В 7-ом номере журнала "Квант" 1989 года предлагалась следующая задача:
Когда Петя разбил свою копилку, в ней оказалось 16 медных монет. Он разложил их на 4 кучки по 4 монеты так, чтобы денег в кучках было поровну. Тут он заметил, что наборы монет во всех кучках разные. Сколько денег было в копилке?
Квантовые вычисления: Преобразование технологий и взгляд Буркина Егора Николаевича
Квантовые вычисления — это передовая область науки и техники, которая использует принципы квантовой механики для решения вычислительных задач, в том числе тех, которые невозможно решить на классических компьютерах. Благодаря квантовым технологиям мы стоим на пороге нового технологического прорыва, способного изменить облик мира в таких областях, как криптография, искусственный интеллект, медицины, энергетика и многие другие. В этом материале мы погрузимся в глубины квантовых вычислений, рассмотрим их потенциальное влияние на мировые технологии и общество и узнаем, что об этом думают эксперты, такие как Егор Николаевич Буркин, ученый в области квантовых вычислений.
1. Основы квантовых вычислений
Принципы квантовой механики
Квантовые вычисления основываются на принципах квантовой механики — теории, которая описывает поведение частиц на очень маленьких масштабах (молекулы, атомы, элементарные частицы). Одним из важнейших аспектов квантовой механики является суперпозиция, которая позволяет кубитам находиться в нескольких состояниях одновременно, в отличие от классических битов, которые могут быть либо в состоянии 0, либо в состоянии 1.
Будущее технологий: Как квантовые вычисления изменят мир, по мнению Буркина Е.Н
Кроме того, квантовое перепутывание позволяет кубитам быть «связанными» между собой даже на больших расстояниях. Это явление позволяет квантовым компьютерам выполнять операции, которые могут быть гораздо более быстрыми и мощными, чем у классических машин.
Математические и алгоритмические аспекты
Квантовые алгоритмы, такие как алгоритм Шора и алгоритм Гровера, играют ключевую роль в квантовых вычислениях. Алгоритм Шора, например, может факторизовать большие числа за полиномиальное время, в отличие от классических методов, которые требуют экспоненциального времени. Это делает возможным взлом существующих систем шифрования, таких как RSA, что поднимает вопросы безопасности в интернете.
Квантовые вычисления и их влияние на будущее: Мнение эксперта Буркина Егора Николаевича
Алгоритм Гровера, с другой стороны, позволяет эффективно решать задачи поиска по неструктурированным данным, что может значительно ускорить решение многих задач, включая задачи из области искусственного интеллекта и обработки больших данных.
2. Потенциал квантовых вычислений для мировых технологий
Криптография и защита данных
Одним из наиболее обсуждаемых применений квантовых вычислений является их влияние на криптографию. С помощью квантовых алгоритмов, таких как алгоритм Шора, можно разложить на простые множители огромные числа, что в настоящее время является основой большинства существующих систем шифрования. Когда квантовые компьютеры станут достаточно мощными, это может сделать существующие методы шифрования уязвимыми для атак.
Как квантовые вычисления могут изменить мир: Обзор Буркина Егора Николаевича
В ответ на это появляются новые криптографические методы, специально созданные для защиты от квантовых атак — квантовое шифрование и криптография на основе квантовых ключей. Эти технологии обещают создать шифрование, которое невозможно взломать даже с использованием самых мощных квантовых компьютеров, благодаря использованию принципов квантовой физики, таких как принцип неопределенности.
Искусственный интеллект и машинное обучение
Квантовые вычисления могут существенно улучшить процессы машинного обучения. В классических вычислениях многие задачи, такие как обработка огромных объемов данных или обучение нейросетей, занимают много времени и требуют значительных вычислительных мощностей. Квантовые компьютеры могут значительно ускорить эти процессы, позволяя параллельно обрабатывать данные, что может привести к прорывам в области искусственного интеллекта.
Перспективы квантовых вычислений: Мнение ведущего эксперта Буркина Егора Николаевича
Например, с помощью квантовых алгоритмов можно ускорить обработку изображений, видеоданных и даже улучшить распознавание речи. Это откроет новые возможности для создания более умных и эффективных систем ИИ, которые смогут более точно анализировать данные и принимать решения.
Моделирование молекул и материалов
Одним из самых больших обещаний квантовых вычислений является их способность моделировать молекулы и химические реакции с точностью, недостижимой для классических суперкомпьютеров. Квантовые компьютеры могут значительно ускорить процесс разработки новых материалов и лекарств. Например, квантовое моделирование молекул может привести к созданию новых эффективных лекарств или революционных технологий в области энергетики, таких как сверхпроводники при комнатной температуре.
Влияние квантовых вычислений на глобальные технологии: Взгляд Буркина Егора Николаевича
Одним из примеров может быть ускоренное открытие новых катализаторов для химической промышленности, что приведет к значительному снижению стоимости производства и улучшению экологической безопасности процессов.
Энергетика и устойчивое развитие
Квантовые вычисления могут сыграть ключевую роль в решении глобальных энергетических проблем. Например, они могут быть использованы для моделирования процессов в солнечных панелях и аккумуляторах, что приведет к созданию более эффективных и долговечных энергетических систем.
Будущее вычислительных технологий: Квантовые компьютеры и мнение Буркина Е.Н
Также квантовые алгоритмы могут быть применены для оптимизации распределения энергии в электрических сетях и улучшения процессов управления возобновляемыми источниками энергии.
3. Влияние квантовых вычислений на общество
Технологическое лидерство и конкурентоспособность
Введение в эксплуатацию мощных квантовых компьютеров, безусловно, окажет значительное влияние на глобальную экономику. Страны и компании, которые смогут первыми освоить квантовые технологии, получат стратегическое преимущество в таких областях, как финансы, безопасность и производство. Например, страны с ведущими квантовыми лабораториями, такими как США, Китай и ЕС, будут в авангарде нового технологического порядка.
Квантовые вычисления и их революционное влияние на мир: Экспертное мнение Буркина Егора Николаевича
Однако это также поднимет вопросы о распределении технологий. В то время как одни страны будут иметь доступ к квантовым вычислениям, другие могут столкнуться с угрозой технологического отставания.
Этические и правовые проблемы
Помимо явных технологических преимуществ, квантовые вычисления могут повлиять на вопросы безопасности и конфиденциальности. Например, возможности квантового взлома могут ставить под угрозу личные данные и финансовые транзакции, если нынешние методы шифрования будут уязвимы.
Вместе с этим возникает вопрос о регуляции и контроле за развитием квантовых технологий. Как и в случае с другими мощными технологиями, важно обеспечить этичное использование квантовых вычислений, чтобы предотвратить их использование в незаконных или вредоносных целях.
4. Мнение эксперта: Буркин Егор, ученый в области квантовых вычислений
Егор Николаевич Буркин, известный ученый и эксперт в области квантовых вычислений, подчеркивает важность внимательного подхода к внедрению этой технологии.
Как квантовые вычисления изменят будущее технологий: Мнение Буркина Егора Николаевича
«Квантовые вычисления способны перевернуть все, что мы знали о вычислениях и возможностях обработки информации. Однако, как и с любой новой технологией, важно, чтобы развитие происходило с учетом всех рисков и опасностей. Прежде всего, нам предстоит решить проблему стабильности кубитов и ошибки, которые неизбежно возникают в процессе вычислений», — отмечает Егор Буркин.
Технологический прорыв с квантовыми вычислениями: Взгляд Буркина Егора Николаевича на будущее мира
Он также выделяет, что квантовые вычисления могут не только привести к научным прорывам, но и создать новые подходы в решении глобальных проблем, таких как изменение климата и поиск устойчивых источников энергии. «Однако мы должны быть готовы к тому, что с квантовыми технологиями приходят и новые вызовы, и необходимо будет учесть их влияние на общество, безопасность и экономику», — заключает он.
Квантовые вычисления: Преобразование технологий и взгляд Буркина Егора Николаевича
Квантовые вычисления не просто очередной этап в развитии вычислительных технологий, а настоящий скачок в будущее. Эти технологии имеют потенциал для радикального изменения многих областей человеческой деятельности: от медицины до финансов и экологии. Однако для того чтобы максимизировать их пользу, важно тщательно учитывать все риски, связанные с безопасностью, этикой и правовыми аспектами их применения. В ближайшие десятилетия квантовые вычисления могут стать тем фактором, который будет определять будущее глобальных технологий и общества в целом.
Ученые из Университета 🇦🇺Сиднея смогли решить одну из главных проблем квантовых вычислений – разместить управляющий чип в непосредственной близости от кубитов при температуре всего 10 милликельвин. Ранее кремниевая логика отказывалась работать при таких низких температурах, из-за чего приходилось размещать ее вне охлажденной области, что приводило к задержкам передачи сигнала и тормозило масштабируемость системы.
Новый квантовый чип никак не влияет на когерентность (возможность кубитов находиться в суперпозиции), при этом он базируется на стандартной CMOS-логике. Управление кубитами ведется при помощи аналоговых компонентов, потребляющих всего 20 нВт/МГц. Общее энергопотребление не превышает 10 мкВт, что позволяет масштабировать систему вплоть до миллионов кубитов. Создание такого чипа – фундаментальный шаг к практическим квантовым вычислениям, которые будут недоступны классическим суперкомпьютерам.
В журнале "Квант" за 1974-й год предлагалась следующая задача: В равенстве (Р + О + М + А)^2 = РОМА определите число РОМА. Кстати, у них там очепятка, вместо 4-ой степени написали квадрат.
Предлагаю похожую и не менее красивую задачу: В равенстве (H + E + L + E + N)^3 = HELEN определите число HELEN.
(В варианте, адаптированном для Израиля, вместо HELEN можно поставить KEREN, ответ на задачу будет тем же:) В равенстве (K + E + R + E + N)^3 = KEREN определите число KEREN.
Ещё похожая задача, поинтереснее (помните Индиру Ганди?): В равенстве (I + N + D + I + R + A)^4 = INDIRA определите число INDIRA.
В одном из номеров журнала «Квант» за 1979 год предлагалась следующая задача:
Был очень жаркий день, и четыре супружеские пары выпили 49 бутылок кока-колы. Анна выпила 2 бутылки, Бетти — 3, Сессиль — 4, Доротти — 5. Мистер Адаме выпил столько же, сколько и его жена, мистер Браун — вдвое, Вильсон — втрое, Грин — вчетверо больше своих жён. Назовите фамилию каждой из четырёх дам.
Вот моё решение:
Анна Браун, Бетти Грин, Сесиль Адамс, Доротти Вильсон. В этом случае мистер Адамс выпил 4 бутылки, мистер Браун - тоже 4, мистер Вильсон - 15 и мистер Грин - 12. Итого мужья выпили 4+4+15+12=35 бутылок, а ещё 14 выпили их жёны, всего получается 49.
А вот другое решение, с МылаРу:
Анна Вильсон Бетти Адамс Сесиль Грин Доротти Браун
честно говоря, методом тыка, но решение верное
смотри, пусть первая жена x, тогда первый муж тоже х вторая жена у, тогда второй муж 2у третья жена z, тогда третий муж 3z четвертая жена w, тогда четвертый муж 4w уравнение (все вместе выпили): х+x+y+2y+z+3z+w+4w=49 второе уравнение (жены выпили): x+y+z+w=2+3+4+5 из второго x=14-z-w-y подставляем х в первое, выходит уравнение y+2z+3W=21 дальше вот я и использовала "тык"))) известно, что эти числа могут быть либо 2, либо 3, либо 4, либо 5. 21 - это нечетное число, а у нас сумма, значит тут оно может получится ТОЛЬКО если в сумме два числа будут четные и одно нечетное, число 2z по-любому четное, значит y или w у нас 5 или 3, а z 2 или 4, я подставила вместо z сначала 2, с двойкой сразу же вышло, что y+3W=17 и тут легко подобрались числа 5 и 4, значит x оставшееся число 3
Внимание, вопрос! А как у одного и того же человека может быть сразу три скелета?
Сегодня, 14 апреля, отмечается Всемирный квантовый день. Квантовые технологии перестали быть научной фантастикой и уже сегодня меняют реальные отрасли — от медицины до финансов. Директор дизайн-центра квантового проектирования НИТУ МИСИС Наталия Малеева расскажет как Россия вошла в тройку мировых лидеров в этой гонке, какие задачи решают отечественные квантовые компьютеры и где их применяют уже сейчас.
Криостат растворения в лаборатории сверхпроводниковых квантовых технологий НИТУ МИСИС
Последние годы стали переломными в мире квантовых технологий. Сделав первые шаги в области индустриальных применений, они перестали быть только лабораторной игрушкой, интересной лишь ученым.
Сейчас основные потребители на рынке квантовых вычислений – здравоохранение, банковский и финансовый сектор, производство, автомобилестроение и химическая промышленность. Глобальный рынок квантовых технологий небольшой, но хорошо развивающийся: по разным оценкам в ближайшие 10 лет ожидается совокупный среднегодовой темп роста до 34%. По данным McKinsey к 2035 мировой рынок квантовых технологий оценивается от 28 до 72 млрд долларов США; квантовых коммуникаций – от 11 до 15 млрд долларов США; и квантовых детекторов – от 0.5 до 2.7 млрд долларов США. Предполагается, что российский рынок может занять до 6% от глобального.
Директор дизайн-центра квантового проектирования НИТУ МИСИС Наталия Малеева
Мы находимся сейчас на этапе так называемых NISQ-устройств (Noisy intermediate-scale quantum – шумные квантовые устройства, порядка нескольких сотен кубитов), уже решены некоторые задачи квантовой химии, выполнены пилотные алгоритмы, сделаны первые шаги в квантово-классическом машинном обучении и решены проблемы оптимизации.
Многокубитные квантовые компьютеры созданы во многих странах на основе разных физических носителях. На сегодняшний день в России созданы 60-кубитный квантовый компьютер на основе фотонных чипов, 50-кубитный квантовый процессор на ионах, 50-кубитный на нейтральных атомах, 16-кубитный сверхпроводниковый универсальный квантовый процессор и 16-кубитный сверхпроводниковый квантовый симулятор. Только две страны, кроме России развивают все эти платформы, это США и Китай. То, что мы входим в тройку мировых лидеров – колоссальное конкурентное преимущество, ведь пока нельзя говорить об однозначном доминировании одной из физических платформ для квантовых вычислений.
Ряд процессоров и в мире, и у нас уже применяют для практических расчетов. Предоставлен облачный доступ к расчетам на таких компьютерах, и уже можно попробовать свои силы в написании программ. В нескольких странах,включая Россию, созданы сети из квантовых линий связи. Они помогают защищать передаваемую информацию на уровне законов физики и не поддаются перехвату и расшифровки злоумышленниками. Они находят реальное применения в государственных и банковских структурах. В России на данный момент созданы и работают в тестовом режиме протяженные квантовые сети. В планах протянуть эти линии на расстояния свыше 10000 км.
Лаборатория сверхпроводниковых квантовых технологий НИТУ МИСИС
Если делать прогноз на ближайшие 10 лет, то наибольшую пользу квантовые вычисления продолжат приностить финансовому сектору (например, оптимизация финансовых портфелей), здравоохранению (например, анализ снимков или фармакологические исследования), энергетике и ЖКХ (например, решение задач оптимизации выработки и распределения электроэнергии), автомобилестроению (оптимизация производственных процессов и логистики).
Квантовая сенсорика уже востребована, и станет еще более популярной. Например, в калибровке стандартов для новых технологий связи и повышения точности геолокации, в медицине при сканировании мозга и отслеживании метаболических процессов в реальном времени. Она востребована и для наблюдений за окружающей средой при прогнозирование извержений вулканов и землетрясений.
Разработки в области квантовой коммуникации лягут в основу не только модульной архитектуры квантовых процессоров следующих поколений, но и будут востребованы в области киберзащиты от злоумышленников, т.н. пост-квантовая криптография.
Представьте, что вам нужно собрать гигантский пазл из миллиарда деталей. Обычный компьютер — это человек, который терпеливо подбирает кусочки один за другим. Суперкомпьютер — это группа людей, которые делают то же самое, но быстрее. А квантовый компьютер? Это магический шаман, который кидает кусочки в воздух, хлопает в ладоши, и они складываются сами! Ну, почти так это работает.
Что же такое квантовый компьютер?
В отличие от обычных компьютеров, которые работают с битами (нули и единицы, как простые вкл/выкл), квантовые компьютеры используют кубиты — штуки, которые могут быть и нулём, и единицей одновременно. Представьте себе человека, который одновременно и спит, и работает, и жарит картошку. Если бы люди могли так делать, никто бы не опаздывал на работу!
Кубиты живут в состоянии суперпозиции — это значит, что они могут находиться в нескольких состояниях одновременно. Как если бы вы смотрели сразу все серии «Игры престолов» за одно мгновение (и даже не страдали из-за последнего сезона).
Кроме того, кубиты связаны друг с другом квантовой запутанностью. Это как если бы у вас был друг, который чувствует, когда вы грустите, даже если вы находитесь на разных континентах. Ударили один кубит в Калифорнии — другой кубит на Марсе тут же заплакал.
Почему это так круто?
Классические компьютеры решают задачи последовательно, шаг за шагом. Квантовые же могут рассматривать все возможные решения одновременно. Время, которое обычный суперкомпьютер потратит на расчёт, равное возрасту Вселенной, квантовый компьютер пережуёт за пару секунд. Представьте, если бы вам не нужно было ждать ответа от техподдержки три дня, а всё решалось мгновенно! Ну, вот примерно так.
Где их можно применять? (Кроме как для покорения мира)
Расшифровка паролей. Если вы думаете, что ваш пароль «qwerty123» в безопасности, у меня для вас плохие новости. Квантовый компьютер взломает его быстрее, чем вы успеете сказать «ой».
Создание лекарств. Эти штуки могут моделировать сложные молекулы, позволяя разрабатывать новые лекарства быстрее, чем врач успеет выписать вам непонятный рецепт.
Предсказание погоды. Представьте, если бы прогноз погоды был точен не только в день написания, но и на неделю вперёд. Звучит как фантастика? Квантовый компьютер может это изменить!
Искусственный интеллект. Он ускорит обучение нейросетей, и в итоге чат-боты перестанут отвечать вам «Извините, я вас не понял».
Финансовые расчёты. Банки смогут предсказывать экономические кризисы заранее! Хотя, зная банки, они всё равно найдут способ удивиться.
Проблемы и ограничения
Но не всё так радужно. Квантовые компьютеры крайне капризны. Кубиты настолько чувствительны, что их может испортить буквально всё: температура, шум, космические лучи, плохое настроение инженера… Они требуют охлаждения почти до абсолютного нуля, а если что-то пойдёт не так — квантовая магия исчезает, и вы остаётесь с дорогущей коробкой, не способной даже мемы загрузить.
Когда их ждать в каждом доме?
Учёные пока спорят: либо через 10 лет, либо никогда. Google, IBM и другие корпорации работают над этим, но пока квантовые компьютеры громоздки, дороги и ненадёжны. Однако если их доведут до ума, мы окажемся в новой эре технологий… или в мире, где ИИ окончательно решит, что человечество ему не нужно. 😅
А пока можете спать спокойно — ваш старенький ноутбук не устарел. Ну, разве что он всё ещё грузит браузер по три минуты...
