Чтобы на поверхностном уровне понять, почему такой компьютер сейчас невозможен, не обязательно тратить годы на изучение квантовой физики и правил микромира. Главное как аксиому (а по другому и нельзя) принять принцип суперпозиции и запутанности (когерентности). Тут главное не перепутать разделы физики и открыть именно квантовую механику.
Можно насиловать учебник, можно Wikipedia, а можно открыть старенькую статью, которая заодно расскажет и о принципах квантового вычисления. Очень доступно – на пальцах.
http://compress.ru/article.aspx?id=17653
Для начала нужно честно и прямо сказать, что никакой квантовый компьютер не поможет вашей любимой игрушке идти под Windows быстрее.
На этом половина интересовавшихся, должна отвалиться. Мы будем по вам скучать.
Остальные могут, если интересно, послушать автора кванто-компьютерного кипиша Дэвида Дойча (на русском)
https://scisne.net/a-526?pg=11
Как видим, даже он был в курсе основной проблемы. Распад кубитных связей. Декогеренция.
Одинокий кубит – в сущности вещь бесполезная, несмотря на все фантастические законы квантовой физики. Значение для скоростных вычислений имеют только связки кубитов, находящиеся в состоянии квантовой запутанности, то есть влияющие друг на друга. Чем больше элементов в связке, тем лучше.
Построение квантового компьютера в том виде, в котором мы его представляем, на данный момент научно (!) невозможно. По крайней мере, той мощности, где преимущества бесконечного перебора состояний квантовых систем, будут явственно видны невооруженным глазом.
Для этого нужно когерентное (связанное, запутанное и т.д.) состояние, как минимум пары сотен квантов (min >103), а лучше пары тысяч. На данный момент, полноценно работает связка из 8-10.
Декогеренция делает невозможным длинные квантовые вычисления.
Сначала считали, что она возникает от внешних давлений на «систему» и относили проблему к разряду инженерных. Однако опыты с разными технологиями построений кубитов (квантовые точки, сверхпроводящие элементы, атомы и ионы в ловушках и др.) показали, что она носит фундаментальный характер и уходит истоками в «коллапс волновой функции». Тот самый эффект наблюдателя.
Изучать данный вопрос можно начинать здесь, где в открытой переписке переругались некоторые Кембриджские и не только сотрудники
https://www.lightbluetouchpaper.org/2013/02/01/hard-questions-about-quantum-crypto-and-quantum-computing/
На самом деле консенсуса нет. Кто-то считает, что декогеренции можно избежать, и тогда мечта о Quantum Supremacy реализуема, кто-то настроен скептически.
Но даже самая большая проблема квантовых компьютеров, не единственное препятствие на пути к созданию чуда.
Все нынешние попытки собрать «нечто» именуемое «квантовым компьютером» вообще не относится к обычным вычислительным машинам. Все исследования направлены только на применение алгоритма Шора и взлом шифрования RSA .
Чтобы замести следы, иногда упоминают эволюционное моделирование белковых соединений для медицины, но это, как говорится, не точно. Вроде бы и смоделировали молекулу, но тут же оговорились, что из-за погрешностей вычислений, она не очень похожа на настоящую.
http://www.sciencemag.org/news/2017/09/quantum-computer-simulates-largest-molecule-yet-sparking-hope-future-drug-discoveries
В принципе и все вычисления на основе кубитов очень верно характеризует фраза «но это не точно».
Сама возможность добиться от связки квантов вменяемого результата, основана на циклическом выполнении функции и достижения приблизительного результата многократным (очень многократным) повторением.
Здесь неприменимы законы Мура, эволюции, человеко-часов и Эйнштейнов на один квадратный метр, потому что с каждым присоединенным к цепочке квантом, влияние ошибок на результат вырастает экспоненциально. Значит и количество переборов для вероятностного, приближенного к правильному, ответа начинает стремиться к бесконечности. А если и не к ней, то уж к возможностям самого квантового вычислителя – точно. И все Supremacy уйдет в пар.
Добавим сюда ограниченный набор формул, доступных для вычислений. Их очень мало и самым ярким, до сих пор, является алгоритм Шора.
Особенно беспокоятся по этому поводу криптовалютные дельцы. Боятся смерти протоколов шифрования. Ведь она приведет к мгновенной кончине всех нынешних квазивалют. Это действительно так. Но это будет настолько ничтожное событие по сравнению с общемировым эффектом падения RSA, что его не заметят.
Если в ближайшее время не случится прорыва в теоретической или практической квантовой физике, то все потуги ограничатся разложением на простые множители и разрушением RSA.
А есть ли тенденции к прорыву? Судите сами.
Развлекаются с изготовлением защищенной от декогерентности квантовой памятью. 100 миллисекунд и 22% считывания – рекорд. Как начало пути, наверное, хорошо, как заявка на ближайшее внедрение, очень вяло.
https://www.nature.com/articles/s41566-017-0050-y
Радуются, что причинно-следственные связи у квантовых вычислений, не сильно соответствуют привычным нам. С учетом приблизительности всех квантовых расчетов, надежда на извлечение правильного результата еще отдаляется.
https://www.nature.com/articles/s41567-017-0008-5
https://www.nature.com/articles/s41467-017-01887-5
С горем пополам удержали вместе 20 кубит, на подходе 50 (но это не точно), а результаты не радуют. Теперь предлагают оперировать не только количеством кубитов, но и глубиной вычислений. Сколько логических операций совершит «группа в полосатых купальниках», пока не наступит ̶ ̶в̶р̶е̶м̶я̶ ̶о̶б̶е̶д̶а̶ ̶у̶ ̶т̶и̶г̶р̶о̶в̶ декогерентность.
https://www.nature.com/news/race-for-quantum-supremacy-hits-theoretical-quagmire-1.22993
Лучше всего, пока получаются модели квантовых компьютеров, решенные стандартными вычислительными системами.
https://www.nature.com/articles/nature24622
Так, что «квантовый компьютер» это тот самый «сферический конь в ваккуме», которого мы все так любим.
P.S.
Нет, мы не забыли. Просто, как то неловко о нем упоминать. Или непонятно с какой стороны. Там нет схемы, которую мы понимаем под «квантовым компьютером», но есть моделирование таких систем квантовым отжигом.Во-вторых, вся его мегакубитность (на сегодня 2К) состоит из пучков по 4(8) штук, а значит отсутствует то самое масштабирование за которым все гонятся.
Что-то подозревать начали давно
http://physicsworld.com/cws/article/news/2014/jun/20/is-d-wave-quantum-computer-actually-a-quantum-computer
Потом, все-таки, приспособили к некоей оптимизации расчетов. И это самое страшное! Значит «оно» работает. Пусть и криво, но лучше чем стандартное, которое «никак».
https://www.nature.com/news/d-wave-upgrade-how-scientists-are-using-the-world-s-most-controversial-quantum-computer-1.21353
Нам ̶с̶ ̶в̶ы̶с̶о̶т̶ы̶ ̶п̶о̶з̶н̶а̶н̶и̶й̶ ̶м̶и̶р̶а̶ «из подвала» история с D-Wave кажется настолько загадочной, что ставит под сомнение и другие работы по созданию квантовых компьютеров и уводит их в сторону теории заговоров.
Тем не менее, мы все равно ждем прорыва и будем тщательно следить за подобными разработками, чтобы вовремя скинуть свои биткоины.