В прошлой своей статье я дал очень упрощённое понятие о том, что именно содержит в себе кубит и как происходит физика операций с ним. Целью той статьи было первое приближение к описанию сущности этого объекта, чтобы читатель получил первичное представление о том, что кубит не содержит чисел. Вместо этого он, как любой квантовый объект, всего лишь содержит некую вероятность одного из двух состояний, которые можно ассоциировать со значениями битов 1 или 0.
В этом смысле кубит — это не искусственная цифровая ячейка, а природная аналоговая, оперирующая вероятностью своего того или иного состояния. Квантовое состояние может быть описано волновой функцией (т.н. амплитудой вероятности) в волновой механике или вектором состояния в матричной механике. Эти описания математически эквивалентны.
Для справки. Создать кубит (или кудит: кутрит, кукварк или любой другой куэнк) можно из любых квантовых объектов, которые имеют два (или более в случае с кудитами) базисных состояния — спин электрона, его энергетический уровень, поляризация фотона и т.п.
Так вот, если классическому компьютеру для нахождения какого-то значения требуется рутинный перебор всех возможных значений, то квантовый компьютер способен проверить все параметры одновременно за один раз. Но как? Это же логически невозможно!
А вот тут самое интересное. В классическом компьютере для поиска нужного числа мы производим некие манипуляции над байтом, состоящим из 8 битов, которое это число кодирует, чтобы проверить, соответствует ли оно искомому, или нет. Например, у нас есть ряд 8-битных чисел, и нужно найти число, которое делится на 3 без остатка.
Мы последовательно загоняем все эти числа в байт для манипуляций, и каждый раз каждое число делим на три и проверяем остаток. Если остатка нет, число найдено. Например, получаем очередное число 0000111, что соответствует числу 7. Делим на три. Получаем остаток. Нет, число не найдено, берём следующее, и так далее.
В квантовом компьютере вместо 8 бит, в которые мы последовательно загоняли значения, мы подготавливаем 8 кубитов, находящихся в суперпозиции с равной вероятностью нахождения в каждом из них нуля и единицы. Знаю, что кодируется информация компактнее, но описываю упрощённо, на подобии битов.
А теперь, внимание, мы обманываем природу! Мы просто берём, и с помощью системы квантовых вентилей, о которых я упоминал в предыдущей статье, вслепую делим неопределённый, находящейся в суперпозиции «кубайт» (8 кубитов), содержащий одновременно 256 разных значений, на три, и проверяем остаток. Если остатка нет, число найдено. Тогда коллапсируем кубиты, считывая их значения, и получаем искомое число. А если не найдено... а раз оно есть, оно будет найдено, и это уже головная боль природы. Как же она это сделает?
А природа сильно напортачила с тем, что допустила возможность суперпозиции, и теперь ей приходится сильно выкручиваться. И как же она выкручивается? А она как бы создаёт 256 параллельных миров для каждого из чисел, и одновременно производит в них это деление. В каком-то из миров оказывается искомое число, алгоритм даёт отсутствие остатка от деления и считывает делимое число из кубитов, коллапсируя их. Кубиты коллапсируют, миры схлопываются, а искомое число остаётся у нас. Ну чем не взлом природы? Лайфхак, читерство, однако.
Даже если чисел, делящихся на три, получается несколько, за один раз в наш мир вернётся, естественно, только одно из них. Остальные можно получать с одинаковой вероятностью, повторяя алгоритм поиска несколько десятков или сотен раз. Чем больше будет повторений, тем вероятнее, что мы получим все искомые числа.
Поскольку квантовые состояния очень нестабильны, а многие операции в недрах квантовых вентилей производятся над вероятностными параметрами, результат вычислений, как правило, является величиной неточной, вероятностной, и требует проверки классическим способом. То есть, нашли квантовым методом число, делящиеся без остатка, тут же поделили его классическим методом и убедились, что число найдено верно. Если вдруг неверно (что менее вероятно, но возможно), повторяем квантовый поиск, и так далее.
Даже в случае с многочисленными повторными прогонами квантовые алгоритмы на подобном классе задач выдают результат, порою, на порядки быстрее классических.
Всё это выглядит каким-то волшебством, фантастикой. Параллельные миры и всё такое. Скажу более, это мы интерпретируем происходящее, как вычисление в параллельных мирах, поскольку это нам уже немного привычно по фантастической литературе. Но что на самом деле там происходит при параллелизации вычислений, не знают даже учёные. Происходящее описывается лишь математически, но не имеет хоть сколько-нибудь удовлетворяющей всем нюансам физической модели. Для лучшего понимания происходящего для каждого нюанса приходится строить свои аналогии.
Вообще, всё это наводит на мысли, что мы, люди, неправильно интерпретируем наблюдаемые нами квантовые явления. Мы щупаем хобот слона и думаем, что перед нами змея, начиная выдумывать, почему она оставляет круглые следы. У меня большие подозрения, что квантовые эффекты не могут существовать, как таковые, потому что законы мира подобны и на макроуровне космоса, и на уровне быта человека, и должны быть подобными и на микроуровне.
Ещё бытует такое мнение, что это просто группа мировых учёных выдумала квантовую суперпозицию и квантовую взаимосвязь (запутывание), чтобы «пилить» деньги, которые на эту тему сейчас активно выделяют все ведущие государства, чтобы достичь цифрового превосходства и занять лидирующие позиции в мире. Цель для государств очень лакомая, средств вкладывается много, а учёные катаются, как сыр в масле, выдумывая всё новые сказки, цинично эксплуатируя заблуждения XX века.
Выглядит, как маргинальная теория заговора, и я больше поверю в теорию заговора юристов, специально усложняющий свой юридический язык, чтобы без них в законах никто не смог разобраться (хотя законы написаны для всех граждан), и чтобы эти самые граждане всегда обращались к ним, отдавая довольно большие деньги. А куда деваться, если тебя припёрли к стенке, отдашь последние деньги на адвокатов. Вот они и пишут законы, используя неоднозначные по смыслу конструкции языка и паразитируя на сложностях изложения, растягивая одновременно одно предложение до размеров крупного абзаца. Впрочем, я отвлёкся :-)
Так вот, что касается научного сообщества, мне всё же ближе версия с неправильной интерпретацией наблюдаемых явлений и всего явления в целом. Или всё же имеют место быть новые сущности микромира — «и частица и волна», и всё такое? Как вы думаете? :-)
Свои мысли пишите в комментариях. Ставьте нравлики и подписывайтесь на мой канал. Пока! :-)
