В статье "Проблемы современной компьютерной техники" я рассказал, какие проблемы у современной полупроводниковой техники и почему дальнейшее развитие этой техники, в первую очередь компьютеров затормозилось.
В этом же материале я попытаю (повторюсь, только попытаюсь) рассказать суть такого явления, как квантовые компьютеры (КК).
Когда заходит речь о таком устройстве, как квантовый компьютер, у большинства только два мнения: очень сложное непонятное устройство и восхитительно современное.
Слово "квантовый", впрочем как и "искусственный интеллект"(ИИ), эти модные слова,теперь суют во всё, что хоть немного связано с передовыми технологиями. Причём совершенно бездумно и не понимая, что оно обозначает.
Впрочем это и не удивительно. По большому счёту даже изобретатели этих устройств не до конца понимают, как он работает.
А всё потому, я об этом не раз уже писал, что более чем 100 лет назад физика отказалась от познания сути физических явлений, ограничившись лишь их описанием, причём в основном математическим.
Поэтому когда говорят о разработке таких устройств, как КК, то речь идёт не о физике, а о "угадайке".
Либо результат подгоняется под математическую модель. Если это не возможно, то подгоняют модель под результат.
Но не будем о грустном и продолжим по теме.
Итак, когда говорят о КК, то сразу всплывают такие понятия, на которых строиться эта техника, как "Принцип суперпозиции (квантовая механика)", "Квантовая запутанность" и "Кубит".
Я конечно привёл ссылки на Википедию, но сомневаюсь, что большинство броситься читать. Да и сама Википедия не является безукоризненным источником информации.
Принцип суперпозиции — фундаментальный принцип квантовой механики (заметьте, опять квантовой*), смысл которой вообще говоря простой.
Если есть несколько каких-то функций (в нашем случае только две - всё равно двоичная система), то результатом воздействия (просто подставления определённых значений) на эти функции в совокупности есть линейная их сумма. Всё!
Или совсем просто: то если y = x*x, а z = x+2, то подставляя x = 1, получим y = 1, z = 3, а их суперпозиция (линейная сумма) равна 1+3=4.**
И вот это математики обозвали таким "страшным" обозначением.
Более того, забегая вперёд, ещё скажу, что в нашем конкретном случае, это функции не любые. Конечно не такие простые, как в примере.
В данном случае это функции Щредингера, или функции вероятностей (кому-то сразу наверно Эйнштейн вспомниться).
Перейдём к ещё одному страшному зверю, Квантовой запутанности.
Опять модное слово, да ещё в сочетании с запутанностью и всё, голова перестаёт работать!
Читаем. Квантовая запутанность — квантовомеханическое явление, при котором квантовые состояния двух или большего числа объектов оказываются взаимозависимыми (в одном коротком определении 3 раза слово "квантовый").
И чего тут сложного? Два коробка спичек связали ниткой, вот вам квантово запутанный механизм. А ещё наша детская игрушка - ниточный телефон.
Хотя можно и три коробка связать. Или четыре. Это уже частности.
В любом случае, если за один коробок дёрнуть - отзовутся все.
В Википедии почему-то сразу запутанные фотоны упоминают - сказочники(!) - такого не бывает. Но в нашем случае (в КК) это как раз используется.
И последнее понятие - это Кубит (q-бит, кьюбит, кубит; от quantum bit) — наименьшая единица информации в квантовом компьютере (аналог бита в обычном компьютере), использующаяся для квантовых вычислений.
Определение страшно не понятное и запутанное, но красивое. И это не удивительно.
Как уже упомянули, обычный бит - это определённое состояние ячейки памяти (запомните - памяти)!
Понятно (в школе ещё учат), что состояние может быть 2: 0 или 1. Включено или выключено. Есть сигнал или его нет.
Если этих ячеек много, то это уже суперпозиция (сумма) всех этих состояний.
Но в любом случае, чтобы считать или записать, нужно последовательно обращаться к каждой ячейке памяти. Это долго и мучительно. Но так работают современные полупроводниковые электрические компьютеры. В статье выше всё рассказал.
Кубит же, хоть его и сравнивают с обычным битом, это вообще не ячейка памяти и к памяти вообще не имеет ни какого отношения.
Я не буду сейчас объяснять, из чего они состоят - вариантов несколько. Кто как изгаляется. Дело не в конструкции в данном случае.
Дело в следующем.
Кубит - это такое устройство (я не буду сейчас рассказывать сказки о содержании в нём сразу и 0 и 1), в котором заложена возможность выбора одного из двух состояний, например: орёл и решка.
"Пишут заумно: состояние системы или её подсистем изменяется посредством унитарных преобразований, выполняющих те или иные логические операции."
На самом деле всё проще, если на эту штуку подадут сигнал специальной формы (их несколько придумывают, обзывая их логическими операциями) или сразу несколько сигналов (они же всё-равно суммируются), то на выходе получают определённый ответ.
Это как с орлом и решкой. Или то, или то. Правда есть маленькая вероятность, что монета станет на ребро. Вот тогда такой ответ отбрасывают и измеряют снова, пока не получат достоверный результат.
Правда вероятность, что монета встанет на ребро мизерная.
А вот у кубита не так всё просто. Поэтому измерений результата делают не меньше 3.
Почему так? Кто был студентом технического ВУЗа, наверняка знает, что Коэффициент Стьюдента больше 60% при трёх и более измерений.
Кто не знает, что это такое - сами погуглите. Ничего в этом сложного нет.
Таким образом, кубит - это некий проводник (не ячейка памяти), который обладает возможностью менять свою проводимость, в зависимости от подаваемого сигнала и применимой "логической операции".
Такой своеобразный чёрный ящик, в который подают сигнал и управляющее воздействие, а на выходе некий результат.
Отсюда, за один такт, можно уже отработать сразу несколько операций. А если соединить такие кубиты в параллельную схему, то можно производить сразу очень большое количество операций за один такт вычислений.
Что-то подобное я описывал в статье про работу головного мозга "Искусственный интеллект (ИИ) - маркетинговая фикция."
Таким образом резюмирую:
- БИТ - ячейка памяти (0 или 1 за одно измерение).
- КУБИТ - вероятностный проводник (сразу весь ответ, но за 3 или более измерения).
Таким образом мы фактически разобрали все "страшные" понятия, да и за одно принцип работы этого "супер" компьютера.
Сразу скажу, что стоимость такого компьютера безумно дорогая, потому что:
- - во первых, имеются трудности в создании кубитов, как физических устройств (я же говорил, что никто не понимает физику их работы, вот и занимаются подбором, долго и нудно);
- - во вторых, эти кубиты очень чувствительны к воздействиям, поэтому даже очень слабая помеха из вне, может привести к не правильным вычислениям, а значит нужна мощная защита их от не санкционированного воздействия;
- - в третьих, необходимо специальное программное обеспечение для параллельных вычислений.
Вот такие вот пирожки (кубиты)!
* Квант (от латинского quantum – ”сколько”) – это неделимая порция какой-то физической величины.
** Желающим привести более правильный пример - прошу!
