Óriási fordulat... felmérni sem tudjuk hatását.
A tanulmány azt állítja, hogy a Sycamore nevű, 54 qubitet tartalmazó kvantumprocesszor érte el a kvantumfölényt. Erről így írnak a tanulmányban:
Ez a minden ismert klasszikus algoritmushoz viszonyított drámai gyorsulás a kvantumfölény kísérleti megvalósulását jelenti.
Lehet, hogy igazad van. Én mindenesetre azért vettem komolyabban, mint egy bulvárhírt, mert vasárnap este az M1-en fő műsoridőben az esti híradót követő talk-showk utolsó darabjában Gulyás István beszélgetett valamilyen fő-fő informatikussal (sajnos a nevére nem emlékszem) erről a "sycamore" projekt által prezentált szenzációról, hogy aszongya igazolást nyert a "kvantumfölény", és olvadoztak a gyönyörűségtől, hogy tíz éven belül mindenki asztalán ott lesz már a csoda kvantumszámítógép. Hogy a "fölény" miből is áll, ők is csak azt ismételték, amit a sok helyen megjelent újsághír, meg az általam belinkelt cikk is említ: 220 másodperc alatt végzett a sycamore egy olyan számítással, amivel egy szuperszámítógép tízezer évig küszködött volna.
Érdekes, hogy erre a Google versenytárs, az IBM úgy nyilatkozott, hogy az ő szuperszámítógépük a feladattal 2,5 nap végzett, tehát a "fölény" már nem is olyan óriási. Jellemző, hogy számítógépeket hasonlítanak össze alapvetően akkor, amikor a teljesítmény legalább egyenlő módon az adott feladatot algoritmizáló programozók által alkotott szoftvertől is függ.
A kvantumszámítógépek fölénye bizonyos típusú feladatokra számomra a nagy számok törzstényezős felbontására létrehozott Shor algoritmus tanulmányozása során tűnt bizonyítottnak. Ez egy tisztán kvantum algoritmus qbitekkel, kvantum logikai áramkörökkel kivitelezve. Hogy ezt mikor lesznek képesek egy megfelelően nagy számú qbitet tartalmazó kvantumszámítógépen implementálni, hogy ezt a gyakorlatban is alkalmazhassák pl. a titkosítások feltörésében, arról még nincs hírem. Néhány éves hír, hogy egy kis asztali modell már kiszámolta, hogy 15= 3 x 5!
Úgy néz ki, hogy a programozható kvantumprocesszor megalkotása felé tett első lépések már folyamatban vannak. A Sycamore processzor 52 qbitjének mindegyikét egy képzeletbeli négyzetes rácson elhelyezve úgy állították be, hogy azok négy szomszédjukkal legyenek összefonódva. Így a processzor belső állapotainak száma óriási nagy lett. A programozásról annyit árulnak el, hogy azzal az ALU egységben lévő kvantumlogikai áramkörök kapcsolódásait tudják szabályozni.
Jól hangzik, de ebből még nem tudom elképzelni, hogy hogyan készült el az a program, amely az állítólagos kvantumfölényt bizonyító számítást végezte. Állítólag (a Qubit szerint)
"A Google kvantumszámítógépe, a Sycamore egy véletlenszerűen generált kvantumszámsor véletlenszerűségének valódiságát ellenőrizte."
Ez sem tudom, hogy mit jelent valójában, kezdve azon, hogy mi az a kvantumszámsor, meg azt sem, hogy mi a véletlenszerűség valódisága.
Az egyik átviteltechnikai megoldás, amely a lehallgatást teszi lehetetlenné.
Másik egy titkosítási módszer. A kvantum számítógéphez annyiban kapcsolódik, hogy hagyományos géppel a feltörése reménytelenül hosszú ideig tartana, míg kvantumgéppel elvileg rövid idő alatt menne.
A kvantum titkosítást Orosz László egyáltalán nem a prímszámokkal mutatta be, hanem fénysugarakkal és klasszikus logika alapján vezérelt nyalábosztókkal. A prímszámokon alapuló titkosítás még hagyományos digitális számítógépekkel történik.
Ez még az őskorban, a 70-es évek végén történt, és igen, a 8 bites processzorhoz készítettünk 64 kbytos memóriát. Ebben elfért egy 400 vonalas telefon-alközpont teljes vezérlő programja, hála a speciális utasításkészletnek. Szabadalmaztattuk is, amit aztán később a memóriakapacitások forradalmi növekedése teljesen elértéktelenített.
Hogy a jelenlegi gigabájtos méretű számítógép RAM tárolóit hogyan címzik, az nyilván ma már nem probléma, számítógépeseket kérdezz.
A qbitek tárolását én sem tudom elképzelni, többek között ezért sem látom magam előtt az univerzális kvantumszámítógép jövőbeni formáját. Ha lesz is ilyen, akkor az teljesen más architekturát fog tartalmazni valszeg, mint amilyet ma a neumann gépek. A fantáziámban az emberi agy eddig még ismeretlen algoritmusai keringenek a fizikailag szétszórt helyen lévő idegsejtekben tárolt, de a kvantum-összefonódás által egymáshoz rendelt információ tömböket alkotó memória-blokkok kezeléséről, amelyek hatékonyságát nem a feldolgozás sebessége, hanem a qubitek által kínált párhuzamosság adja.
A jelenlegi kvantumáramkörök áramköri megvalósítása egyébként is agyrém a rendkívüli zajérzékenység miatt. Amit nyerünk a réven, elveszítjük a hibatűrő algoritmusok bonyolultságának vámján. Ha igaz lenne az, hogy az emberi agy információ feldolgozó mechanizmusa mögött kvantumos jelenségek állnak, akkor az élő szervezetek megoldották a zajvédelmet, és nekünk tényleg a biológiai lehetőségek irányában kellene a jövő számítógépének megoldását keresni.
Az eddig megvalósított algoritmusokban általában szükség volt az információ feldolgozás során a közbenső eredmények tárolására regiszterekben, munkamemóriában, stb.
Valamikor a pályafutásom kezdetén még nagyon kicsi digitális számítógépek álltak rendelkezésre, kevés memóriával.
(Nálam például a háttértár egy kazettásmagnó volt a legelején. Voltak 5-10-15 perces kazettáim is.)
A legelső foglalkozásokon az egyetemen is a pascal fordítót még kazettáról töltöttük be. :o)
A processzor lassú volt és a memória kevés.
Alaposan meg kellett fontolni, hogy egy számítás többször felhasználandó részeredményét
- tárolod az operatív memóriában,
- átmenetileg kiírod háttértárolóra,
- eldobod és szükség esetén újra kiszámolod.
(Mellesleg évekkel ezelőtt készítettem egy programot, ami 64x64-es méretű képeket tudott csak feldolgozni. Mert a szükséges mátrix műveletekhez nem volt - és fizikai korlátok miatt nem is lehetett - elegendő RAM a számítógépben. Gondolkoztam azon, hogy a mátrix műveleteket az operatív tárban csak soronként végezzem el, és közben a részeredménynek tekinthető terjedelmes mátrixokat a merevlemezen tartsam.)
Tulajdonképpen ebből következik (következhet) egy olyan ötlet, hogy a kvantum számítás részeredményeit ne kelljen regiszterekbe elmenteni:
- Szükség esetén mindig újra kiszámolod.
- Ugyanazt a műveletet egymással párhuzamosan (egyszerre) kiszámolod (qmmx).
Mivel a részeredmény feldolgozásakor az információ megsemmisül.
Az eddig megvalósított algoritmusokban általában szükség volt az információ feldolgozás során a közbenső eredmények tárolására regiszterekben, munkamemóriában, stb. Ha a műveletek végrehajtása előtt a qbiteket csak preparálással tudjuk beállítani, akkor az csak igen korlátozott képességű algoritmusokat tenne lehetővé, sz.v.sz.
Én a qbitek tárolását (vagy egy azzal egyenértékű lépés kidolgozását) és az univerzális kvantumlogikai processzor megalkotását várom a döntő áttörésnek a témában
Hát nagyon sajnálom, de ezt jelenleg nem tudom elképzelni - a kvantumállapotok másolásának problémája miatt.
Esetleg az élővilágból el lehetne lesni trükköket. Schrödinger nyomdokain, aki az élete második felében biológiával kezdett foglalkozni. (Egyesek feltételezik, hogy az emberi agy működése is bizonyos mértékig kvantumos jelenségeken alapul.)
Legyen egy kvantumállapot Ψ, amit reprezentálhatunk függvényekkel vagy mátrixokkal.
A kvantumfizika szabályai szerint a hullámfüggvényre operátorok hatnak. A mérések során viszont sajátértékeket detektálunk, mert a kvantum mérés fogalmát így definiálták.
Ha egy hozzáértő a teljes kvantumállapot egyszerre történő megméréséről kezdene álmodozni, gyorsan derékba törne a karrierje. Ha mégis lehetséges, akkor azt vagy véletlenül fogják felfedezni. Vagy pedig egy vén róka a pályafutása végén rászánja magát, és nem törődik a main strem véleményével.
Másrészt viszont nem biztos, hogy az emberiség fel van készülve egy hatékony kvantumszámítógép megjelenésére.
Ehhez talán elő kellene készíteni a talajt.
Egy kicsit elkalandozok a társadalmi kihatások körében...
Amíg három bited van, addig nincs vele probléma. Könnyű nyilvántartani.
De amikor 2 terabájt fickándozik a számítógépedben, akkor már nyilvántartást kell vezetned arról, hogy mit hol tartasz.
Nálunk évtizedekkel ezelőtt még papír alapon ment a dokumentumok kezelése. Volt irattáros. Kértél valamit, kikereste. Aztán megjelentek a számítógépek, az irattáros pedig nyugdíjba ment. A kollégák számítógépein pedig eléggé kaotikus állapotok uralkodnak, nagyon sok időt töltenek a meglévő információ (elektronikus dokumentum) megtalálásával. Nyilvánvalóan nem voltak felkészülve erre a helyzetre.
magam is terveztem már speciális utasításkészlettel rendelkező mikroprogrammozott processzort msi áramkörökből
Memóriát is csináltál hozzá?
Engem az érdekelne (de már csak érdeklődés szintjén), hogy 1 megabit memóriát hogyan lehet megcímezni. Mivel a kapuáramkörök kimenete csak véges számú kapubemenetet tud meghajtani (fan out). Ha meg kaszkádba kötöd, akkor a jelterjedési késleltetés lassítja a hozzáférést. A nagyok megoldották valahogy, de nekem erről nem tanítottak semmit.
Látom, tájékozott vagy a témában. Ezért talán definiálni kellene, hogy mit értünk ma kvantumszámítógép alatt. Ha a hibrid elven felépített megoldást is annak tekintjük (amiről még eddig nem hallottam), akkor is hiányérzetem van a széleskörű algoritmusok megvalósíthatóságát illetően. Azt mondod, hogy:
Tehát egyelőre az az út járható, hogy a programot digitálisan tároljuk, a műveletekhez szükséges qbiteket pedig preparáljuk az elemi műveletek előtt.
Az eddig megvalósított algoritmusokban általában szükség volt az információ feldolgozás során a közbenső eredmények tárolására regiszterekben, munkamemóriában, stb. Ha a műveletek végrehajtása előtt a qbiteket csak preparálással tudjuk beállítani, akkor az csak igen korlátozott képességű algoritmusokat tenne lehetővé, sz.v.sz.
Én a qbitek tárolását (vagy egy azzal egyenértékű lépés kidolgozását) és az univerzális kvantumlogikai processzor megalkotását várom a döntő áttörésnek a témában. Erről viszont még nyomokban sem hallottam még részeredményeket sem. Még nagyon az elején járunk…
összefoglalom: a kvantum számítógépet inkább számológépnek kellene neveznünk, ami persze jóval nagyobb teljesítményű mint egy számológép, és ahhoz is hagyományos számítógéppel kell összeépíteni, hogy teljes értékű számológépnek nevezhessük.
Tudsz már létező kvantumos felépítésű (magyarul qubiteket tároló) memóriáról, amiből adatot, programot lehet kiolvasni?
Miért kellene az algoritmust qbitekben tárolni?
Nem véletlenül említettem a hibrid számítógépet.
A feladat megfogalmazása (program) ott is digitálisan történt.
Ha qubiteket akarsz tárolni, mit kezdesz a "no clone theorem" érvényességével?
Tudok róla, hogy a kvantum információ nem másolható.
Viszont: you can create any quatum state as you want.
Magyarul ez azt jelenti, hogy elvileg bármilyen kvantumállapot létrehozható.
De nem egy másik kvantuminformáció alapján, mert azt nem tudjuk teljességében mérni (ma még).
Tehát egyelőre az az út járható, hogy a programot digitálisan tároljuk, a műveletekhez szükséges qbiteket pedig preparáljuk az elemi műveletek előtt.
Lenne egy olyan lehetőség is, hogy elszakadunk a kvantumfizika 1930-as alapjaitól, és megpróbálkozunk a kvantumállapot teljes mérésével. Ezt a lehetőséget a szagértők egyelőre tagadják. Mert ragaszkodnak a sajátállapotok és sajátértékek alapján történő méréshez, ami viszont soha nem lehet teljes.
A különbség csak annyi, hogy jóval nagyobb lesz a kvantum ALU, mivel az elemi műveletek számossága nagyobb.
Lehet, hogy ilyen lesz, de most még nem tudok ilyenről. Tudsz már létező, gépi utasításkészlettel rendelkező kvantumszámítógépről, amelyik már több különböző programot tud futtatni? Tudsz már létező kvantumos felépítésű (magyarul qubiteket tároló) memóriáról, amiből adatot, programot lehet kiolvasni? Ha qubiteket akarsz tárolni, mit kezdesz a "no clone theorem" érvényességével?
Mivel magam is terveztem már speciális utasításkészlettel rendelkező mikroprogrammozott processzort msi áramkörökből
Gratulálok.
Az univerzális számítógép fogalma nem a központi processzor felépítéséhez kötött. A mai kvantumszámítógépekben nincs olyan , hogy processzor, meg gépi utasításkészlet meg tárolt program
Hát szerintem meg de.
A különbség csak annyi, hogy jóval nagyobb lesz a kvantum ALU, mivel az elemi műveletek számossága nagyobb.
Mennyiség, minőség, mérték.
Valaha voltak hibrid számítógépek.
Ez azt jelenti, hogy egy digitális számítógép felparaméterezte az analóg számítógépet.
Egyrészt átszámolta a koherens egységrendszert. Másrészt figyelembe vette az analóg processzor működési pontosságát (például szivárgó áramok miatt).
És mit gondolsz, egy hagyományos processzorban az ALU hogyan működik?
Mivel magam is terveztem már speciális utasításkészlettel rendelkező mikroprogrammozott processzort msi áramkörökből, elég jól ismerem az ALU működését. Az univerzális számítógép fogalma nem a központi processzor felépítéséhez kötött. A mai kvantumszámítógépekben nincs olyan , hogy processzor, meg gépi utasításkészlet meg tárolt program, így esetükben a hagyományos szoftver fogalma is értelmezhetetlen. A nagyszámú, speciális kvantumos logikai áramkör egymás közötti kapcsolatait megvalósító belső huzalozás képezi a vezérlő programot minden típusú feladatra külön-külön.
Szívesen írnék, de elvi síkon valójában nincs sokkal több. Az irodalom a technikai kivitelezés különböző formáival, a qubitek számának növelésével, a hibatűréssel stb. van tele, döntő áttörés az univerzális gép felé még várat magára. Még az is lehet, hogy igazából ezt a célt egyelőre ki sem tűzik, mivel még nem találtak olyan alkalmazási területet, ahol csak egy ilyen számítógép lehet a megoldás. A hagyományos szuperkomputerek és a speciális kvantumos részegységek együttműködése is hatalmas előrelépés lenne.
Amúgy én is csak kíváncsiságból merültem bele a témába nemrég. A neten bőven lehet alapismereteket találni. Arról meggyőződtem, hogy a kvantumszámítógép témakör és az ismert számítástechnikai ismeretanyag teljesen eltér egymástól, egész mások az alapok. Amennyire lehet, próbálom követni az újdonságokat, várok a nagy áttörésre, de az még nagyon távolinak tűnik.
A kvantumszámítógépek mai alakjukban még nem univerzális számítógépek, csak speciális algoritmusok végrehajtását teszik lehetővé. Ilyen pl. a mmormota által említett primtényezőkre bontást lehetővé tevő, az 1997-ben a felfedezőjéről elnevezett Shor algoritmus, aminek tényleg jelentős szerepe lenne a titkosítások feltörésében, ha valóban elkészülne olyan sok qubitból álló gép, amely már több száz jegyű számok felbontását is el tudná végezni véges idő alatt. Hagyományos számítógépekkel egyes becslések szerint egy 400 jegyű szám törzstényezőkre való felbontásához a világegyetem életkorával vetekedő időre lenne szükség.
Az univerzális számítógépre jellemző központi, egységes logikai struktúrával és utasításkészlettel rendelkező processzornak valamint program és adattároló memóriának nincs még igazán megfelelője a kvantumszámítógépek esetén. Ezekben csak az adott célra tervezett algoritmust megvalósító speciális kvantum-logikai áramkörök vannak úgymond összehuzalozva az adatáramlást lehetővé tevő segédáramkörökkel egyetemben. A "kvantumfölényt" az igazán kvantumos jelenségek (pl. összefonódás) kihasználásával érik el. A számítás eredménye pedig a kvantumvilágra jellemző valószínűségi alakban jelenik meg: tehát mondjuk 95 %-os valószínűséggel ad meg a Shor algoritmus egy felbontást, amit viszont könnyű ellenőrizni, és ha nem stimmel megismételni mindaddig, amíg a jó felbontást megkapjuk.
The paper describes how Google’s quantum processor tackled a random sampling problem – that is, checking that a set of numbers has a truly random distribution. This is very difficult for a traditional computer when there are a lot of numbers involved.
But Sycamore does things differently. Although one of its qubits didn’t work, the remaining 53 were quantum entangled with one another and used to generate a set of binary digits and check their distribution was truly random. The paper calculates the task would have taken Summit, the world’s best supercomputer, 10,000 years – but Sycamore did it in 3 minutes and 20 seconds.
Amennyire tudom, nincs bizonyítva, hogy nem létezhet hatékony algoritmus a prímtényezőkre bontásra normál számítógéppel. Ezért van bizonyos kockázat kvantumgépek nélkül is.
Titkosításhoz az a módszer, hogy előállítanak két nagyon nagy prímet. Ez elég gyorsan megy, nem probléma. Ezután összeszorozzák, és ezt a szorzatot adják meg, mint kódoló kulcsot.
A szorzatból előállítani a két prímtényezőt - ez a nehéz, időigényes dolog. És ez az, ami a kvantum számítógépeknek sokkal jobban megy.
A titkosítás maga úgy működik, hogy a szorzattal le lehet kódolni az üzenetet, visszaállításhoz viszont a prímtényezők szükségesek. Így a szorzatot akár közzé is lehet tenni. Így bárki tud üzenetet küldeni, de megfejteni a kódolt üzeneteket csak az tudja, aki a prímtényezőket is ismeri.
