Александр Розов (alex_rozoff) wrote,
Александр Розов
alex_rozoff

Categories:

Шутка Фейнмана, породившая финансовый пузырь - фейк "квантовый компьютер"

Квантовые компьютеры, квантовое превосходства, квантовое компьютероное всемогущество, взлом всех кодов, расчет всех сценариев событий, материализация демона Лапласа... Мечты, переходящие в манию, и надежды, провоцирующие обещания... Миллиарды долларов, сыплющиеся, как семечки, со счетов цифровых супер-концернов в отчаянных и бесплодных попытках спасти гибнущий закон Мура...
...Таково краткое содержание многосерийного трагифарса "Квантовый Компьютер".
Теперь - подробнее.

1. Рождение фетиша. Закон Мура, дезавуированный Муром

Генералы цифровых гига-концернов падки на все блестящее - как сороки, а их генеральские консультанты - "визионеры" невежественны, как свиной окорок.
Именно этим объясняются грандиозные финансовые пузыри, надувшиеся на темах "искусственного интеллекта", "мозгового чипа" и "квантового компьютера".
Хотя, в последней теме есть кое-что еще.
В 1965 году, на заре микропроцессорных технологий, Гордон Мур (будущий соучредитель Intel) заявил: число транзисторов на квадратный дюйм в микросхемах будет возрастать вдвое каждый год. В 1975 году Мур понял, что погорячился и поднял срок удвоения с одного года до двух лет. В XXI веке Мур признался, что ляпнул тогда чепуху. Он даже опубликовал две статьи, объяснявшие невозможность безграничного экспоненциального роста плотности упаковки транзисторов (по крайней мере, из-за атомарной природы вещества). Его объяснений были понятны, кажется, даже полным тупицам... Но не "цифровым генералам". Мур, которому уже стукнуло 90 лет, махнул на это рукой и занялся каким-то хобби вроде рыбалки и экологии. Ну, здоровья и хорошего настроения ему - он повел себя как честный челвоек, и больше в этой истории не фигурировал.
Между тем, "цифровые генералы" уже успевшие превратить закон Мура в фетиш, в символ веры (или символ успешности своих гига-концернов), просто не могли от него отказаться. Они потребовали у консультантов-визионеров - рецепт, как преодолеть физические ограничения этого закона. По сложившейся традиции, визионеры ответили "будет сделано" (ведь если желания "цифровых генералов" противоречат физике - тем хуже для физики). После недолгих поисков, визионеры зацепились за некое старое (1980-х) высказывание д-ра Фейнмана.

2. Что говорил д-р Фейнман на самом деле.

Когда квантовый компьютер, вслед за законом Мура приобрел характер фетиша, высказывание Фейнмана превратилось в культовый миф, излагаемый примерно так:
"В начале 80-х прошлого века нобелевский лауреат, известный в России как автор «Феймановских лекций по физике» Ричард П. Фейнман (Richard P. Feynman) из Калифорнийского технологического института увлек научную общественность идеей точного моделирования явлений квантовой физики на компьютере принципиально нового типа — квантовом"[1].
На самом деле Фейнман гооврил нечто иное (далее конспективно)
- Численное моделирование даже простых квантовых систем (например атома любого тяжелого металла с десятками электронов) - требует решения настолько сложного уравнения Шредингера для волновой функции, что у компьютера заведмо не хватит вычислительной мощноси для решения такой задачи за разумное время.
- С другой стороны, можно применить для квантовых систем не-численный метод моделирования, похожий на метод аналоговых компьютеров для сложных случаев классической (не-квантовой) физики. Надо сказать, что восход научной звезды д-ра Фейнмана пришелся на 1940-е - 1960-е, когда аналоговые компьютеры были в научной среде не менее попляреым инструментом, чем цифровые компьютеры.
- Суть идеи д-ра Фейнамана о квантовом аналоговом компьютере состояла в том, чтобы моделировать (имитировать) поведение изучаемой квантовой системы - путем подбора параметров другой квантовой системы, состояния которой управляемы и измеряемы. Т.е. в задаче Фейнмана предлагались не вычисление, а имитационное физическое моделирование на системе-аналоге (навзанной квантовым компьютером).
...В 1988-м д-ра Фейнмана не стало (или, можно сказать, он навсегда стал легендой физики, а его курс лекций до сих пор не имеет себе равных).
...Между тем, его задача о квантовом компьютере сталда приобретать черты мифа.

2. Обманнорожденный кубит - будущий инструмента слива инвестиций.

В мифологии квантовых компьютеров можно прочесть, что термин кубит (qubit, quantum bit, квантовый бит) ввел в научный оборот в 1995 году Бенджамин Шумахер, американский физик-теоретик. Так вот, это неправда. На самом деле, в 1995-м д-р Шумахер вполне однозначно сообщил, что слово кубит было плодом шутки в неформальном разговоре с участием еще одного физика-теоретика (им был Уильям Вуттерс). Предметом разговора было измерение квантовых состояний и их информационная интерпретация (в частности - компрессия информации, которую потенциально содержит волновая функция квантовой системы) - но никак не квантовые компьютеры.
Тем не менее, случайное зерно кубита проросло, и визионеры при "цифровых геннералах" стали в репортах и публикациях представлять кубит, как некий магический вариант бита из теории классических компьютеров (элемента, принимающего значение 0 или 1 в абстрактной машине Тьюринга).
Магия, будто бы, состояла в том, что кубит заменяет умопомрачительное число битов, и квантовый компьютер обрабатывает их практически мгновенно, получая любое решение, минуя стадию последовательных вычислений.
Ура! Это можно было продать, как мечту о спасении закона Мура от безжалостной атомистической физики реального мира.
Визионеров совершенно не смущало то, что кубит (как полагается модели простейшей квантовой системы) не может находиться в одном из двух состояний, а КАК БЫ размазан между этими состояниями, согласно своей волновой функции.
В момент измерения (если таковое будет реализовано) кубит оказывается, тем не менее, в одном из двух состояний (0 или 1), и это состояние считывается. Однако само измеряющее воздействие переводит кубит в состояние неопределенности, и принципиально невозможно предсказать, какой результат (0 или 1) будет при следующем измерении.

3. Догматизация мифа и конструирование сверхдорогого фейка.

Пример самого распространеного чудовищно-антинаучного изложения этого мифа я изложу позже, а сейчас приведу более адекватное краткое описание из уже цитировавшегося источника (цитата):
Интересно, что квантовый компьютер, как и традиционный, работает с «нулями» и «единицами», однако, в отличие от детерминированного компьютера, в нем присутствует стохастический элемент — кубит. В «памяти», например, из двух кубитов, число 3 (в двоичном виде — 11) эквивалентно тому, что система двух частиц имеет спины, направленные вверх, число 2 записывается состоянием «первый спин вверх, второй вниз», и т.д. Далее остается запустить соответствующий алгоритм и правильно интерпретировать ответ.
Для ввода и чтения данных в реально действующем квантовом компьютере, как правило, используется установка для ядерного магнитного резонанса с огромным магнитом, которую можно обнаружить в медицинских учреждениях (их обычно используют для визуализации мягких тканей человека). Тонкая тестовая трубка, заполненная специально подготовленными молекулами, помещается внутрь установки. В качестве «программного обеспечения» используются радиочастотные импульсы, которые определенным способом воздействуют на атомные спины, что позволяет производить вычисления
[1].
Теперь вспомним свойства кубита, о которых говорилось выше - и представим себе, что это значит для вычислительного устройства с кубитами вместо битов, рассмотрим обычную классическую машину Тюринга...

...Вообразим, что после каждого акта считывания бита из ячейки, его значение оказывается случайным (неопределимым). Вот и вся история про квантовый компьютер с позиции здравого смысла. Но не с позиции мифа (или мечты, которую можно продавать необразованному инвестору, если высококачественно задурить ему голову).

3. Квантово-компьютерна мания - как это делается.

Теперь обещанное чудовищно-антинаучное изложение мифа (весна 2002 года):
Квантовый процессор Google, презентованный компанией в сентябре прошлого года, всего за три с половиной минуты справляется с задачей, на решение которой у самого передового суперкомпьютера ушло бы около десяти тысяч лет. О том, что это означает для обычного потребителя и в каком направлении будет развиваться технология, рассказали эксперты.
"Квантовый компьютер, что бы ни говорили скептики, уже существует. Пусть пока это не самое производительное вычислительное устройство, но квантовое превосходство было продемонстрировано. Созданный Google сверхпроводниковый квантовый симулятор на выбранном алгоритме показал гораздо более высокую производительность, чем самый мощный классический компьютер. Экспериментальные исследования по созданию квантового компьютера ведутся во многих исследовательских центрах по всему миру. Огромные финансовые средства вкладываются в эту область, причем фундаментальных запретов на создание таких машин нет - дело только в достижении определенного технологического уровня", - сказал генеральный директор концерна "Автоматика" госкорпорации "Ростех" Владимир Кабанов.
Термин "квантовое превосходство" обозначает способность квантовых вычислительных устройств решать проблемы, недоступные для классических компьютеров - независимо от пользы и практической применимости этих результатов. Для выполнения своих вычислений квантовый компьютер использует сложнейшие явления квантовой механики - квантовую запутанность и суперпозицию, объяснил руководитель лаборатории криптографии АО "НПК "Криптонит"
[3]
...Красота! Угадайте: сколько инвесторов в состоянии понять последнюю фразу?
Но от них не требуется понимать. От них требуется верить, что это хаотическое нагромождение терминов квантовой механики очень скоро приведет к созданию гигасуперультракомпьютера, и визировать платежи на миллионы долларов - раз за разом.
Между прочим (о деньгах) - цитирую материал января 2020:
России требуется 15 млрд. рублей на развитие сферы квантовых вычислений, подсчитали авторы дорожной карты квантовых технологий. Российские технологии в данной сфере соответствуют уровню «4» из «9» возможных. При этом в России отсутствует облачная платформа для квантовых вычислений. [4].

4. Вместо эпилога: короткая эпитафия идее цифрового квантового компьютера.

О чем вообще физически идет речь - просто для примера:
группе физиков из мюнхенского института квантовой оптики им. Макса Планка и цюрихского института квантовой электроники удалось поместить охлажденный газ, состоящий из атомов рубидия, в каркас упорядоченной решетки. Каждая ячейка такой решетки может быть заполнена только одним атомом, которым можно индивидуально манипулировать с помощью прецизионных магнитных импульсов.
«Новое состояние материи можно представить себе в виде заполненной картонной упаковки для яиц, — говорит Иммануил Блох (Immanuel Bloch) из института им. Макса Планка. — В нашем случае яйцами являются отдельные атомы, а картонка образуется упорядоченной световой структурой — световым кристаллом».
Взаимопересекающиеся лазерные лучи образуют кристаллоподобную структуру, определяющую границы пространства, в которых могут быть заключены отдельные атомы. Сверхнизкие температуры (менее одной стомиллионной градуса абсолютной температуры) позволяют хранить атомы в пределах ячеек.
[1]

Optical lattices use lasers to separate rubidium atoms
(иллюстрация из статьи Quantum information в Википедии)
...Ну, все представили себе цену экспериментов на входе проектов типа "квантвоый компьютер"?
А теперь о вероятной ценности на выходе этих проектов

Михаил Игоревич Дьяконов — российский физик, доктор физико-математических наук, профессор, лауреат Государственной премии СССР (1976) — за цикл работ «Обнаружение и исследование новых явлений, связанных с оптической ориентацией спинов электронов и ядер в полупроводниках», и премии имени А. Ф. Иоффе РАН (1993) - за цикл работ «Теория выстраивания импульсов фотовозбужденных электронов в полупроводниковых кристаллах и гетероструктурах» - высказался в 2018-м году коротко и ясно:
Практическое осуществление квантового компьютера основано на манипулировании на микроскопическом уровне и с грандиозной точностью многоэлементной физической системой с непрерывными степенями свободы. Очевидно, что для достаточно большой системы, квантовой или классической, эта задача становится невыполнимой, именно поэтому такие системы переходит из ведения микроскопической физики в область статистической физики. Представляет ли система из N = 10^3−10^5 квантовых спинов, необходимая чтобы превзойти классический компьютер в решении ограниченного числа специальных задач, достаточно большой в этом смысле? Сможем ли мы когда-либо научиться контролировать 10^300 (по меньшей мере) амплитуд, определяющих квантовое состояние такой системы? Мой ответ — нет, никогда. [5]

...Такие дела...

------------------------
1). 25.06.2003 Квантовый компьютер: туманные перспективы или реальность?
https://zoom.cnews.ru/rnd/article/item/kvantovyj_kompyuter_tumannye_perspektivy_ili_realnost_
2) видео Turing machine с канала 1g0rb
https://ru.wikipedia.org/wiki/Машина_Тьюринга
Пояснения в статье "Машина Тьюринга"
https://inf1.info/turing
3) 22.04.2020 20:42 Кубит Шредингера: заменит ли квантовый компьютер традиционный ПК
https://rg.ru/2020/04/22/kubit-shredingera-zamenit-li-kvantovyj-kompiuter-tradicionnyj-pk.html
4) 31.01.2020 Как Россия потратит 15 млрд на создание квантового компьютера
https://www.cnews.ru/articles/2020-01-29_kak_rossiya_potratit_15_mlrd_na_sozdanie
5) март 2018 года. 21-й выпуска бюллетеня «В защиту науки». Бюллетень подготовлен Комиссией РАН по борьбе с лженаукой.
http://klnran.ru/2018/05/opublikovan-byulleten-v-zashhitu-nauki-21/
https://ru.wikipedia.org/wiki/Квантовый_компьютер#Физические_реализации_квантовых_компьютеров
https://ru.wikipedia.org/wiki/Дьяконов,_Михаил_Игоревич

Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic
  • 353 comments
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →

Recent Posts from This Journal