Как охотники на медведя с рогатиной объяснили, что такое квантовый компьютер

Охота на медведя с рогатиной старое «развлечение». Идея простая, делается длинная, прочная рогатина из дерева, охотник дразнит медведя, упирает рогатину прочно в землю, камень или пень и направляет на зверя. Зверь натыкается на рогатину, но вместо того, чтобы отойти, боль провоцирует его на ещё большую агрессию, в итоге медведь сам себя закалывает рогатиной.

Я слышал рассказы от современных охотников, что так они ходят к берлогам по ранней весне. Группа охотников подбирается к берлоге, готовят рогатину, а далее тянут жребий, кто полезет в берлогу, чтобы ударить мишку ножом, тем самым разбудить его, разозлить и заставить выйти из берлоги. Охотники тянут короткую спичку, решая, кто отправится с ножом в берлогу. Конечно, на подстраховке всегда есть ребята с ружьями, но смысл в том, чтобы убить зверя без выстрелов и лишнего шума.

Квантовые компьютеры

Даже если кто-то в современном мире плохо себе представляет, как работают компьютеры и тем более квантовые, хоть раз о них да слышал.

Обычно квантовые вычисления объясняют суперпозицией, т.е. если обычный компьютерный бит всегда принимает значение либо 1 либо 0, то кубит (qubit, квантовый бит) имеет суперпозицию, он одновременно и 1 и 0. Как кот Шрёденгера, который одновременно и жив и мёртв. И тогда как обычному компьютеру нужно много времени для сложных вычислений, квантовый заранее знает все возможные исходы и возвращает результат. Но вернёмся к нашим охотникам.

Квантовые охотники

7 охотников (я не значю почему 7, цифра может быть любой, наверно) идут с рогатиной на медведя. Тащат спички, кто вытаскивает короткую, тот должен лезть в берлогу и будить мишку.

Обычный компьютер: по очереди показывайте мне спички, я пройдусь по каждому, у кого будет короткая, тот и лезет в берлогу.
Всё логично и надёжно.

Квантовый компьютер: у кого короткая спичка — шаг вперёд.
А что, так можно было?

Можно, в этом и есть превосходство квантового компьютера, ему не нужно производить вычисления, т.к. все возможные варианты для 7 охотников у него уже есть, он просто «знает» результат.

Казалось бы, зачем для этого квантовые вычисления? Обычный компьютер спокойно перебором быстро найдёт охотника с короткой спичкой.

Усложним задачу. Допустим у нас есть 1 000 000 групп по 7 охотников, которые тянут спички. Обычному компьютеру нужно будет пробежаться по всем, в поиске короткой. Тогда как квантовый опять же скажет «шаг вперёд те, у кого короткая». При этом ему совершенно без разницы, сколько перед ним групп, 1 000 000 или 1 000 000 000 000 000.
Пока обычный компьютер, закатав рукава будет проверять спички охотников, квантовый компьютер уже отправит «коротких» в берлогу.

Усложним задачу. Каждую секунду всем охотникам спички меняют. Что квантовому компьютеру вообще побоку, а вот обычному доставляет проблем. Т.к. если он за секунду не успевает пробежаться по всем охотникам и найти всех с короткими спичками, все его вычисления напрасны и нужно начинать их заново.

Вот так просто и наглядно можно объяснить совсем не техническим языком обычному человеку на примере из жизни (охотники тут не при чём, речь скорее про жребий).

Потеря суперпозиции, декагерентность

Наверное самой большой проблемой и огромной «головной болью» среди строителей квантовых компьютеров является декогерентность, или потеря суперпозиции кубита. Вспомнис кота Шрёденгера, который находится в суперпозиции, одновременно жив и мёртв. Открыв коробку с котом, его суперпозиция будет утрачена, произойдёт декогерентность, он примет одно из значений и станет не котом в суперпозиции, а самым обычным, живым или мёртвым котом.

Над этой проблемой и борятся все, кто разрабатывает и строит квантовые компьютеры, они изолируют кубиты от внешних наблюдателей как могут, лишь бы они находились в суперпозиции, не принимали только одну из позиций. Т.е. важно, чтобы кубит всегда был и 1 и 0 одновременно.

Декогерентный охотник

Если проводить параллель с нашими охотниками, представим, что один охотник оказался то ли хитрее, то ли боязливей остальных и заранее определил свою позицию, что он точно не хочет лезть в берлогу. Поэтому на охоту он берёт свою спичку из дома, которая всегда будет длинной вне зависимости от того, какая достанется ему. Он утратил суперпозицию, выбрав только один вариант.

В этот момент он нарушает все вычисления квантового компьютера. Даже если «сегодня» ему не достанется короткой спички, он всё равно покажет свою, длинную и сегодня «вычисления» будут условно верны. Но «завтра», когда ему должна будет достаться короткая, а он достанет длинную, получится, что у всех длинная спичка и охоту надо сворачивать. Для квантового компьютера это будет означать, что один или часть его кубитов потеряли суперпозицию, но когда это произошло неизвестно, а значит все вычисления до этого можно ставить под сомнения. Вот так один хитрый «охотник» может испортить любые самые прорывные исследования и выводы квантового компьютера.

Не претендую на эксперта в области квантовых вычислений и прекрасно понимаю, что это супер примитивный пример, но мне он показался понятным и те, кому успел рассказать, это подтверждают )

А вообще будет здорово, если комьюнити попробует раскрутить этот пример или приведёт свои простые примеры, как рассказать блондинке про квантовые компьютеры, их проблемы, зачем они и почему.

 

Источник

Читайте также

Меню