Гомеостатическая Вселенная

Смотрите как круто: видео посадки на Луну в хорошем разрешении. Это первая частная компания Firefly запустила свой аппарат. Кину полное видео в комменты, очень впечатляет!

Что-то много квантовых компьютеров в последнее время, но видимо весна...

Пару дней назад Amazon выпустила свои результаты работы в сторону КК. Я вообще довольно пристально слежу за ними, так как у них классная команда (включая Прескилла — видного теоретика квантовых вычислений). Их подход к квантовым вычислениям очень интересный, я подумал, что расскажу немного деталей.

Возможно, вы знаете, что главная проблема в квантовых компьютерах — не создание кубитов, на которых он будет работать, а защита их от внешних шумов. Для этого КК помещают в криостаты и всячески защищают (или, как в прошлом посте, создают топологическую защиту). Но этого обычно недостаточно: нужно применять еще коррекцию ошибок. То есть, вокруг каждого кубита выстраивают сложную систему из дополнительных кубитов, которая детектирует и корректирует ошибки. Обычно разделяют физические кубиты и логические (кубит + вся система коррекции ошибок вокруг). Так вот, с нынешними алгоритмами на один логический кубит приходятся тысячи (или даже десятки тысяч) физических кубитов. То есть, если вам нужен алгоритм с 1000 логических кубитов, физически вам нужны миллионы кубитов. Напомню, что самые большие КК сейчас имеют как раз порядка 1000 физических кубитов, т.е. недостаточно даже для создания одного логического кубита.

Вообще ошибки можно разделить условно на два класса: переворот бита (bit-flip, т.е. состояние кубита меняется на противоположное) и потеря фазы (так как КК работают на интерференции волновых функций, фаза кубитов относительно друг друга очень важна). Кстати, порекламирую снова пост Вастрика про квантовые компьютеры, если хочется вспомнить основы. Необходимость коррекции обоих типов и приводит к такому большому числу физических кубитов для реализации логического кубита. Так вот, Amazon придумали, как сделать кубиты невосприимчивыми к перевороту бита. Они выпустили статью в Nature, где демонстрируют свой подход. Это еще не квантовый компьютер, но интересный шаг к нему. Сразу скажу, что идея совсем не новая, ее уже много-много лет разрабатывают, а фотонные квантовые компьютеры вообще на ней основаны по большей части. Но ее до сих пор не применяли для сверхпроводящих кубитов. Справедливости ради, Прескилл как раз и был отцом-основателем этого подхода, так что все логично.

Их идея в том, чтобы кодировать кубиты в состояниях гармонического осциллятора. Обычно состояние кубитов выбирается таким образом, чтобы у них было два энергетических уровня, |0⟩ и |1⟩, переход между которыми задается определенной энергией. Например, это может быть основное состояние (осциллятор не колеблется) и первое возбужденное состояние (в нем один квант энергии). Соответственно, достаточно внешнему шуму (например, тепловому фотону) с такой энергией прилететь в систему, чтобы состояние системы поменялось с 0 на 1. Идея Амазона с гармоническим осциллятором состоит в том, чтобы кодировать состояние кубита в большой амплитуде осциллятора. Т.е. берется осциллятор, накачивается энергией, так, что в нем много-много квантов энергии, и он колеблется в определенной фазе. И уровни |0⟩ и |1⟩ кодируются не в амплитуде осциллятора, а в его фазе. Т.е. есть два состояния, которые соответствуют большой амплитуде колебаний с разницой в фазе на 180 градусов: |α⟩ и |-α⟩, где |α| — амплитуда осциллятора. А затем для работы выбираются состояния суперпозиции |α⟩ + |-α⟩ и |α⟩ - |-α⟩, что позволяет фактически полностью защититься от ошибок с переворотом бита: так как уровни |α⟩ и |-α⟩ обладают одной энергией, если шум меняет |α⟩ на |-α⟩, состояние |α⟩ + |-α⟩ не изменяется!

Таким образом можно на порядок снизить количество физических кубитов, используемых в коррекции ошибок, избавившись от необходимости корректировать перевороты бита. Собственно, именно такую систему, которая защищена от переворота бита и корректирует потерю фазы, и продемонстрировал Amazon на их платформе, где кубиты кодируются в микроволновых осцилляторах (а сверхпроводящие кубиты используются для буфера). По-моему, очень круто, буду ждать развития событий!

А тем временем вышла моя новая беседа про гравитацию и квантовую физику в подкасте "Ноосфера". В этот раз особенно много уделили внимания физическому смыслу квантовых измерений и многомировой интерпретации, а еще поговорили про всякие парадоксы и сложности с гравитацией. Хотя в формате подкаста сложно погрузиться глубоко в конкретные темы, мне кажется, в этот раз получилось затронуть много интересных моментов!

Два часа физики: что может быть лучше для воскресного вечера!🤓

https://www.youtube.com/watch?v=VQXFO5Vb4sI

Пока небольшой комментарий к новостям про то, что Майкрософт создали какой-то супер-пупер квантовый компьютер. Спойлер алерт: это все обман, чтобы набрать классы.

Но по порядку. Квантовые компьютеры делают из разных кубитов: некоторые используют сверхпроводящие микросхемы (как IBM и Google), некоторые — ионы (IonQ например), некоторые — фотоны (Xanadu). Ну и есть много других вариантов. Самая большая проблема с квантовыми компьютерами в том, что квантовая запутанность в них очень легко разрушается минимальным внешним воздействием. Поэтому эти комьютеры стараются изолировать от внешнего мира как можно лучше: засовывают в супер-криостаты, используют лучшие материалы и т.д.

Среди этих подходов выделяется один: топологические квантовые компьютеры. Точную работу описать довольно сложно, но попробую такую аналогию. Представьте, что у вас есть железная дорога типа Brio и вы можете катать по ней туда-сюда вагончики. А еще можете пересекать пути, делать мосты и т.д. Общая структура вашей дороги (как именно они пересекаются, сколько пересечений и между какими путям и т.д.) является ее топологией. В этих пересечениях реализуются вентили компьютера (т.е. логические операции). Так вот, внешний мир действует на вагончики: они то тормозят, то ускоряются, то вибрируют, то вообще пропадают. В обычном квантовом компьютере это является основной проблемой: квантовые состояния (вагончики) разрушаются, появляются ошибки. Но в топологическом квантовом компьютере операции зависят не от одиночных вагончиков, а от общей структуры путей, а она остается постоянной и не подвержена влиянию внешнего мира (почти). Потенциально это очень мощный инструмент для реализации квантовых компьютеров, так как ему не страшен внешний мир.

На практике никто не знает, как именно это сделать. Вагончики должны быть очень специальными, чтобы реализовать такой компьютер. Это должны быть квазичастицы, которые называются анионы и обладают очень необычными свойствами. Они существуют в определенных двумерных материалах в определенных условиях (возможно). Майорановские фермионы, о которых вы слышали в новостях про Майкрософт — пример таких частиц.

Ура, введение готово, пора перейти к драме. Пока IBM и Google соревнуются за количество кубитов и пытаются как-то найти способ увеличить их до полезной величины, Microsoft пошли другим путем и пытаются создать топологический квантовый компьютер. Если у них это получится, они обойдут всех на повороте и унесутся за горизонт. Но пока попытки, мягко говоря, не внушают доверия.

Из года в год они публикуют результаты про открытие и изучение этих самых Майорановских фермионов в самых престижных журналах. Из года в год в этих результатах находят ошибки, неверную статистику и прямой подлог и статьи отзываются (таких статей уже набралось не одна и не две, можно вот тут эпичный тред посмотреть). Т.к. это майкрософт, публиковать данные они отказываются (NDA и все такое) и верифицировать никак не получается. Но на каждой статье они собирают хайп, лайки и инвестиции — что еще нужно. Вот и нынешние "новости" — ровно из той же оперы. Те же авторы, один из рецензентов — главный автор прошлых отозванных статей, те же проблемы с данными и их доступностью, и т.д. Нет никаких оснований доверять этому. В целом, научное комьюнити давно уже крутит пальцем у виска, и главной загадкой остается вопрос, почему их вообще продолжают публиковать (хотя это и не загадка никакая, всем все понятно, кто за этим стоит).

В общем, не верьте хайпу! Я нарочно не даю ссылки на новости или статью, чтобы не разгонять этот хайп дальше. В целом, любые новости про квантовые компьютеры всегда можно делить на 10-100, но в особенности когда говорят про "прорыв, которого еще никогда не было". Это уж почти наверняка какая-то лажа.