Индустрия 4.0 Насущные темы четвертой научно-технической революции:

- цифровизации промышленности и экосистемы вокруг промышленных предприятий: логистика, поставки сырья, сбыт продукции.

- оцифровка производственных активов и процессов.

Цифровые корпорации:

- программная роботизация процессов.

- технологии на основе IoT и искусственного интеллекта, созданных специально для каждой из следующих отраслей.
Финтех — банки и финансовый сектор
Медтех – медицина, здравоохранение, фармакология
Цифровой ритейл – легкая промышленность и розничная торговля
Цифровой транспорт и логистика – авиакомпании, автопром, почтовые сервисы

Умный город – это не далекое будущее, это то, что происходит уже сейчас. Большинство из нас уже живет в умных городах, даже не замечая этого. Какие ближайшие перспективы развития городской инфраструктуры ожидают нас? Каков лучший опыт мегаполисов и небольших городов мира, как в них улучшается качество жизни и уровень комфорта жителей благодаря использованию технологий на основе IoT и искусственного интеллекта? Эти вопросы волнуют социальное государство и бизнесс в первую очередь.

Индустрия  IoT. Цифровая экономика и её технологические составляющие можно охарактеризовать одним словом «Экосистема IoT». Фокус темы на создании ценности в новых условиях рынка и запросах потребителей технологических решений и сервисов для конечных пользователей. Новые бизнес-модели, сервисы, потребительские опыт и ценности, расчётные механизмы — вот главные вопросы темы «Экосистема IoT».

Информационно-коммуникационные технологии образуют питательную среду экосистемы Интернета вещей. Ее развитие требует существенной трансформации методик, внутренних бизнес-процессов, производственной и управленческой культуры.
К телекоммуникации и связи предъявляются новые  требования, которые ставят развитие умных устройств перед операторами связи и разработчиками технологических решений.

Переход к новым технологиям  во всех сферах жизни и производства в условиях Цифровой экономики многократно увеличивает риски, связанные с киберпространством. Интеллектуальные устройства и сервисы становятся привычной частью инфраструктуры, буквально входят в каждый дом. Это ставит под угрозу уже не только информационную, но и физическую безопасность.  Не говоря уже о катастрофических последствиях, которые может внести несанкционированное вторжение в условиях крупного производства, банковского сектора, торговых площадок и других сфер бизнеса.

Кибербезопасность - одно из важнейших направлений развития науки и общества. Это защита информации, противодействия новым видам киберугроз, безопасность устройств, создающих инфраструктуру Интернета вещей. 

Руслан Юнусов, генеральный директор Российского Квантового Центра

Доклад для школьников 10-11 классов Сколковской гимназии, сентябрь 2019 год.

За последние 200 лет произошло несколько промышленных революций и производительность труда одного человека выросла в 30 раз. Сейчас мы на пороге четвертой промышленной революции, которая характеризуется "интернет вещами" (Internet Of Things или IoT) и искусственным интеллектом (AI). По данным Accenture половина роста экономики развитых стран до 2035 году будет за счёт AI (AI - новый драйвер, так называемый Искусственный Интеллект).

Чего ждать? Роботизация и будущие технологии будут основаны на искусственном интеллекте. По данным Accenture половина роста экономики развитых стран до 2035 году будет за счёт AI (AI - новый драйвер, или, так называемый, Искусственный Интеллект). Роботы будут не только работать на конвейерах, но и займут сферу сервиса. С каждым годом все больше профессий становятся невостребованными из-за совершенствования AI (ИИ). ИИ, роботы требуют производительности, вычислительных мощностей. В 1965 году Гордон Мур сформулировал закон, гласящий, что количество транзисторов размещаемых на кристалле интегральной схемы, пропорциональное производительности компьютеров, удваивается каждые 24 месяца. 
Давид Хаус из Intel дал прогноз, что производительность процессоров должна удваиваться каждые 18 месяцев из-за сочетания роста количества транзисторов и увеличения тактовых частот процессоров. Т.е. за 15 лет мощности увеличились в 1000 раз, за 30 лет в 1 млн. раз. За 45 лет в 1 млрд. раз. Это очень быстый рост.

Этот закон хорошо работал до 2010 года. Сейчас он перестал работать. Потому что этот рост был обусловлен тем, что транзисторы, из которых состоит компьютер, становились все меньше и меньше, и на одном чипе их помещалось всё больше и больше. Но с другой стороны есть предел уменьшения транзисторов: самая маленькая частица, которая имеет свойства данного вещества - атом. Современное развитие шло к уменьшению транзистора, но он должен быть построен хотя бы на нескольких атомах, т.е. согласно закону Мура в ближайшее время размер транзисторов был бы соизмерим с атомом. Если бы закон Мура работал... Сейчас развитие этих технологий начало замедлятся, но предел скоро будет достигнут. Что тогда? Рост вычислительных мощностей, рост экономики остановится?

За последние 100 лет вычислительные технологии меняли друг друга. Сначала были счёты, потом электромеханический компьютер, в 40-х годах 20 века появились реле, в 50-х годах появилась вакуумная лампа, в 60-х годах транзисторы, в 80-х годах интегральные схемы. Это даёт основание предполагать, что когда рост в текущей элементной базе себя исчерпает, появится новая технология, совсем не та, которую мы сейчас используем. Одно из таких решений может быть в области квантовых технологий - создание квантового компьютера. И это решение переведет нас в следующий этап развития. Сейчас мы на пороге второй квантовой революции.

Квантовой физике чуть больше 100 лет. В середине 20 века появились ее первые плоды: транзистор, лазер (1960г), флеш-память, интегральная схема (1961г), твердотельный лазер, CD (1980г). Вся наша цифровизация - это плоды первой квантовой революции (устройства работающие на коллективных квантовых явлениях). Устройства, порожденные второй квантовой революцией, основаны на индивидуальных квантовых системах, графен (2010г), измерение отдельных квантовых систем, голубой диод LaserLight (2014г), топологические фазы квантовой материи (2016г), квантовый ГСЧ. Вторая квантовая революция - это возможность управлять единичными частицами (одним фотоном, одним атомом).

С самого начала истории, которую мы знаем, ещё в Античность (в Древнем Египте, Греции) люди считали, что свет это частицы, которые излучаются из глаза либо попадают в глаз (Эпикур, Аристотель, Евклид).

В 17 веке Гюйгенс убедительно доказывал, что свет это не частица, а волна, имеющая свойства интерференции. Т.е. волны могут складываться или гасить друг друга. Частицы не могут встретиться и исчезнуть.

Ньютон был великим физиком, но по поводу фотонов заблуждался, отнеся их к частицам разных цветов (Оптика, 1702г). И около ста лет наука трактовала, что фотон - это частица.

В 1822 году Юнг, Френель провели серию экспериментов, в которых было точно показано, что фотон - это волна. Потому что он обладает свойствами волны: интерференция, дифракция, поляризация.

Максвелл в 1865 году уточнил, что свет - это электромагнитная волна. Важным следствием решения уравнения Максвелла является то, что свет - это плоская волна, распространяется в вакууме.

И в 1900 году Майкельсон заявил, что "Теоретическая физика завершена, почти все природные явления объяснены".

В это время молодой физик Планк, занялся необъяснимым теоретической физикой вопросом: излучение абсолютно черного тела. Загвоздка была в том, что когда считали классическими методами, через спектр излучения, сколько энергии тело будет излучать, то получалось, что, например, лампочка должна излучать бесконечное количество энергии. Но реальный мир демонстрирует. что это не так. И это противоречие классическая физика решить не могла. Планк предложил считать, что свет излучается отдельными порциями - квантами. И когда он ввел это понимание, то уравнения решились, эксперимент совпал с его теорией. При этом стоит отметить, что Планк не верил, что свет работает как частица. Он, как теоретик, сделал некоторое допущение.

Эйнштейн, известный как создатель Общей теории относительности, Специальной теории относительности, Нобелевскую премию получил за фотоэффект (в 1922 г.). Эйнштейн в 1905 году экспериментально доказал, что свет - это частицы: "свет состоит из квантов, элементарных зёрен энергии E= hv и импульса p=hv/c". Понятие "фотон" появилось только в 1926 году. Эйнштейн доказал, что волновая теория - не полная, а частичная.

Т.е. в тот момент было точно экспериментально доказано, что свет это и волна, и частица, это привело к созданию корпускулярно - волновому дуализму.

В 1909 году Эйнштейн заявил, что свет - это и волны, способные смешиваться, и совокупность частиц с определенной энергией и импульсом.

Де Бройль в 1923 году доказал, что частицы, такие как электрон, ведут себя подобно волне (дифракция, интерференция).

Эксперимент, доказывающий что свет это волна, был проведен Юнгом в 1803 году. На экран с двумя щелями направляют свет. Проходя через щели сигналы взаимодействуют (интерферируют, где-то усиливают друг друга, либо ослабляют), получается интерференционная картина.

Эйнштейн в 1905 году доказал фотоэффект - если свет падает определенным образом на полупроводниковый материал, то он выбивает отдельно каждый электрон и этот ступенчатый фототок можно измерить. Т.е. было доказано, что выбиваются порции, и эти порции фактически имеют одинаковый размер. Это и есть корпускулярно - волновомой дуализм.

Тогда решили взять частицу - электрон, и повторили опыт Юнга. Но вместо света, в две щели стали поштучно пускать электроны. И получили снова интерференционную картину (квантовая суперпозиция). Т.е. электрон показал волновые свойства. Это не укладывалось в понятия классической физики.

Но, если в систему вводили "наблюдателя", который фиксировал через какую щель пролетал электрон, то электрон переставал себя вести как волна, инерференционной картины не наблюдалось (редукция Фон Неймана). В квантовой физике "наблюдатель" воздействует на развитие системы, чего нет в классической физике. В квантовой физике вам нельзя смотреть на систему.

В квантовой физике выделяют несколько законов. Квантовые компьютеры строятся на законах суперпозиции и запутанности, и их следствиях: хрупкость и некопируемость.

Закон суперпозиции продемонстрировал Шредингер в эксперименте "Кот Шредингера". Если взять закрытый от внешнего мира ящик с кошкой, поместить туда радиоактивный атом, который может распасться или нет в определенный момент в отношении 50 на 50. Если он распался, то стоит детектор, подаёт сигнал на молоток, молоток разбивает ампулу с ядом и кошка умирает. Если атом не распался, то кошка остаётся жива. Пока мы не открыли ящик, кошка находится в состоянии суперпозиции - одновременно жива и мертва. В мире классической физики такого быть не может.

Второй важный закон для построения квантового компьютера - квантовая запутанность. Явление, при котором квантовые состояния двух или большего числа объектов оказываются взаимозависимыми. Измерение параметров одной частицы приводит к мгновенному (выше скорости света) прекращению запутанного состояния другой. Это находится в логическом противоречии с принципом локальности.
Т.е. если взять две частицы, например, белую и красную, и квантовым образом их запутать, и разнести (одна на Земле, а другая на Марсе), то между ними есть связь - квантовая запутанности,  которая по мнению учёных имеет информационную природу. Если по договоренности в 12.00 измерить частицу на Земле, в момент измерения ее неопределенность становится определенной, например, красной, то в этот момент частица на Марсе будет мгновенно знать какой результат она должна показать, т.е. что она белая. Замерили, что эта связь распространяется многократно быстрее скорости света. Но с помощью такого эксперимента нельзя передавать информацию быстрее скорости света. Поэтому сейчас в физике считается, что скорость света - это максимальная скорость передачи информации, а не максимальная скорость любых явлений.

Стык "сенсоры" (GPS с атомными часами, здоровье: новые материалы созданные с помощью квантовых симуляторов, носимые девайсы с квантовыми сенсорами, новые мед- био- сенсоры) + "вычисление и хранение" (искусственный разум, большие данные: квантовый ГСЧ, новая элементная база для компьютеров). Пересечение областей: роботы.

Стык "вычисление и хранение" + "коммуникации" (защита данных, квантовая криптография, квантовые компьютеры). Пересечение областей: интернет вещей.

Стык "сенсоры" + " коммуникации". Пересечение областей: сохранение энергии.

Квантовые компьютеры - это экспоненциальный рост вычислительной мощности.

Как построить квантовый компьютер? Для этого надо взять какую-то квантовую частицу. Например, атом, либо другую квантовую систему минимум с двумя уровнями энергии, которые мы можем различить, например, базовый (невозбужденный) "0" и возбуждённый "1". Атом может возбуждаться, излучать или поглощать энергию.

Квантовый бит (кубит) может быть в суперпозиции |0⟩ + |1⟩ (кот Шредингера жив и мертв одновременно; возбуждённое и невозбужденное состояние). Т.е. наше вычислительное пространство стало в два раза больше, мы получили в два раза больше состояний. Если мы возьмём два атома, каждый из которых имеет два состояния, т.е. два кубита, и квантово запутаем, то получим четыре состояния (|0⟩ + |1⟩)^2= |00⟩ + |01⟩ +|10⟩ +|11⟩.

Если мы возьмём 50 кубитов, то получим (|0⟩ + |1⟩)^50, это максимальный вычислительный предел, который могут смоделировать современные суперкомпьютеры (два в пятидесятой степени состояний). 50 кубитов могут заменить 100 млрд. транзисторов.

(|0⟩ + |1⟩)^300 - состояний больше, чем атомов во Вселенной.

Т.е. вычислительная мощность квантового компьютера возрастает экспоненциально с увеличением количества частиц (кубитов).

А если у вас будет миллиард кубитов? Это будет невероятная мощь.

Полезные системы вычисляющие полезные задачи, по мнению экспертов, появятся в ближайшие пять лет.

В качестве кубитов можно использовать фотоны, атомы, ионы, либо построить специальные электрические цепи на основе сверхпроводимости, когда ток крутится по цепочке и не угасает (это явление невозможно объяснить классической физикой). В таких электрических цепях ток должен течь туда и обратно одновременно и не угасать. Т.е. такая система имеет два состояние и на ней можно построить квантовый компьютер.

Последние пять лет инвестиции в разработку универсального квантового компьютера от мировых корпораций составили: google - $100M, intel - $50M, IBM - $100M, Microsoft- $100M, Alibaba- $150M.

У IBM есть прототип квантового процессора с системой из 50-ти кубитов со своим языком программирования.

У Intel есть прототип квантовых вычислений с возможностью масштабирования, состоящий из системы 50-ти сверхпроводящих кубитов с улучшенной архитектурой, большей надёжностью, улучшенной термостабильностью, меньше радиочастотных помех между кубитами.

Сейчас нельзя точно сказать на какой технологии, каких материалах будет построен квантовый компьютер.

Компания Google в 2018 году разработала самый мощный на данный момент  универсальный квантовый компьютер с цепочкой из 72х кубитов. Разработчик Джон Мартинис.

Михаил Лукин, основатель Российского Квантового Центра, лидер в мире по разработке компьютера на холодных атомах. Он разработал 51-о кубитный квантовый симулятор на холодных атомах. Отдельные атомы охлаждаются, чтобы не сильно колебались, их ловят в оптическую решетку, т.е. с помощью лазера фиксируете в пространстве каждый атом (51 атом). Т.е. получается, что с помощью света управляют веществом.

Крис Монро построил 53х кубитный квантовый симулятор на ионах в ловушках. Работать с ионами проще, т.к. они имеют заряд и их можно в пространстве зафиксировать электрическим полем. Затем с помощью лазера ими управляют, программируют и получают результаты.

Microsoft разработал симулятор  "Language-Integrated Quantum Operations: или LIQUi|⟩ (или LIQUi|>), построенный на базе 3 - 5 фатонов, - программная архитектура и инструменты для квантовых вычислений.
Нам обещают, что в течение 10 лет будет создан квантовый компьютер, на который можно будет написать программу и посчитать что-то интересное.

Не во всех задачах квантовый компьютер может победить классический компьютер. Находясь во всех возможных состояниях, квантовый компьютер будет быстро решать задачу со множеством параллельных вычислений, когда надо обработать миллиард вариантов, при этом результат каждой обработки не зависит от результата предыдущей. Если же у вас задача с одной веткой, т.е. последовательно сделать шаг, получить результат, и на основании этого сделать второй шаг, третий, то здесь квантовый компьютер не поможет. Квантовый компьютер следует рассматривать как инструмент для решения нового класса задач (следующая ступень после видеокарт - обработка 3d видео).

Какие основные задачи будет решать будущий квантовый компьютер?

1. Оптимизация поиска пути (алгоритм Гровера).

2. Моделирование природы (квантовый симулятор).

3. Факторизация на простые числа (алгоритм Шора).

Теперь рассмотрим каждый пункт подробнее.

Оптимизация

Квантовое машинное обучение (Quantum Machine Learning или ML) - это новое активно развивающееся направление. Квантовые нейронные сети - способ поиска и анализа закономерностей в больших объемах данных с использованием методов квантовой физики. Направления:

- Создание квантовых нейронных сетей для ускорения решения задач оптимизации, обработки больших массивов данных, кластеризации и классификации.

- Использование машинного обучения и нейронных сетей для исследования сложных (многочастичных) квантовых систем.

Квантовый компьютер открывает новые возможности для искусственного интеллекта:

- Квантовые системы могут быть использованы для обучения нейронных сетей. Т.е. задача первого шага - более эффективное обучение классических нейронных сетей. Это то, что ожидают от квантовых компьютеров вначале.

- Обработка данных, машинное обучение, решение задач оптимизации.

- Квантовые нейронные сети и модели мозга.

На следующих этапах просто построить квантовую нейронную сеть. Есть мнение, что только тогда будет построен настоящий искусственный интеллект. Потому что работа квантового компьютера схожа с работой человеческого мозга: у человека нет линейной обработки информации, одновременно поступает много сигналов, которые ассоциативно работают между собой.

Моделирование природы

Квантовый компьютер позволяет моделировать химические и биологические системы:

- Расчет электронной и энергетической структуры сложных квантовых систем, порогов реакций, кинетических и термодинамических свойств.

- Более эффективные способы производства различных востребованных химических компонентов.

- Моделирование новых материалов с необычными свойствами.

Квантовая химия поможет описать природу и найти, создать необходимые под задачу материалы, вещества, со свойствами, которые не запрещены природой, но наука не может их найти классическими методами. Например, проблема сверхпроводимости. Чтобы в современных известных науке материалах получить сверхпроводимость, надо охладить материал до абсолютного нуля.  Поэтому передавать по проводам энергию без потерь в обычных условиях невозможно, хотя физика нам не запрещает иметь сверхпроводимость при комнатной температуре. Мы просто не знаем материал, с такими свойствами.
Либо получение азота из воздуха. В природе есть растения, которые умеют это делать. Наука тратит на этот процесс 1/3 часть всей генерируемой энергии. Т.е. науке нужен катализатор, который сделает этот процесс эффективным.

С точки зрения эффекта на экономику, квантовая химия может стать самой эффективной.

Факторизация на простые числа (кибербезопасность)

В тоже время квантовый компьютер несёт угрозу информационной безопасности. Современная асимметричная криптография базируется на сложности решения определенного класса математических задач, например, факторизация (разложение числа на простые множители). На данный момент неизвестен эффективный алгоритм решения такой задачи, поэтому злоумышленнику требуется много времени для взлома криптографического ключа. В 1995 году Питер Шор предложил алгоритм для задач факторизации и дискретного логарифмирования за полиноминальное время для квантового компьютера. Число 15 было разложено на множители 3 и 5 при помощи квантового компьютера с 7 кубитами. Суперкомпьютеры решают эту задачу методом перебора и работая с числом, состоящим из 1000 бит, быстро "захлёбывается" в вычислениях.

Т.е. с помощью алгоритма Шора можно взломать все алгоритмы шифрования, которые сейчас используются. Под риск попадает не только экономика (наши деньги), но и наше здоровье. Уже было показано, что можно взломать кардиостимулятор, или получить персональные данные о вашей генетике и тем самым на вас повлиять.

Поэтому квантовый компьютер называют "цифровой бомбой 21 века". Но это может произойти не раньше чем через 15 лет.

Volkswagen и Google объединились в работе над квантовыми вычислениями для автомобилей. Они намерены задействовать квантовые компьютеры для решения следующих задач:
- Исследование структуры новых материалов, например, в аккумуляторных батареях для автомобилей.
- Развитие искусственного интеллекта для беспилотных машин.
- Разработка систем управления автомобильным трафиком на городских улицах.

Основная проблема электромобилей - аккумулятор: высокая стоимость, большая масса. Физика не запрещает увеличить ёмкость  аккумулятора в 10 раз на килограмм массы. Тогда между "зарядками" можно было бы проезжать 4-5 тыс. км.

«...Инженеры концерна Volkswagen с 4 по 8 ноября 2019 года в Лиссабоне (Португалия) провели эксперимент по оптимизации дорожного движения в реальных условиях, используя новый тип систем навигации для транспорта, работающий с помощью квантовых вычислений. По словам разработчиков системы, первые результаты тестирования показали, что квантовый компьютер смог справится с таким большим объемом задач за доли секунд. При этом высокопроизводительному кластеру на основе стандартных серверных решений потребовалось бы для проведения таких расчетов до десяти минут и более».

Задача оптимизации легко формулируется, но для современных компьютеров это невероятно сложная задача.

Настало время, когда индустрия определяет задачи для сообщества. Airbus в начале 2019 года запустил программу по привлечению специалистов из области квантовых технологий для решения следующих задач:
- оптимизация расхода топлива при взлете.
- вычислительная гидрогазодинамика.
- квантовые нейронные сети для решения уравнений в частных производствах 
- оптимизация формы крыла самолёта.
- оптимизация багажной загрузки самолёта. Это очень простая в формулировке задача (есть объем, который необходимо максимально эффективно заполнить имеющимися объемчиками), но решается невероятно сложно. Ее скорость и сложность возрастает экспоненциально.

Ещё одна простая в формулировке задача: построение оптимального маршрута. Решается очень сложно. Квантовый компьютер одновременно, параллельно просчитывает все варианты и выдает наилучший.

Вопрос: - Как "запутываются" кванты?

- Рассмотрим классическую физику. Взяли два шара красный и белый. Поместили в непроницаемую коробку. В темноте переложили один шар в другую коробку. Разнесли коробки на расстояние. Мы не знаем в какой коробке какой шар. В 12.00 мы договорились, что откроем на Земле коробку с шаром. Открыли - увидели, что там красный шар. В этот момент мы знаем, что на Марсе будет белый.

Теперь представим тоже самое, но в квантовом мире. Есть состояние "суперпозиции", т.е. каждый шар может быть одновременно и красным и белым, и "запутанность", т.е. мы изначально создаём между двумя шарами некую связь (информационной природы). В этой системе из двух шаров не может быть два красных или два белых, только красный и белый. Шары разнесены в коробках, и пока мы их не посмотрели, то каждый шар находится в "суперпозиции", т.е. в красно-белом состоянии. В 12.00 мы открываем коробку на Земле. В этот момент наблюдения, шар приобретает какой-то цвет, т.е. неопределенность схлопнулись - шар красный. В этот момент мы знаем, что на Марсе шар стал ,белым. Фишка в том, что пока мы шары не посмотрели, каждый шар красно-белый. В этом разница с классическим экспериментом. Эйнштейн долго не мог этого принять и говорил: "Бог не играет в кости". А его оппонент Бор отвечал: " Да, кто ты такой, чтобы указывать Богу что делать".

Очень важно понять, что шары до момента взгляда наблюдателя были в состоянии красно-белом. Только в момент фиксации, что на Земле шар красный, шар на Марсе становится белым.

Мы определяем первую частицу, и каким-то образом вторая частица понимает, что у нее теперь нет неопределенности и становится по отношению к первой частице противоположной. В момент измерения первой частицы, вторая становится определенной. Принцип локальности, на котором полность построена классическая физика, запрещает такие вещи.

Наблюдение - это фотон вылетел из глаза, ударился об стул, и вернулся в глаз, т.е. наблюдение это взаимодействие с системой. Максимальная скорость взаимодействия - это скорость света.

Вопрос: - Как приготовить одиночный фотон к квантовой запутанности и нелокальности?

- Существуют нелинейные кристаллы, в которых поведение света необычное. Можно запустить синий фотон (синий - это энергия фотона, и синий более энергетический, чем красный. И в одном синем может быть энергии как в двух красных) в этот кристалл, и с низкой вероятностью произойдет взаимодействие такое, что этот синий фотон условно распадётся (он не содержит два фотона) на два красных. Порожденные два красных фотона могут находиться в противофазе: один вверх, другой вниз, по закону сохранения энергии и импульса. Если у вас система из 50 кубитов, то между всеми кубитами необходимо создать связи. При этом можно запутать два атома, ион и фотон, что угодно с чем угодно.

Запутанность - это скорее информационная связь. Это не физическая связь (притягиваются, отталкиваются).

Темп развития науки невероятно ускоряется. И есть мнение, что в 2035 году должна наступить сингулярность, это когда скорость изменения становится настолько большой, что всё схлопывается. Т.е. всё начинает развиваться бесконечно быстро.

Вопрос: - В чем причина небольшого количества кубитов сейчас?

- Вопрос не в том, что мы не можем напечатать сейчас на плате 500 или миллион кубитов. Можем. Но проблема в ошибках. Сейчас точность операций, где кубиты реализованы на ионах, 99.9%.
Если вы сейчас управляете двух кубитной системой, то точность аычислений сокращается до 99%. Это уже мало. Чтобы точность операций была приемлемой, сейчас можно использовать систему не более чем из 50 частиц. Дальше количество ошибок быстро нарастает, и такая система уже ничего не посчитает. Чтобы построить систему из миллиона частиц, надо научиться делать каждый кубит очень качественным, с гораздо большей точностью, тогда можно масштабировать.

Сейчас проблема масштабирования компьютеров - в качестве кубитов. Поэтому сейчас пока непонятно на каких частицах (элементной базе) будут построены квантовые компьютеры.

Вопрос: - Можно ли использовать как средство передачи информации?

- Мы фактически пользуемся азбукой Морзе. Аналоговые устройства они не цифровые, а всё цифровое это азбука Морзе - ноль и один. Проблема заключается в том, что если бы мы научились быстрее скорости света передавать информацию, то отсюда было бы прямое следствие, по классической физике, что мы можем построить машину времени. Т.е. построить машину времени и обогнать скорость света - это одинаковые задачки, из одной другое следует. Но, к сожалению, несмотря на то, что между запутанными частицами есть некая "потусторонняя связь", передавать информацию с мгновенной скоростью мы не можем. Почему? Представим эти два шара на Земле и Марсе. Если я на Земле измерил красный, то там белый. Если бы я умел делать из неопределенности красный или белый, когда я захочу, то тогда мы можем с кем-то договориться, что если ты открываешь через секунду после меня и видишь белый, то взрывешь ядерную бомбу, если красный, то не взрывешь. Но, к сожалению, когда я измеряю эту неопределенность, я не могу повлиять, она же фундаментально случайная. Я не могу заставить шар быть красным или подсмотреть момент, когда он чуть-чуть красный. Я на Земле в 12.00 знаю, что шар у тебя белый. Но ты то ещё на Марсе не знаешь. И чтобы ты узнал, я отправляю тебе сигнал по радио: у меня красный. Сигнал приходит со скоростью света. Если ты сам измерил в 12.00 что шар белый, то позже мы обмениваемся нашими измерениями, и видим, что у них действительно связь есть, но воспользоваться этой штукой быстрее скорости света не можем. Поэтому мы живём без машины времени. А машина времени нарушает причинно-следственные связи. А на причинно-следственные связях построена вся наша наука и мышление. И нельзя сказать, что мы никогда не построим машину времени. Потому что физика - это модель. Раньше считали, что свет был волной, потом частицей, а теперь и волна и частица одновременно. Но с чего мы решили, что это так?

Предположим, что мы живём не в реальном мире, а как программа на сервере в матрице. Но если ты напишешь программу и опустишься ниже, то сможешь проходить через стены, поворачивать время назад. Тогда мы можем туда спуститься, быстренько достучаться до Марса, не через этот канал, а через другой, и ничего нам не мешает. А кто нам сказал, что мы не живём в компьютере? В этом смысле вся наука - это некие способы описания мира, в котором мы живём. И до тех пор пока это работает, нас это устраивает. Задача "черного тела" была одной из задач, которая не вписывалась в классическую физику. А потом оказалось, что эта задача всё перевернула. Началось просто с абстракции - Планк решил ввести "кванты", чтобы решить задачку. Из этого последовало много вещей: поменялся математический аппарат. И оказалось что эксперименты соответствуют тому, что ты посчитал. Но из этот мат.аппарата не написано как мир устроен. Написано, что если вот так посчитаешь, и получится вот так. И люди долго мучились с интерпретацией. Кто-то придумал мультиверс, например, что в одной вселенной фотон отразился, а в другой пролетел. И вот мир уже поделился на два.

Вопрос: - Расскажите про multiverse, мультивселенные.

- Да, сегодня я не буду рассказывать про интерпретации multiverse. То что миров бесконечно много, и в каждый бесконечно малый промежуток времени рождается бесконечно много новых вселенных. Поэтому их рождается бесконечно много в квадрате.

Вопрос: - Как взломать квантовое шифрование, которое нельзя взломать?

- Идеальная модель компьютера работает очень хорошо. Но когда вы начинаете ее воплощать в железе, то появляются ошибки. И его можно взломать. Не потому, что его плохо придумали, а потому что не получается реализовать абстракцию в материальном мире. Также железо по защите данных можно взломать не потому, что плохой алгоритм, а потому что какой-то детектор, в этом железе по измерению одиночных фотонов, вдруг неожиданно (а надо всего лишь дать по нему хорошую вспышку, хе-хе) ослепнет и будет выдавать, что ничего не видит, хотя в этот момент на него будет приходить много фотонов.
Так на самом деле взламывают системы. Находят несовершенство в реализации, при условии, что алгоритм идеальный, т.е. мтематики доказали абсолютную защиту системы. Но пока любая система находится в материальном мире, с ней можно что-то сделать. В любом современном компьютере на аппаратном уровне уже закодированы механизмы проверки и исправления ошибок. Какое-то количество транзисторов работает на то, чтобы исправить ошибки других транзисторов. На этом можно много чего построить и взломать.

Вопрос: - Расскажите про ГСЧ.

- Существует интересная ситуация с генератором случайных чисел. Если я попрошу написать кого-то любую последовательность из 1000 чисел, то эта последовательность для пишущего будет не случайной. Это доказано. Доказано, что то, что мы думаем рондомно, не является им. Если что-то делается неслучайно, то задача взлома системы сильно упрощается. Поэтому очень важно получить по-настоящему случайные числа для таких процессов как, например, симуляция ядерных взрывов и т.д. И если будет какая-то закономерность в последовательности, то результат будет недостоверным. Пока с этой задачей максимально эффективно способен справиться только квантовый генератор случайных чисел (фотон пролетел = 1, отразился = 0). Т.е. если ты используешь фундаментальную неопределенность, то можешь получить фундаментально случайные числа.

На самом деле сейчас кризис, т.е. мы живём в мире, который не можем понять, как он устроен. Мы можем описать математически "суперпозицию", но не можем понять как это устроено. Т.е. есть проблема с правильностью интерпретации. Нам дан интеллект, что мы можем понимать вещи большие, чем можем получить информации от органов чувств. Этим мы отличаемся от животных.

Возможно у Бога суперинтеллект, который на столько же отличается от нашего, как наш интеллект отличается от животных, и он может больше понимать. Но мы там никогда не будем.