Как понимать вычисления в квантовых вычислениях?

[Xaositect]

Alex-Yu в сообщении #1409783 писал(а):

Несколько раз я пытался ознакомиться с этой темой. Безуспешно. Никаких ВЫЧИСЛЕНИЙ я во всем, что об этом пишут, не вижу вообще. И уж точно в этом всем нет никаких ПРОГРАММИРУЕМЫХ вычислений (к вопросу о "квантовом ассемблере", кстати). Один "квантовый компьютер" нельзя заставить выполнять разные программы. Хочешь другую программу -- делай другой "компьютер". Во всяком случае так выглядит.

На данный момент это уже не так. Квантовый процессор может исполнять различные последовательности команд, физически реализуемые с помощью разных электромагнитных импульсов, которые резонируют с различными элементами процессора. Я не физик, и не разбираюсь в этом, есть статья: https://journals.aps.org/prb/abstract/1 ... .81.134507
Есть IBM Q, где это реализовано, и там есть этот самый "квантовый ассемблер" - язык, который позволяет задавать последовательности команд.

Alex-Yu в сообщении #1409783 писал(а):

Ну есть какая-то квантовая система. Пусть и из кубитов (кубит -- это просто: система с двумерным пространством квантовых состояний). Эта система как-то там эволюционирует. Быть может, это даже и можно практически использовать в каких-то очень узких целях, подобрав подходящую конфигурацию кубитов и взаимодействия между ними. НО ПРИ ЧЕМ ЗДЕСЬ ВЫЧИСЛЕНИЯ??? Эдак и простой грузик на веревке (маятник) --- тоже компьютер, он же тоже эволюционирует. Получается компьютер решающий уравнения движения маятника. Вот только на кой он нужен, такой, ну уж очень специализированный, "компьютер"...

Так и есть. По большому счеты, так были устроены первые аналоговые компьютеры. Подбор подходящей конфигурации - это задача в области программирования по сути.

Alex-Yu в сообщении #1409783 писал(а):

Никак не могу отделаться от сильного подозрения, что все эти "квантовые вычисления" это всего лишь гигантский развод грантодателей на бабки. В духе наперсточников. Вот НИЧЕГО содержательного в писаниях на эту тему мне обнаружить не удалось. Хотя я и пытался найти. Банальная, ничуть не интересная КМ системы кубитов. Все! Все авторы очень долго и нудно жуют полнейшие самоочевидные банальности (для человека, знакомого с КМ) и при этом не говорят НИЧЕГО содержательного.

Вполне возможно, для теоретика оно так и выглядит. С точки зрения computer science это крайне интересно, так как дает новые возможности по сравнению с классическими и вероятностными классическими алгоритмами. Сейчас очень актуальна проблематика повышения надежности таких вычислений, так как шум и декогеренция, естественно, рано или поздно все портят. Насколько я понял, для экспериментаторов это тоже интересно с точки зрения проверки предсказаний квантовой механики для большого числа запутанных кубит.

[Alex-Yu]

Xaositect в сообщении #1409795 писал(а):

есть статья: https://journals.aps.org/prb/abstract/1 ... .81.134507

Ни процессора, ни ассемблера я в этой статье не увидел.

Ну ладно, тут у меня некие мысли возникли сами по себе, вне зависимости от всякого там чтения. У меня так бывает, когда я ругаюсь Поделюсь. Но воспринимать именно как ни к чему не обязывающие соображения. Итак, чтобы такое МОГЛО БЫ БЫТЬ под названием квантовый компьютер?

Как я понимаю, полностью квантовый компьютер представить себе трудно, практически невозможно. Хотя бы потому, что совершенно не ясно, что такое квантовая команда. Или что такое квантовый адрес некого регистра... Но можно себе представить полуквантовый компьютер, т.е. такой, у которого данные квантовые, но команды и адреса --- чисто классические. По существу это не квантовый компьютер, а квантовое АЛУ (КвАЛУ, QALU) дополнительно добавленное в самый обычный классический процессор (компьютер). Классическое АЛУ при этом тоже может (да и должно) быть. Еще понадобится, в дополнение к нормальной классической памяти, квантовая память (хотя бы несколько регистров).

Основные соображения:

1. КвАЛУ не работает с числами , оно работает с квантовыми состояниями $N$-разрядного квантового регистра (из $N$ кубит).
2. Совершенно аналогично КвОЗУ (квантовая память) не хранит числа, оно хранит квантовые состояния. Адрес у этого КвОЗУ обычный, классический.
3. Есть операция преобразования обычного классического числа в квантовое состояние (такое, что вероятность именно такой конфигурации кубит равна единице).
4. Есть операция преобразования квантового состояния в обычное число (фактически это измерение). Результат может быть запомнен в обычном ОЗУ.
5. Есть набор квантовых операций, которые осуществляют некие унитарные преобразования квантовых состояний.
6. Все команды (их коды) обычные, классические. Они хранятся в обычном классическом ОЗУ.

Пусть наш классический компьютер имеет одноадресную архитектуру. Тогда и КвАЛУ тоже, естественно, считать одноадресным. Т.е. КвАЛУ содержит в себе квантовый аккумулятор (КвАКК). Тогда совершенно ясно, что должны быть такие команды:

CQLD ADR ; загрузить классическое число по адресу ADR классического ОЗУ в квантовый аккумулятор КвАЛУ. Т.е. создать состояние аккумулятора такое, что квантовая амплитуда именно такой конфигурации бит равна единице.
QCST ADR ; квантовое состояние аккумулятора КвАЛУ измерить, преобразовать в классическое число и запомнить по адресу ADR в классическом ОЗУ.
QQLD ADR ; загрузить состояние по адресу ADR квантового ОЗУ в аккумулятор.
QQST ADR ; наоборот запомнить квантовое состояние в КвОЗУ.

Еще должны быть команды, осуществляющие содержательную деятельность --- унитарные преобразования квантового аккумулятора КвАЛУ. Т.е. $U_i |ACC\rangle \to |ACC\rangle$, где $U_i$ --- $i$-тый унитарный оператор. Это безадресные команды. Какие это должны быть унитарные операторы и сколько их должно быть, чтобы их набор был в каком-то смысле полным, --- вот вопрос.

Чтобы можно было делать бинарные операции, можно предусмотреть два аккумулятора. Или, чего проще, возможность разбивки слова на два полуслова.

Вот что-то такое -- это было бы про квантовый компьютер. Но ничего подобного я нигде не видел. Вместо этого муть какая-то.

[warlock66613]

Alex-Yu в сообщении #1409800 писал(а):

Вот что-то такое -- это было бы про квантовый компьютер. Но ничего подобного я нигде не видел.

Q#. Всё как вы описываете. (Только операция CQLD не элементарная - она состоит из измерения состояния в нужном базисе и флипе в случае, если измерилось не то, что надо).

[Alex-Yu]

warlock66613 в сообщении #1409802 писал(а):

Только операция `CQLD` не элементарная

может QCST (quantum to classical and store)? В CQLD никакого измерения нет.

[Pavia]

Alex-Yu в сообщении #1409800 писал(а):

Вот что-то такое -- это было бы про квантовый компьютер. Но ничего подобного я нигде не видел. Вместо этого муть какая-то.

Открываем сайт квантового компьютера D-Wawe находим SDK далее по ссылкам находим ассемблер.
https://github.com/Qiskit/openqasm/blob ... /qasm2.rst
В котором всё это описано.

[warlock66613]

Alex-Yu в сообщении #1409804 писал(а):

может QCST (quantum to classical and store)? В CQLD никакого измерения нет.

Нет, именно CQLD. Единственный способ перевести кубит с неизвестным состоянием в известное состояние - измерить его.

[Alex-Yu]

Pavia в сообщении #1409805 писал(а):

Открываем сайт квантового компьютера D-Wawe находим SDK далее по ссылкам находим ассемблер.

Посмотрел мельком. Ну это больше похоже не на ассемблер, а на HDL (hardware description language). Прежде всего нет архитектуры квантового процессора. По существу вообще процессора нет. И ОЗУ нет. Впрочем, тоже подход, аппаратная реализация алгоритма. Любой алгоритм может быть реализован программно или аппаратно. Иногда выделяют еще и промежуточный микропрограммный уровень. Но когда говорят "компьютер" аппаратную реализацию алгоритмов обычно не подразумевают.

-- Вс авг 11, 2019 17:34:40 --

warlock66613 в сообщении #1409802 писал(а):

Всё как вы описываете.

Если так, то сам вопрос, на который ищет ответ ТС, бессмысленен: квантовый процессор не работает с числами, он с состояниями работает.

[Pavia]

Alex-Yu в сообщении #1409809 писал(а):

Посмотрел мельком. Ну это больше похоже не на ассемблер, а на HDL (hardware description language). Прежде всего нет архитектуры квантового процессора. По существу вообще процессора нет. И ОЗУ нет. Впрочем, тоже подход, аппаратная реализация алгоритма. Любой алгоритм может быть реализован программно или аппаратно. Иногда выделяют еще и промежуточный микропрограммный уровень.

Есть два типа архитектур, первая это ISA это набор команд он описан в предыдущей ссылке, так что идите читайте. Вторая это микроахитектура, т.е устройство.
https://docs.dwavesys.com/docs/latest/_ ... DW_QPU.pdf

Так, квантовое ОЗУ изобрели недавно то его видимо ещё не успели внедрить.

Alex-Yu в сообщении #1409809 писал(а):

Иногда выделяют еще и промежуточный микропрограммный уровень.

Так у нас квантовый компьютер, а не классический. Он работает на квантовых принципах. А вы никак не хотите этого понять.

-- Вс авг 11, 2019 14:46:18 --

Pavia в сообщении #1409811 писал(а):

Он работает на квантовых принципах.

Собственно квантовый процессор без квантового-озу называется адиабатическим.

Что хочу заметить процессор это не компьютер. Компьютер должен обладать ОЗУ и содержать программный код. Но сделать это гипотетически возможно.

[warlock66613]

Alex-Yu в сообщении #1409809 писал(а):

не работает с числами, он с состояниями работает

Тогда классический компьютер тоже с числами не работает, он работает с состояниями (высокое напряжение/низкое напряжение). Но и в том, и в другом случае состояния описываются числами, только в случае квантового компьютера эти числа действительные, а не натуральные.

[Alex-Yu]

warlock66613 в сообщении #1409812 писал(а):

только в случае квантового компьютера эти числа действительные, а не натуральные.

Скорее состояние -- это много-много и не действительных, а комплексных чисел сразу (квантовые амплитуды классических конфигураций), если уж на то пошло. Для $N$-разрядного квантового регистра состояние --- это $2^N$ комплексных чисел.

[warlock66613]

Alex-Yu, да, конечно.

[Alex-Yu]

Pavia в сообщении #1409811 писал(а):

обладать ОЗУ и содержать программный код.

Код и адреса ОЗУ тоже квантовые? И что бы это такое могло быть....

[Xaositect]

Alex-Yu в сообщении #1409800 писал(а):

Основные соображения:

Все так и есть, только сейчас еще нет квантового ОЗУ, все происходит по сути в одном регистре, который можно установить в заданное классическое значение и производить с ним разные унитарные преобразования.

[Alex-Yu]

Alex-Yu в сообщении #1409800 писал(а):

Вот что-то такое -- это было бы про квантовый компьютер.

Кстати, совершенно нечего делать написать симулятор такого компьютера, дальше можно с ним развлекаться. Правда, такой "компьютер" будет маленький-маленький, а симуляция медленной-медленной. Потому как каждое $N$-разрядное состояние это $2^N$ комплексных чисел.

-- Вс авг 11, 2019 18:08:35 --

Xaositect в сообщении #1409817 писал(а):

только сейчас еще нет квантового ОЗУ

Работы по так называемой квантовой телепортации есть. Это по существу и есть запись/считывание из квантового ОЗУ.

А с одним регистром это ерунда, не интересно. Ну представьте себе классический комп без ОЗУ (без дисков и подавно). Примитивная игрушка, не более того.

[Xaositect]

Alex-Yu в сообщении #1409800 писал(а):

QQLD ADR ; загрузить состояние по адресу ADR квантового ОЗУ в аккумулятор.
QQST ADR ; наоборот запомнить квантовое состояние в КвОЗУ.

Такого, кстати, не получится, no-cloning мешает. Можно только перенести, Вы это имели в виду?