Сюрпризы квантовой топологии

(Ноябрь 2015)

Топологический квантовый компьютер пока что никто сделать не сумел. Но суть идей в основе этой концепции необычайно красива, а практические успехи на пути её освоения уже несомненны. Так что в итоге наверняка все должно получиться.

0.Quantum-Topology

В принципе, данный материал вполне можно было бы озаглавить «Другая Физика». Потому что весь набор результатов, получаемых в процессе освоения области «топологические квантовые вычисления» – это, по сути дела, тихая-незаметная и одновременно великая научная революция.

Если приглядеться, то на данном направлении буквально каждый шаг – от истории зарождения и вплоть до новейших достижений –  хотя бы чуть-чуть (а порою существенно) изменяет и переворачивает устоявшиеся научные представления об устройстве окружающего мира. Но поскольку происходит это все не только очень постепенно, но и строго в рамках научного мейнстрима, никто как бы не замечает, что вся физика, фактически, переворачивается попутно «с головы на ноги».

Ну а чтобы столь важный процесс стал не только заметен, но и вполне понятен, рассказывать историю надо в общей исторической ретроспективе. Однако начать лучше все же с самых последних новостей – для общего представления о ситуации в столь интересной области и о масштабе происходящих перемен.

Читать «Сюрпризы квантовой топологии» далее

«Как-то раз Алиса и Боб заходят в бар…»

(Декабрь 2003)

Просто набор занятных коротеньких сюжетов из нашей странноватой жизни

Alice-and-Bob

Физики продолжают шутить

В декабрьском (2003 г.) номере журнала Physics World опубликованы результаты небольшого исследования-опроса «Юмор в физике», проведенного среди ученых за осенние месяцы. Несколько сотен писем подтвердили, что с юмором у ученых по-прежнему все в порядке. Но поскольку подобные исследования проводятся уже не первое десятилетие, множество шуток распадается на достаточно четко структурированный набор классов.

Читать ««Как-то раз Алиса и Боб заходят в бар…»» далее

Суперпозиция «Волны D»

(Июль 2014)

Квантовый компьютер – в высшей степени интересная область новейших инфотехнологий. Только здесь, наверное, возможно синхронное появление пары исследований, которые изучали одно и то же, по сути диаметрально расходятся в своих выводах, но при этом оба правы…

0_D-Wave-scalable-Q-comp

Озадачивающие итоги

Практически одновременно (с разницей менее месяца) два солидных научных журнала опубликовали исследовательские работы от команд ученых, которые независимо друг от друга изучали одну и ту же вычислительную систему – первый в истории ИТ коммерческий квантовый компьютер D-Wave.

В самом обобщенном виде выводы двух этих команд можно резюмировать знаменитой двусмысленной формулой типа «казнить нельзя помиловать» – когда одна группа поставила жирную запятую после слова «нельзя», а вторая, соответственно, перед.

Читать «Суперпозиция «Волны D»» далее

Фантастическая реальность

(Март 2000)

К итогам конференции по квантовым вычислениям в Беркли

quantum-Cmp

В середине февраля нынешнего (2000) года в Исследовательском институте математических наук в Беркли (Калифорния, США) прошла конференция по проблемам квантового компьютинга. На конференцию собирались академические ученые и исследователи из промышленности, чтобы обсудить реальные достижения и проблемы в той области, которую еще десяток лет назад считали если и возможным, то весьма отдаленным будущим.

Сегодня, однако, вопросами квантовых вычислений непосредственно занимаются многие университеты и несколько ведущих исследовательских центров компьютерной индустрии, таких как AT&T Labs, IBM и Microsoft Research. Всерьез задумываются над созданием собственных исследовательских групп по квантовым вычислениям в НАСА, в Hewlett-Packard, во многих других научных и промышленных центрах.

В течение последних нескольких лет в лабораториях мира созданы несколько простейших моделей квантовых компьютеров. По сравнению с весьма скромными пока практическими успехами, теория квантовых вычислений ушла значительно дальше, исследуя, какого рода задачи смогут решать более сложные машины, когда (и если) они будут построены.

Читать «Фантастическая реальность» далее

К точке критического перехода

(Май 2013)

Суперкомпьютеры – как передовой авангард информационных технологий – вступают в фазу чрезвычайно важных перемен. Имеет смысл представлять, что это за перемены, и почему они важны для всех.

isc-13-slide

В середине июня город Лейпциг, Германия, принимает у себя очередной главный форум всемирного суперкомпьютерного сообщества – ISC’13 или International Superсomputer Conference 2013. По давно заведенной традиции, в рамках этого мероприятия оглашается TOP500, то есть рейтинговый список полутысячи самых быстрых и мощных вычислительных систем планеты.

Понятно, наверное, что суперкомпьютеры, занимающие самые престижные верхние строчки в TOP500 – это не только предмет особой гордости государств, владеющих столь ценными хайтек-ресурсами, но еще и своеобразное зеркало, отражающее самые передовые тенденции в области высокопроизводительных вычислений или кратко HPC (High Performance Computing).

Соответственно, ту небольшую группу людей, которым сообщество доверило работу по ежегодному составлению и редактированию списка TOP500, принято расценивать как наиболее компетентных и знающих специалистов в сфере HPC.

Опять-таки по давней традиции, соредакторами TOP500 являются четыре человека – два из Америки и два из Европы (в обозримом будущем, естественно, появятся и представители Азии, но пока этого нет). И неудивительно, что когда кто-то редакторов TOP500 выступает с докладом о положении и тенденциях в отрасли, то к их словам принято внимательно прислушиваться.

Удивительным же тут является вот что. Примерно за месяц до начала ISC’13, в мае 2013, один из соредакторов TOP500 с американской стороны, Хорст Саймон (Horst Simon) два раза подряд выступил на конференциях помельче с одним и тем же, по сути, программным докладом, озаглавленным подчеркнуто вызывающе: «Вычисления экза-масштаба и почему мы их не получим к 2020 году» (см.  PDF-презентацию).

Читать «К точке критического перехода» далее

Особый путь «Волны D»

(Май 2013)

Все, кто интересуется компьютерными технологиями, наверняка наслышаны и о тех замечательных перспективах, которые сулят в будущем квантовые компьютеры.

Очень большая проблема в том, что компьютер на основе квантовых эффектов хотя и возможен теоретически, однако чрезвычайно сложен в практической реализации.

Таково, по крайней мере, общепринятое мнение. Только вот разделяют его, впрочем, отнюдь не все…

D-Wave-Boxes

Базирующаяся в Канаде компания D-Wave, небольшая по величине, но уже вошедшая в историю как фирма, первой выпустившая на рынок коммерческий квантовый компьютер, объявила в середине мая (2013), что ей удалось продать еще одну – вторую – вычислительную систему D-Wave Two. (Ориентировочная стоимость этого штучного товара, по сведениям из разных источников, составляет от 10 до 15 миллионов долларов за одну машину).

Официальный контракт на поставку необычного вычислителя заключен между компанией D-Wave и организацией USRA, Университетской Ассоциацией космических исследований (Universities Space Research Association). Причем организация эта, что интересно, не имеет ни денег для столь недешевого приобретения, ни собственного места для правильного размещения такого компьютера, работающего при сверхнизких температурах.

D-Wave-Systems-QC

Иначе говоря, другими важнейшими сторонами данного контракта являются корпорация Google, выделившая под все это дело деньги, и американское космическое агентство NASA, предоставившее необходимую научно-техническую базу для разворачивания квантового суперкомпьютера. И конечно же, все упомянутые участники намерены непосредственно использовать новую машину в собственных исследованиях.
Читать «Особый путь «Волны D»» далее

Квантовая крипто-неопределенность

(Май 2004)

Если система доказуемо безопасная, то, вероятнее всего, это не так.
Ларс Рамкильде Кнудсен, известный датский криптограф

Quantum-optics

Избрав в качестве постоянного занятия работу обозревателя ИТ-новостей, автор данного текста поневоле регулярно сталкивается с известиями о все более впечатляющих достижениях в области квантовых коммуникаций.

Или, как еще иначе и не совсем корректно называют эту область, в квантовой криптографии. Где для пересылки ключей шифрования используются квантовые состояния частиц, а законы физики делают перехват этой информации невозможным, поскольку всякий акт наблюдения нарушает хрупкое состояние системы и выдает присутствие злоумышленника.

По долгу журналиста-обозревателя, автор всякий раз добросовестно старается выделить необычность и подчеркнуть прогрессивность новой технологии (благо практическое освоение наиболее удивительных квантовых эффектов всегда достойно внимания).

Однако как человека, в прошлом непосредственно связанного с криптографией, автора все время коробит от того, сколь бесконечно далека шумная рекламная трескотня вокруг квантового крипто от действительной ситуации в криптографической науке и от практических задач по защите информации.

Если формулировать предельно кратко (пусть упрощенно), то НИКАКИХ РЕАЛЬНЫХ проблем квантовая криптография эффективно не решает и — более того — очень сомнительно, что будет способна решать в обозримом будущем. Естественно, это вовсе не личное мнение автора, а точка зрения очень многих специалистов, глубоко понимающих суть криптографии и информационной безопасности в целом.

Читать «Квантовая крипто-неопределенность» далее

Время искать ответы

(Октябрь 2012)

Лауреаты Нобелевской премии по физике за 2012 год не сделали, быть может, грандиозных открытий относительно устройства мироздания. Но их работа чрезвычайно важна уже потому, что они искали и нашли ответы на такие вопросы, которые по давней традиции задавать как бы «не разрешалось».

Ion Trapping Apparatus

В официальном наградном представлении к премии о работе новых лауреатов написано примерно так.

Серж Арош и Дэвид Вайнленд (Serge Haroche, David J. Wineland) независимо изобрели и разработали революционные методы для измерения и манипуляций состояниями отдельных частиц. Эти исследователи открыли дверь к новой эре физических экспериментов, продемонстрировав прямое наблюдение индивидуальных квантовых систем без разрушения их квантово-механической природы – что прежде считалось просто недостижимым.

0nobel-2012

О пользе неудобных вопросов

Чтобы как следует постичь действительную значимость работ, удостоенных нынешней Нобелевской премии, полезно вспомнить слова одного из патриархов физики XX века, отца американской термоядерной бомбы Эдварда Теллера. На закате своей долгой жизни в интервью для СМИ он однажды довольно нелицеприятно отозвался об особенностях того, чему и как принято обучать подрастающее поколение:

В нашей системе преподавания был один существенный недостаток, который, как я полагаю, остается и поныне в большинстве систем научного обучения – рассматривать математику и прочие науки как точный свод знаний: «Вот это так, доказывается это вот так, и это является несомненным!». Все это правда. Но с таким подходом упускается важнейший момент.
Самая интересная вещь в точных науках – это то, что еще неизвестно, что вызывает сомнения. И вот этот процесс сомнений, ощущение противоречий, которые непременно появляются по мере того, как наука изменяется от века к веку – именно они должны прививаться и закрепляться в уме каждого студента…

Примерно о той же самой проблеме, но уже намного более подробно и с конкретными примерами из области современной квантовой физики, написали ныне два известных ученых в свежем номере журнала Scientific American («Beyond the Quantum Horizon» by David Deutsch and Artur Ekert. Sci.Am., September 2012). Читать «Время искать ответы» далее

Квантовый биокомпьютер

(Впервые опубликовано – июнь 2012)

Прогресс компьютерной индустрии, последние полвека обеспечиваемый постоянной миниатюризацией элементов микросхем, неотвратимо приближается к пределу возможностей кремниевых технологий. Иначе говоря, явно пора подыскивать альтернативные модели вычислителей.

QuantumBiology

На смену кремниевым чипам

По давно уже сложившейся традиции (и вследствие естественных технических причин), активность в области высокопроизводительных вычислений – или кратко суперкомпьютеров – всегда сфокусирована на самых передовых компьютерных технологиях человечества.

Промежуток времени, разделяющий те моменты, когда производительность наиболее мощных суперкомпьютеров планеты становится доступна вполне обычному настольному или мобильному электронному устройству, может быть длиннее или короче. Но общее правило остается неоспоримым: то, что вчера считалось пределом вычислительных возможностей, завтра становится общедоступной технологией.

Формулируя чуть иначе, тенденции, доминирующие ныне в узкоспециальной области суперкомпьютерных монстров, занимающих собой здоровенные помещения, на самом деле важны и интересны абсолютно для всех, кто уже не мыслит свою жизнь без компьютерной техники. И именно поэтому особого внимания заслуживают прогнозы экспертов относительно недалекого будущего суперкомпьютеров.

На проходивший в июне в Гамбурге, Германия, очередной Международной суперкомпьютерной конференции ISC ’12 (www.isc-events.com/isc12/) в качестве одного из основных докладчиков выступал американский ученый Томас Стерлинг. Среди специалистов он широко известен как «отец» популярной кластерной архитектуры Beowulf и как один из создателей самой быстрой на сегодня вычислительной техники петафлопсного масштаба (1 петафлопс = 1015 FLOPS, т. е. квадриллион или миллион миллиардов операций с плавающей запятой в секунду).

Доклад Стерлинга на конференции был посвящен общему обзору текущих достижений и тенденций в отрасли, однако для данной статьи особый интерес представляет авторитетное мнение специалиста относительно грядущих перспектив суперкомпьютинга. Непосредственно перед ISC ’12 в компьютерной прессе появилось обширное интервью Томаса Стерлинга, в котором он аргументированно обрисовал неблестящее, мягко говоря, будущее суперкомпьютеров на основе кремниевых чипов.

Суть прогноза сводится к тому, что технологии полупроводниковых микросхем, стабильно развивающие компьютерную индустрию вот уже около полувека, ныне быстро приближаются к своим физическим, идеологическим и конструктивным пределам.

Согласно выводам Стерлинга, порогом производительности для кремниевых чипов станет следующий, экзафлопсный рубеж (порядка квинтиллионов или 1018 операций в секунду). А для того, чтобы двигаться дальше, ученым и инженерам придется создавать нечто в корне иное: «Возможно, это будет что-то типа квантового компьютинга, метафорического компьютинга, или биологического компьютинга. Но что бы там ни было, это будет не то, чем мы занимались последние семь десятилетий»…

Все, кто интересуется новыми компьютерными технологиями, наверняка слышали или читали о некоторых из упомянутых Стерлингом направлениях исследований в области высокопроизводительных вычислений.

Больше всего говорят о «квантовых компьютерах», оперирующих регистрами кубитов на основе законов квантовой физики. Заметно меньше – о «классических» биологических вычислителях, построенных на основе манипуляций сложными биомолекулами вроде ДНК. Практически ничего не публикуется, правда, об интригующей технологии «метафорический компьютинг» на базе эффектов нелинейной оптики, но это тема совсем другого разговора (подробности см тут:  kiwiarxiv.wordpress.com/2013/04/28/201206/).

Здесь же будет рассказано про еще одно – любопытное и перспективное – направление научных исследований под названием «квантовая биология». Важная роль, которую, как выясняется, играют эффекты квантовой физики в жизни биологических систем, ныне расценивается как одно из наиболее неожиданных и волнующих открытий последних лет в области биологии.

Пока что это открытие плохо стыкуется с доминирующими в физике взглядами на мир, однако стабильно растущее число экспериментальных свидетельств и теоретических исследований понемногу укрепляют фундамент квантовой биологии. Новой области, сулящей не только лучшее понимание природы, но и, среди прочего, существенный прогресс в сферах компьютеров, связи и передачи энергии. Читать «Квантовый биокомпьютер» далее

Метафорический компьютинг

(Впервые опубликовано – июнь 2012)

О перспективном, но пока что, похоже, в тайне разрабатываемом направлении сверхпроизводительных вычислений – Metaphoric Computing.

rplaser

В июне проходит очередная Международная суперкомпьютерная конференция или ISC ’12 – главный всемирный форум специалистов в области высокопроизводительных вычислений. Один из основных докладов на этом мероприятии – с обзором текущих достижений и тенденций в отрасли – делает американский ученый Томас Стерлинг.

В суперкомпьютерном мире Т. Стерлинг широко известен как соавтор популярной кластерной архитектуры Beowulf и как один из создателей самой быстрой на сегодня вычислительной техники петафлопсного масштаба (1 петафлопс = 1015 FLOPS, т. е. квадриллион операций с плавающей запятой в секунду). Здесь, однако, авторитетное мнение специалиста привлекается несколько в иной связи. Читать «Метафорический компьютинг» далее