Квантовый ИИ – суперкомпьютеры могут быть потеснены квантовыми компьютерами
Квантовый компьютер — это вычислительное устройство, которое использует принципы квантовой механики для обработки информации. В отличие от классических компьютеров, которые работают с битами (0 или 1), квантовые компьютеры используют кубиты (квантовые биты). Кубиты могут находиться в состоянии суперпозиции, то есть одновременно быть и 0, и 1, а также могут быть запутаны друг с другом. Это позволяет квантовым компьютерам выполнять параллельные вычисления и решать задачи, которые недоступны классическим компьютерам.
Простыми словами:
Классическая детская задача про волка, козу и капусту. Напомним условия: крестьянину нужно перевести троицу на другой берег в лодке, которая кроме хозяина вмещает еще один объект. При этом человек не может оставить наедине ни волка с козой, ни козу с капустой по понятным причинам.Обычный ПК оперирует битами, единицами информации, которые принимают значение либо 0, либо 1.Если решать задачу с помощью обычного компьютера, можно использовать 4-битную систему, в которой 0 или 1 будут означать берег — левый и правый соответственно. Например, запись вида 0000 означает, что все находятся на левом берегу, а 1000 — что крестьянин уплыл один, бросив имущество.
Всего состояний в этой задаче может быть два у каждого объекта, то есть общее число комбинаций 2*2*2*2 = 16. Единственно верным первым шагом при решении, как мы знаем, будет перевозка козы — это комбинация 1001. Чтобы ПК понял, что именно этот шаг верный, он должен перебрать все варианты по очереди, последовательно пребывая в каждом из 16 состояний.Квантовые компьютеры используют для хранения информации кубиты, которые могут принимать значение 0 и 1 по отдельности, а также 0 и 1 одновременно. То есть они могут пребывать во всех 16 состояниях сразу — это называется суперпозицией в противовес двоичной позиции в обычных устройствах.
А теперь про более сложные задачи:
Пока квантовые компьютеры находятся на ранних стадиях развития, но они уже демонстрируют потенциал в следующих областях:
- Оптимизация: Решение сложных оптимизационных задач, например, в логистике, финансах или энергетике.
- Моделирование молекул: Квантовые компьютеры могут моделировать квантовые системы, что полезно для разработки новых лекарств и материалов.
- Криптография: Квантовые компьютеры могут взламывать современные криптографические алгоритмы (например, RSA), но также могут создавать новые, более безопасные методы шифрования.
- Машинное обучение: Ускорение алгоритмов ИИ за счет квантовых вычислений.
Инвестиции в квантовые технологии растут с каждым годом. Например:
- США: В 2018 году был принят закон о Национальной квантовой инициативе, который предусматривает инвестиции в размере $1,2 миллиарда.
- ЕС: Европейский Союз инвестирует более €1 миллиарда в квантовые технологии через программу Quantum Flagship.
- Китай: Китай активно развивает квантовые технологии, вкладывая миллиарды долларов в исследования и разработки.
- Частные компании: IBM, Google, Microsoft и другие корпорации также инвестируют значительные средства в квантовые вычисления.
Пример квантового превосходства (термин, обозначающий возможность более точного решения некоторых задач):
Задача, которую решил Sycamore
Google использовал процессор Sycamore, состоящий из 53 кубитов, для выполнения специально разработанной задачи, связанной с генерацией случайных чисел и их проверкой. Конкретно, задача заключалась в следующем:
1. Генерация случайных квантовых состояний: Sycamore создавал случайные квантовые состояния, которые невозможно эффективно смоделировать на классическом компьютере.
2. Вычисление вероятностей: Затем процессор вычислял вероятности получения определенных результатов измерений этих состояний.
3. Проверка результатов: Google сравнивал результаты, полученные на Sycamore, с результатами, которые можно было бы получить на классическом компьютере.
Почему это было сложно для классических компьютеров?
Классические компьютеры не могут эффективно моделировать квантовые системы из-за экспоненциального роста сложности. Для системы из 53 кубитов количество возможных состояний составляет около 9 квадриллионов. Это делает задачу моделирования таких состояний на классическом компьютере крайне ресурсоемкой.