Кванты
Недавняя статья Шора «The Early Days of Quantum Computations» побудила меня попытаться понять современное практическое состояние квантовых вычислений. Книга Джека Хидари «Квантовые вычисления: прикладной подход» и несколько статей освежили мои познания в этой области. Я даже купил ребенку довольно интересный детский детектив «Акроникс и квантовый компьютер», где квантовые вычисления объясняются так, что понятно, вроде, даже детям. Во всяком случае воздушные шарики соединенные тонкой трубкой, как аналогия квантовой связности, мне весьма понравилась.
В последние годы время от времени появляются громкие заявления об очередных успехах квантовых компьютеров. Однако, если присмотреться, успехи весьма скромные. Дальше лабораторных задач дело не идет. Основных проблем, как я понял, две. Первая - практически квантовые компьютеры пока что очень сложны. Есть несколько реализаций на разных физических принципах, но все они пока находятся на уровне ЭНИАКа 40х годов. Это громоздкие и очень сложные машины, которые не могут эксплуатироваться за пределами построивших их лабораторий. Число физических кубитов пока не превышает нескольких десятков или сотен.
Вторая проблема, и она более существенная - это коррекция ошибок. В квантовом компьютере ошибки - это то, что называется by design, так как квантовые процессы вероятностные. То есть квантовый компьютер в принципе не может гарантировать отсутствия ошибок. Но это еще куда не шло. Хуже то, что в процессе вычислений состояние кубита тоже может «ошибиться». И эта ошибка в состоянии кубита обнуляет все вычисления. Такое бывает и в обычных комьютерах, и там давно встроены схемы коррекции ошибок, всякие там ECC, коды Хаффмана и проч. Но в случае с кубитами, мало того что ошибка более вероятна сама по себе, но и исправление ошибки сильно дороже.
Квантовая ошибка может возникать в двух направлениях - ошибка бита, и ошибка фазы, и для их коррекции требуется большое число вспомогательных кубитов. Так, еще Шор показал, что для коррекции ошибки одного логического кубита требуется 9 физических кубитов. Сейчас есть попытки уменьшить это число (вроде бы до семи). Но это теория, на практике все даже еще хуже. Например, в статье «No Room For Error», обсуждая гугловский квантовый комьютер, утверждается: «Google's scheme would require 1000 physical qubits to encode a single logical qubit because its chip allows only neighboring qubits to interact.»
То есть текущие десятки или сотни кубитов - это не более чем лабораторный прототип. Для того, чтобы использовать квантовый компьютер для взлома RSA, например, может потребоваться компьютер с миллионом физических кубитов. А до этого пока далеко. Или нет?
Джек Хидари, с книги которого я начал, сейчас CEO компании Sandbox AQ. Компания полтора месяца назад подняла полмиллиарда долларов инвестиций. Компания занимается подготовкой к квантовой революции. Либо они хорошо развели инвесторов, либо ждут, что практические квантовые компьютеры появятся в течение 5-7 лет.
Вот так я себе это понимаю. Буду признателен за дополнения.