양자 알고리즘 및 그 계열에 대한 간략한 설명
Одна из целей развития квантовых технологий — ускорить
양자컴퓨팅 발전의 출발점90년대를 생각해보세요. 그때에도 양자 컴퓨터를 위한 최초의 알고리즘(예: Deutsch 알고리즘)이 존재했지만 주로 학문적 관심사였습니다. 얼마 후, 미국 과학자 Peter Shor와 Lov Grover는 본질적으로 다르지만 실용적인 관점에서 볼 때 매우 가치 있는 두 가지 양자 알고리즘을 개발했습니다. Shor의 알고리즘은 양자 기술이 매우 실제적인 응용 프로그램을 가지고 있으며 양자 컴퓨터가 현대의 암호화 정보 보호 방법을 위협한다는 것을 전 세계에 확신시켰습니다. 그리고 Grover의 아이디어는 Quanta의 도움으로 기존 기술의 도움을 받는 것보다 더 빠르게 비정형 데이터를 검색할 수 있다는 것을 나타냅니다(나중에 입증된 바와 같이 이 작업에서 가능한 최대 가속으로).
두 발견 모두 아직 직접적인 실용성을 가져오지 못했습니다.경제적 결과. 그럼에도 불구하고 응용 도구로서 양자를 연구하는 시대는 그들과 함께 시작되었으며 현실에 더 적용 가능한 다른 알고리즘은 양자를 기반으로 합니다.
예를 들어 Zalka-Wiesner 알고리즘이 도움이 될 것입니다.새로운 약과 새로운 재료를 만듭니다. Ambainis 알고리즘 - 이미지 및 텍스트와 같은 데이터를 분석합니다. 가장 주목할만한 또 다른 발명품은 양자 컴퓨터에서 선형 방정식 시스템을 푸는 Harrow-Hassidim-Lloyd 알고리즘입니다. 이것은 빅 데이터 처리, 복잡한 시스템의 모델링을 크게 발전시킬 것이며 궁극적으로 강력한 인공 지능을 만드는 또 다른 단계가 될 수 있습니다.
양자 알고리즘에 대한 새로운 아이디어 등장정기적으로: 대부분은 Quantum Algorithm Zoo 웹사이트에 나열되어 있으며 구현 예제는 Github에서 엿볼 수 있습니다. 미국, 중국과 더불어 스페인은 스타트업 Multiverse Computing의 활발한 움직임에 힘입어 금융 알고리즘 개발을 주도하고 있어 이러한 추세에 큰 기여를 하고 있습니다. 영국은 음성 인식 및 화학 프로세스 모델링을 위한 성공적인 솔루션을 보유하고 있습니다. 곧 인도도 이름을 날릴 것입니다. 양자 분야의 수많은 대학 과정이 그곳에서 시작되고 있습니다.
여전히 양자 진행 속도를 늦추는 것
Итак, квантовый алгоритм. Начнем с более понятного слова «алгоритм», под которым подразумевается некоторая последовательность действий, рецепт по получению определенного результата. Слово «квантовый» в этом случае добавляет нам возможность иметь определенные логические операции, которые недоступны в классическом мире. Благодаря явлениям квантовой физики — суперпозиции и запутанности — при помощи логических операций над состояниями квантовых объектов можно создавать сложные квантовые состояния, для описания которых классически потребовалось бы очень много чисел. Например, для описания состояния 50 кубитов требуется в общем случае до 2^50 чисел. Если правильно использовать такое свойство квантовых систем и рассчитать последовательность логических преобразований, а затем реализовать их на квантовом компьютере, можно найти ответ на нужный вопрос в том случае, когда классическому компьютеру потребовалось бы очень много времени и ресурсов памяти.
자신을 위해 다른 알고리즘을 만드는 것 같습니다.다른 작업이며 이론상으로는 이미 수백 개는 아니더라도 수십 개가 있습니다. 그러나 실제와 상당한(즉, 기하급수적) 가속에 관해서는 양자 알고리즘의 개발이 특정 장벽에 부딪힙니다. 따라서 급진적인 변화를 가져올 수 있는 새로운 양자 알고리즘의 출현은 매우 드뭅니다. 매 10년마다 흥미로운 새로운 양자 알고리즘이 5-10개밖에 없습니다.
주요 어려움은 수학자 및 이론가의 마음 속에 알고리즘이 이상적인 컴퓨터에서 실행된다는 사실과 관련이 있습니다. 그러나 실제 양자 컴퓨터는 전혀 오류가 없습니다.
Препятствия сводятся к тому, что создать мощную безошибочную квантовую систему очень трудно:
- 양자 물체는 아주 작은 것에도 매우 민감합니다.환경 변화: 알고리즘을 실행하는 동안 양자 정보가 환경에 최소한으로 누출되어도 최종 답변이 왜곡될 수 있습니다. 그리고 이것은 특정한 경우 큐비트의 안정적인 작동을 위한 조건이 매우 구체적으로 유지되어야 한다는 사실에도 불구하고, 예를 들어 온도는 절대 영도에 가까워야 합니다. 즉, -273.15 ° C에 해당해야 합니다.
- Шумы влияют на процесс вычислений — из-за постоянного воздействия ошибок количество операций, которое можно реализовать в квантовом алгоритме, сейчас ограничено несколькими десятками, тогда как для выигрыша при решении индустриальных задач требуются тысячи операций.
- 지금까지 필요한 숫자를 생성할 수 없었습니다.오류가 없는, 즉 논리적 큐비트입니다. 예를 들어, 증권 시장에서 운영되는 회사의 위험을 계산하려면 최소 200개의 논리 큐비트가 필요하고 암호화를 해독하려면 약 6,000개, 금융 파생 상품의 가치를 실시간으로 예측하려면 7.5,000개가 필요합니다. 네트워크의 빠른 해킹, 비트코인 또는 신소재 모델링과 같은 더 복잡한 작업에는 수천만에서 수억이 필요합니다. 반면 오늘날 양자 장치에는 오류 방지 큐비트 단위 이상이 없습니다.
Чтобы справиться с квантовыми шумами, ученые предлагают разные методы коррекции, — и они действительно позволяют снизить уровень ошибок в системе. Но значительно уменьшить их эффект на вычисления смогут лишь через определенное время. Прогнозы варьируются: IonQ ставит на 2025 год, а Google рассчитывает на 2029-й.
양자 알고리즘이 우리의 삶을 얼마나 빨리 바꿀 것인가
Квантовые вычисления еще не стали массовыми, но уже влияют на уровень жизни — или повлияют в скором времени. К примеру, квантовый вычислитель D-Wave показал возможность в разы ускорить работу морского порта Лос-Анджелеса (пока проводятся исследования на тестовых данных), Daimler с IBM Quantum вот-вот создадут квантовые батареи для электромобилей, а РКЦ и проект QBoard разработали квантовый алгоритм для безопасного захоронения ядерных отходов в интересах Росатома.
Быстрее всего — в течение 2-3 лет — себя проявят вариационные алгоритмы для решения оптимизационных задач, широко применимых практически в любой отрасли. Это гибридный класс вычислений: квантовая часть отвечает за изменения состояния, а классическая часть помогает стабилизировать этот процесс. И, поскольку гибридные модели намного проще в реализации, чем полностью квантовые, для них достаточно мощностей уже существующих квантовых компьютеров. РКЦ и проект QBoard используют квантовые алгоритмы при решении задач химического моделирования в интересах автомобильной индустрии. Однако разработка вариационных алгоритмов сталкивается с целым набором вызовов. На пути к их внедрению всю область квантовых вычислений ждут интересные открытия.
더 읽어보기 :
지금까지 발견된 가장 오래된 키릴 문자
"Webb"은 엄청나게 거대한 별의 흔적을 발견했습니다. 그들은 우주의 새벽에 죽었습니다.
지구의 성층권에 기록된 이상한 소리: 과학자들이 그들의 본성을 이해하려고 하는 방법
표지 사진: Freepik의 starline 이미지