ожидается.
