#004 - Odczarować Komputery Kwantowe

W czwartym odcinku podcastu Semihalf, rozprawiamy się mitami które narosły wokół komputerów kwantowych. Staramy się nieskomplikowanym językiem, przy zachowaniu ścisłej terminologii przybliżyć Wam temat komputerów kwantowych. Zdajemy sobie sprawę że temat nie jest prosty ale zależy nam na jego "odczarowaniu", ponieważ poziom publikacji popularno-naukowych często pozostawia wiele do życzenia. Wg nas po zapoznaniu z kilkoma podstawowymi zagadnieniami (do których linki znajdziesz poniżej), komputery kwantowe przestają być "magicznymi cudami techniki". Oczywiście nie sposób zostać fizykiem kwantowym w kilka wieczorów, dlatego zaprosiliśmy do naszego studia Wojtka Burkota z firmy Beit, który na codzienne zajmuje się tymi zagadnieniami i udziela odpowiedzi na nurtujące nas pytania. Okazuje się że komputery kwantowe mają więcej wspólnego z komputerami klasycznymi niż się powszechnie uważa. Z punktu widzenia pojedynczego bitu, podstawa ich działania, bardzo przypomina klasyczny układ tranzystora przełączający się pomiędzy stanem zatkania i nasycenia. Mogło by się wydawać że to tylko analogia, ale już obecnie wielkości tranzystorów w układach scalonych są na tyle małe że do ich prawidłowego (czyt. oczekiwanego) działania inżynierowie muszą walczyć z efektami kwantowymi!Analogi jest dużo więcej, niemniej jednak podstawową różnicą jest to iż ze względu na występowanie superpozycji (jedna z konsekwencji mechaniki kwantowej) oraz stanów splątanych, układy kwantowe są w stanie reprezentować matematyczny zapis całej dziedziny problemu przy użyciu jednego tylko "rejestru kwantowego". To pozwala tworzyć algorytmy które dają złożoność wielomianową dla problemów dla których algorytmy klasyczne mają złożoność wykładniczą, ponieważ pojedynczy przebieg algorytmu, rozwiązuje równanie dla całej dziedziny.Ten wstęp jest tylko krótkim streszczeniem naszej rozprawy z mitami komputerów kwantowych. Odpowiadamy na pytania jak skonstruowany jest kubit oraz czy komputery kwantowe faktycznie są w stanie obecnie rozwiązywać trudne algorytmiczne problemy. Jeśli podobnie jak my, szukałeś konkretnych odpowiedzi na podobne pytania, to czym prędzej wysłuchaj naszego podcastu! Mamy nadzieje że spełnimy Twoje oczekiwania w zakresie mięsistej wiedzy. Smacznego ;)Prowadzący: Radosław Biernacki, Maciej Czekaj, Wojciech BurkotHashtag: QC, Quantum Computing, Komputery Kwantowe### Linki (chcesz wiedzieć więcej?):(Youtube) Seria krótkich filmów o istocie działania komputerów kwantowych (samo mięso prostym językiem):https://www.youtube.com/watch?v=tqN6I-WCXTY&list=PL50XnIfJxPDWDyea8EbbLe8GHfXkWU7W_(Youtube) Komputery kwantowe, wprowadzenie dla programistów:https://www.youtube.com/watch?v=F_Riqjdh2oM(Youtube) Złącze Josephsona i jak skonstruowany jest nadprzewodzący kubit:https://www.youtube.com/watch?v=EWd1r8nssnQhttps://www.youtube.com/watch?v=2pB87H3_F_cO fizyce kwantowej wykłady Richarda Feynmana:http://www.feynmanlectures.caltech.edu/III_toc.htmlTutorial Quantum Computing:https://medium.com/%40jonathan_hui/qc-quantum-algorithm-with-an-example-cf22c0b1ec31### Terminologia# 18:28 - Złącze Josephsona - (patrz też wcześniej podane linki do Youtube o złączu Josephsona)https://www.scientificamerican.com/article/what-are-josephson-juncti/# 21:09 - Ion Trap Quantum Computing - https://medium.com/%40jonathan_hui/qc-how-to-build-a-quantum-computer-with-trapped-ions-88b958b81484# 28:50 - Odwracalność operacji - https://www.youtube.com/watch?v=YTNug9tQOzU&list=PL50XnIfJxPDWDyea8EbbLe8GHfXkWU7W_&index=6# 43:50 - Algorytm Grovera - https://en.wikipedia.org/wiki/Grover%27s_algorithm# 1:15:54 - Quantum Supremacy - https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_supremacy# 1:19:45 - Quantum Inspired Classical Solution - https://cstheory.stackexchange.com/questions/42338/list-of-quantum-inspired-algorithms# 1:39:14 - Gartner Hype Curve - https://www.gartner.com/smarterwithgartner/5-trends-emerge-in-gartner-hype-cycle-for-emerging-technologies-2018/# 1:57:16 - Eksperyment Bella - https://en.wikipedia.org/wiki/Bell_test_experiments# 1:53:50 - NP zupełność i NP trudność - https://www.geeksforgeeks.org/np-completeness-set-1/### Plan odcinka:# 0:00 - Wyjaśnienie# 1:16 - Wstęp# 5:47 - Język matematyki# 12:18 - Układ kwantowy a tranzystor - analogia# 14:48 - Czym jest kubit?!? Jak fizycznie realizowany jest kubit.# 26:30 - Bramki kwantowe - czyli jak liczą komputery kwantowe# 31:00 - 34:20 - Operacja Hadamard’a# 38:30 - “Kubit to bit który jest jednocześnie 0 i 1” - clarified# 44:26 - Algorytm Grovera - przeszukiwanie zbioru# 47:13 - Pomiar - rola obserwatora# 50:00 - Podsumowanie 1# 50:56 - Algorytm Shora - "Upadek kryptografii ratuj się kto może" - busted# 54:55 - Ograniczenia rozwoju komputerów kwantowych# 1:00:20 - Problemy produkcyjne procesów kwantowych (szczegóły działania kubitów)# 1:04:54 - Problemy topologii procesorów kwantowych# 1:06:33 - Problemy korekcji błędów# 1:08:06 - Dwave - Quantum annealing# 1:13:46 - Praktyczne zastosowania obecnie istniejących komputerów kwantowych# 1:18:20 - Beit - Osiągnięcia na polu algorytmów kwantowych# 1:21:22 - Quantum Hype# 1:32:08 - Zjawiska kwantowe w zwykłych CPU# 1:39:14 - Gertner Hype Curve# 1:40:45 - Wpływ komputerów kwantowych na algorytmy dla komputerów klasycznych# 1:41:42 - Kwantowe telefony komórkowe? - "To tylko kwestia czasu" - busted# 1:45:46 - Co napędza rynek komputerów kwantowych?# 1:51:00 - Sztuczna inteligencja a komputery kwantowe# 1:53:50 - NP zupełność i NP trudność# 1:57:16 - Eksperyment Bella - zmienne ukryte# 1:59:22 - 2:06:40 - Równanie Schrödinger’a# 2:03:07 - Czy musisz być biegły w fizyce aby projektować algorytmy kwantowe?# 2:04:23 - “Komputer kwantowy jest budowany per zadanie” - busted# 2:04:47 - Jak czytać “schematy” algorytmów dla komputerów kwantowych. Jak wykonywać aproksymację przy pomocy obliczeń na komputerach kwantowych?# 2:09:57 - Co jest wynikiem obliczeń algorytmu kwantowego?# 2:12:23 - Zakończenie