Квантовый компьютер в России: как он выглядит внутри, подходит ли для майнинга, какие планы у учёных

Мы добрались до лабораторного корпуса МФТИ, чтобы узнать, что такое квантовый компьютер, как он работает и чем кубит отличается от бита. В этом видео мы также обсудим, над чем сейчас работают учёные и какие проблемы стоят перед реализацией универсального квантового компьютера.

Содержание:

2:36 Первый квантовый компьютер в России

Первый кубит был получен в 2015 году. В 2017 году реализовали дисперсионное считывание, соединив кубит с резонатором. Первый двухкубитный алгоритм в МФТИ реализовали в 2019 году. Это совсем молодая технология для России, да и в мире она ещё достаточно сырая.

4:04 Принцип работы квантового компьютера и его отличия от классического компьютера

В квантовом компьютере без коррекции ошибок всё аналоговое: состояние кубитов непрерывно меняется. Переходы между состояниями описываются матрицами.

Квантовый компьютер берёт огромный вектор и умножает его на гигантские матрицы из реальных действительных чисел. В классическом компьютере работа с матрицами такого размера невозможна, потому что они не влезают в оперативную память.

6:52 Как квантовый компьютер выглядит внутри

Как и в обычном компьютере, процессор подключается к материнской плате. В квантовом компьютере материнская плата представляет собой весь криостат и подключенное к нему электронное оборудование, которое посылает управляющие импульсы.

13:13 Состояние кубита на Сфере Блоха

Для представления чистых состояний кубита используется Сфера Блоха. Например, у вас есть основное состояние. Вы посылаете на кубит импульс, после чего он переходит из основного состояния в возбуждённое. Сфера Блоха описывает для одного кубита все состояния, в том числе суперпозицию.

16:51 Процессор в квантовом компьютере

20:07 Подключение ПК к квантовому компьютеру

Квантовый компьютер выступает как сопроцессор. Уже даже появилось понятие QPU. К обычному бинарному компьютеру через PCI-слот подключается ретранслятор для работы с квантовым компьютером.

21:45 Квантовые алгоритмы

Самые популярные квантовые алгоритмы:

• алгоритм Шора — факторизация целых чисел;
• алгоритм Гровера — решение задачи перебора.

Ещё много алгоритмов предложено для решения задач, например, из линейной алгебры — перемножение матриц, решение систем линейных уравнений, — но они очень громоздкие. Пока нет системы коррекции ошибок, они работать не будут.

23:58 Использование квантового компьютера для машинного обучения

Всё делается в обычном Jupyter Notebook на ПК. Пишешь код на Python, загоняешь его в ретранслятор, дальше в работу включается квантовый компьютер.

Пример задачи: есть оценки сомелье и набор химических показателей вин. По набору химических показателей нужно определить, какая оценка будет у вина от сомелье. Это можно сделать классической нейросетью, а можно сделать квантовым алгоритмом. Фишка в том, что в квантовых алгоритмах вроде бы меньше параметров, которые нужно использовать, чтобы решить задачу. Но этот вопрос сейчас только изучается.

26:16 Управление криостатом

27:13 Устройство ретранслятора

28:07 Можно ли майнить на квантовом компьютере

Теоретически майнить на квантовом компьютере можно. Но пока нет подходящего для этого алгоритма.

28:26 Планы учёных

Сейчас идёт активная исследовательская деятельность в области создания кодов коррекции ошибок. Такие системы есть в классических компьютерах. Например, когда через канал передачи данных отправляются 5 одинаковых бит. Даже если 1 бит испортится, останется ещё 4 работающих бита. То же самое хотят реализовать в квантовом компьютере. Подобная система позволит получить так называемый логический кубит, но на нём будет труднее совершать операции, так как он стабилизирован.

29:29 Как измерить мощность квантового компьютера

Измерять мощность квантового компьютера можно по мощности классического компьютера, который был бы необходим для решения аналогичных задач.