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:

ОФИЦИАЛЬНО

НА КОНТРОЛЕ У МЭРА

КОЛОНКА РЕДАКТОРА

НЕКОПЕЕЧНОЕ ДЕЛО

НАШ НА ВСЕ 100

100-летие Республики

Золотой курай

ЛЕГЕНДЫ УФЫ

СОБЫТИЕ МЕСЯЦА

СТОЛИЧНЫЙ ПАРЛАМЕНТ

СТОЛИЧНЫЙ ПОЧЕРК

РЕПОРТАЖ В НОМЕР

ДЕЛОВОЙ РАЗГОВОР

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

ДАТЫ

МЕДСОВЕТ

ИННОВАЦИИ

ГОРОДСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

ФОТОРЕПОРТАЖ

ЧИН ПО ЧИНУ

Коренные уфимцы

ГЛАС НАРОДА

IT-ЭКСПЕРТ

КУЛЬТУРТРЕГЕР

Наши герои

Музеи уфы

Семейный альбом

ЗА ЧАШКОЙ ЧАЯ








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