ГЛАВНАЯ
О ЖУРНАЛЕ
АРХИВ НОМЕРОВ
РЕКЛАМА В ЖУРНАЛЕ
КОНТАКТНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
ГОСТЕВАЯ КНИГА

СОБЫТИЕ МЕСЯЦА

Спасение шиханов
Указом врио главы Башкортостана Радия Хабирова поручено создать на территории...

Диалог с наукой
«Час науки»  провел врио главы региона Радий Хабиров с представителями науч...

Фрезеровщик. И не только
В республиканском конкурсе «Лучший по профессии» приняли участие более 800 спец...

Стипендии от мэра
Глава администрации Уфы Ульфат 
Мустафин вручил детям-сиротам стипенд...

Город для детей
В Москве в Совете Федерации РФ подведены итоги IХ Всероссийского конкурса «Гор...

Нескучные каникулы
В рамках проекта «Башкортостан Новогодний, удивительный» с 31 декабря по 3 январ...

Наша Кармен
Выпускница Уфимского училища искусств Айгуль Ахметшина дебютировала в опере «...

«Бузыкашки» в камне
В Центре современного искусства «Облака» открылась выставка карикатур Камиля ...

Кино с именем
Киностудии «Башкортостан» присвоено имя Амира Абдразакова - актера, сценарист...

Для всех и каждого



     №1 (206)
     Январь 2019 г.




РУБРИКАТОР ПО АРХИВУ:

На контроле у мэра

Колонка редактора

НЕКОПЕЕЧНОЕ ДЕЛО

ЛЕГЕНДЫ УФЫ

СОБЫТИЕ МЕСЯЦА

СТОЛИЧНЫЙ ПАРЛАМЕНТ

СТОЛИЧНЫЙ ПОЧЕРК

РЕПОРТАЖ В НОМЕР

ДЕЛОВОЙ РАЗГОВОР

ЗА ЧАШКОЙ ЧАЯ

КУЛЬТПОХОД

ЗНАЙ НАШИХ!

КАБИНЕТ

ARTEFAKTUS

ПЕРСОНА

ЧЕРНИЛЬНИЦА

ЧЕРНЫЙ ЯЩИК

УФИМСКИЙ ХАРАКТЕР

РОДОСЛОВНАЯ УФЫ

СВЕЖО ПРЕДАНИЕ

ВРЕМЯ ЛИДЕРА

БОЛЕВАЯ ТОЧКА

ЭТНОПОИСК

ГОРОДСКОЕ ХОЗЯЙСТВО

ПО РОДНОЙ СЛОБОДЕ

ДЕЛОВОЙ РАЗГОВОР

К барьеру!

НЕКОПЕЕЧНОЕ ДЕЛО

Наша акция

Благое дело

ТЕНДЕНЦИИ

ЗА И ПРОТИВ

Облик города

СЧАСТЛИВЫЙ БИЛЕТ

СРЕДА ОБИТАНИЯ

УЧИТЕЛЬ ГОДА

ИННОВАЦИИ

ГОРОДСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

ФОТОРЕПОРТАЖ

ЧИН ПО ЧИНУ

Коренные уфимцы

ГЛАС НАРОДА

КОНКУРС «ЗОЛОТОЙ КУРАЙ»

IT-ЭКСПЕРТ

ГОД СЕМЬИ

КУЛЬТУРТРЕГЕР

Закулисье

Театральный сезон

Наши герои

Золотой курай

Музеи уфы

Дневники приемной мамы

Семейный альбом

100-летие Республики

НАШ НА ВСЕ 100








РУБРИКА "IT-ЭКСПЕРТ"

Этот хрупкий квант


- Ваш герольд оскорбил меня, и поэтому я превратил его живой вес в атомный. Сейчас он летает вокруг головы вашего величества, - первым делом заявил магистр черной и белой магии Мальгрим в знаменитом фильме «31 июня». Кажется, нечто подобное магистры IT собираются проделать и с сегодняшними компьютерами - правда, свободный полет частиц для этого нужно, наоборот, прекратить. О том, зачем это нужно и в чем сложность новой технологии, которая пока не позволяет поместить квантовый компьютер на каждый рабочий стол, рассказал профессор кафедры «Вычислительная техника и защита информации» УГАТУ, заслуженный деятель науки РФ и РБ Владимир Иванович Васильев. 

- Владимир Иванович, а почему, собственно, человечеству не хватает сегодняшних компьютеров и суперкомпьютеров, эффективность которых и так все время растет? Видимо, потому, что прогресс не остановить…
- Новая техника - это новые задачи, новые технологии. Сейчас сама жизнь выдвигает такие задачи, как моделирование процессов функционирования человеческого организма, включая моделирование протекания болезней, выбор наилучших формул лекарственных средств - здесь нужны большие объемы памяти, огромное быстродействие ЭВМ. Необходимо моделировать и процессы в микромире - например, при выборе наилучшей архитектуры интегральных микросхем. Далее, поскольку человечество давно уже в курсе, что и процессы в космосе непосредственно касаются нас, будем моделировать движение планет, комет, рождение и гибель (в том числе вероятности взрыва) звезд… И компьютеры, у которых быстродействие выше на несколько порядок (например, в 100 миллионов раз), для этого очень пригодились бы.
- Тем не менее и «обычные» компьютеры тоже продолжают быстро прогрессировать. Например, пиковая производительность представленного в этом году американского суперкомпьютера Summit достигает 200 петафлопсов (200 квадриллионов, 200 000 000 000 000 000 вычислений в секунду - только представьте!). Закон Мура - то, что эффективность компьютеров будет удваиваться каждые два года - по-прежнему работает, хотя Гордон Мур (один из основателей компании Intel) высказал эту мысль еще в 1965 году. С другой стороны, вместимость самой совершенной интегральной схемы не бесконечна.
- Сейчас такие технологии, что на одном чипе умещаются пять миллиардов транзисторов. Пять лет назад было примерно в 1000 раз меньше. Если разместить на чипе не один процессор, а 64 - он будет работать в 64 раза быстрее. Полупроводниковые элементы делают все более тонкими: раньше  толщина проводников была 90 нанометров, сейчас - 7 нанометров. Размеры логических ячеек становятся сопоставимыми с размерами атомов: диаметр атома водорода - 0,1 нм. А при таких размерах уже необходимо учитывать воздействие друг на друга молекул, атомов и электронов, из которых состоят полупроводники. Здесь начинают сказываться квантовые эффекты, работают законы квантовой механики, законы микромира.
Сегодня появились такие понятия, как «квантовые вычисления», «квантовая информатика», уже говорят о квантовой революции… А началось все это в 1980 году, когда советский ученый Юрий Иванович Манин опубликовал книгу «Вычислимое и невычислимое», где впервые сформулировал идею квантовых вычислений: как построить вычислительные механизмы на уровне атомов и молекул и по каким законам они должны функционировать. С 1992 года Юрий Манин работает в США.
- Чем же квантовые вычислительные машины лучше сегодняшних?
- В современных компьютерах носители информации представляют собой элементы, принимающие значения «0» или «1» - биты. Здесь же в качестве единицы информации выступает не бит, а кубит (квантовый бит), который может находиться в состоянии «0», «1»  или в любом промежуточном  неопределенном состоянии (между нулем и единицей). В классическом понимании 10 бит - это двоичное число в виде определенной комбинации из 10 нулей или единиц, в квантовых вычислениях 10 кубит - набор из 10 информационных элементов, число возможных состояний которых равно 2 в 10-й степени, т.е. 1024, причем весь этот набор состояний будет обрабатываться одновременно (параллельно). Это свойство квантовых компьютеров, которое и обеспечивает их колоссальный выигрыш в производительности, называется квантовым параллелизмом.
На основе таких возможностей уже предложены новые вычислительные квантовые алгоритмы - например, алгоритм Гровера для сортировки неструктурированных данных. Допустим, у вас есть справочник, содержащий 10 000 адресов, и вам нужно найти в нем один адрес. В худшем случае вам придется произвести 10 000 переборов - вдруг искомый адрес находится в самом конце? В лучшем случае - меньше, но все равно поиск отнимет много времени. А алгоритм Гровера позволяет найти любой адрес всего за 100 переборов. 
Или возьмем алгоритмы шифрования. В основе любого шифра сегодня лежит секретный ключ - очень большое число, скажем, из 500 цифр. Чтобы открыть такой шифр, надо найти его делители - простые числа, на которые оно делится: например,11, 13, 17, 59, 101 и так далее. Эта задача тоже решается путем перебора, и чтобы перебрать все варианты, самой производительной сегодняшней суперЭВМ нужно 5 миллиардов лет. А при помощи алгоритма Шора (его автор - американец Питер Шор) задача решается за 18 секунд: перебор идет сразу огромной параллелью. 
Все шифровальщики в панике: если квантовый компьютер реально появится, любые шифры можно будет взломать за секунду. Регулярно собираются международные конференции с целью обосновать новые математические методы шифрования…
- И все-таки квантовый компьютер еще не создан. В чем же главная сложность?
- В том, что данное состояние - когда молекула, атом, электрон или другая частица может принимать значение «0», «1» и любое промежуточное между ними - очень хрупко. Любое изменение температуры или электромагнитное воздействие приводит к тому, что это состояние разрушается - и кубит превращается в обычный классический бит - «0» или «1» и только. Поэтому пока что квантовые компьютеры работают всего лишь несколько микросекунд: где-то - пять, где-то - 30. И даже за этот миг они успевают что-то посчитать! 
Чтобы увеличить время их работы, микросхему (которая, собственно, и есть новый компьютер) окружают криогенными установками и создают температуру абсолютного нуля (- 273 градуса по Цельсию), сооружают системы экранирования электромагнитных воздействий, - но пока сделать так, чтобы они работали часами или хотя бы минутами, не получается. Идет поиск новых элементов: ионы, молекулы иридия, алмаза, оптические ловушки, сверхпроводящие элементы… 
- Наверное, стоит вспомнить Эдисона с его тысячами опытов по усовершенствованию лампы накаливания. Хочется надеяться, что надежный материал все-таки будет найден. 
- Да. Тем более что исследования ведутся во многих странах. Считается, что квантовый компьютер будет лучше любой суперсовременной ЭВМ, если в нем будет 49-50 кубитов - это называется порог квантового превосходства. Тогда на нем можно будет реализовывать алгоритм Гровера, алгоритм Шора и многое другое. То есть нам нужны 50 молекул (атомов, электронов), связанных между собой, состоянием которых можно управлять. Есть и способы управления - например, это ядерно-магнитный резонанс (ЯМР). 
- Случились ли какие-нибудь прорывы в уходящем году?
- Да. Можно сказать, что в 2018 году произошел настоящий квантовый бум: сразу несколько компаний в мире объявили, что они создали квантовый компьютер на 50 кубитах. Собственно говоря, IBM сообщила о создании прототипа такого компьютера еще в прошлом году. Время, в течение которого на нем можно производить вычисления, достигло 90 микросекунд, что почти в два раза больше, чем у их предыдущей модели. В Гарвардском университете группа Михаила Лукина (кстати, выпускника нашего физтеха) «выдала» устройство, оперирующее 51 кубитом на холодных атомах рубидия. 
Две независимые группы ученых Университета штата Мэриленд и Национального института стандартов и технологий (NIST) использовали 53 отдельных иона иттербия, которые удерживались с помощью электродов с золотой обмоткой, а в дополнительной конструкции был задействован 51 незаряженный атом рубидия, ограниченный лазерными лучами. Такое количество кубитов позволяет созданному квантовому симулятору делать расчеты в областях физики, которые недоступны даже самым быстрым из современных суперкомпьютеров. Причем относительно несложно увеличить число кубитов: достаточно добавить еще атомов.
Также в 2018-м исполнительный директор компании Intel Брайан Кржанич сообщил о создании сверхпроводящего квантового чипа под кодовым именем «Tangle Lake», обладающего 49 кубитами. А компания Google объявила, что ей удалось построить 72-кубитный квантовый процессор Bristlecone, имеющий низкий процент ошибок в вычислениях.
Но тут есть нюанс. Пока квантовый компьютер дает выгоду только для определенного круга задач. Сейчас они и строятся под такие задачи. Поиск дающих выгоду квантовых алгоритмов - само по себе отдельная дисциплина. 
- А у нас ведутся подобные эксперименты? 
- Наша страна тоже давно «в теме». С 2000 года в МГУ издается журнал «Квантовый компьютер и квантовые вычисления» под редакцией ректора В.А. Садовничего. С 2009 года ВАК введена новая специальность - «квантовые методы обработки информации», и по ней уже защищают диссертации. Во многих ведущих вузах читаются курсы по этим темам. 
Успешные эксперименты ведутся в Физико-технологическом институте РАН, МФТИ, Московском институте стали и сплавов. В 2010 году в России создан  Российский квантовый центр - РКЦ, крупнейший резидент  Сколково. В 2012 году он получил грант в 1,33 млрд от Сколково, в 2015 - грант в 230 млн от ПАО «Газпром». В 2016 году РКЦ продемонстрировал разработанную им квантовую линию связи. 
И в том же 2016-м вышло постановление правительства РФ о реализации Национальной технологической инициативы до 2035 года. Этим документом запланировано создание собственного квантового компьютера и много чего еще - например, средств телепортации квантовых состояний.
- Телепортация - что-то из области кинофантастики.
- Телепортация - это когда мы создаем фотоны и отправляем их куда-то по оптоволокну. И в следующий момент фотон оказывается уже на другом конце Земли, ведь это частица света, и он движется со скоростью света. 
Ну а китайцы недавно запустили квантовый спутник. Сейчас идет эксперимент: информация передается из Вены на спутник и дальше в Китай. Дело в том, что если вы не меняете состояние кубита, а просто передаете информацию без изменений, он довольно стабилен. Это называется квантовая передача информации.
В феврале на инвестиционном форуме в Сочи подписано соглашение о создании в России 50-кубитного квантового компьютера на основе фотонных чипов и нейтральных атомов. В ближайшие пять лет стороны - АНО «Цифровая экономика», «ВЭБ Инновации», Фонд перспективных исследований и МГУ - собираются вложить в проект 300 млн рублей.


Существуют ли настоящие квантовые компьютеры?
Они уже есть, их покупают и продают. Канадская компания «Ди-вэйв» (D-Wave) с 2011 года продает процессоры на нескольких сотнях и более кубитов. Одним из покупателей является аэрокосмическая корпорация «Локхид Мартин» (Lockheed Martin), приобретшая один из первых 128-кубитных процессоров за $11 млн. В начале прошлого года «Ди-вэйв» выпустила устройство с 2000 кубитов (правда, ученые до сих пор спорят, является ли эта разработка настоящим квантовым компьютером).  
Конечно, на стол в каждой отдельной семье такой компьютер поставить трудно: это ящик трехметровой высоты стоимостью $15 млн, внутри которого холоднее, чем в открытом космосе. (Компьютер D-Wave работает при температуре -273 градуса по Цельсию, тогда как на орбите Земли средняя температура абсолютно черного тела составит +4 градуса). К тому же он используется лишь для решения отдельных узко специализированных задач.

Екатерина Климович








НАШ ПОДПИСЧИК - ВСЯ СТРАНА

Сообщите об этом своим иногородним друзьям и знакомым.

Подробнее...






ИНФОРМЕРЫ

53-е Летние Международные Детские Игры Городская среда Ufaved.info

Онлайн подписка


Хоккейный клуб Салават ёлаев

сайт администрации г. ”фы



Телекомпания "Вся Уфа

Газета Казанские ведомости



яндекс.метрика


Все права на сайт принадлежат:
МБУ Уфа-Ведомости


Facebook





Золотой гонг