Опасности использования искусственного интеллекта в качестве оружия

Опасности использования искусственного интеллекта в качестве оружия

Что такое квантовые вычисления? Зачем нужны квантовые вычисления? Согласно закону Мура («Сложность микросхемы, измеряемая, например, количеством транзисторов на микросхему, удваивается каждые 18 месяцев и, следовательно, увеличивается вчетверо каждые 3 года»), плотность транзисторов на единицу площади вычислительной микросхемы удваивается каждый год. с половиной, что создает две основные проблемы для традиционных компьютеров. Во-первых, что касается вычислений, транзисторы высокой плотности столкнутся с проблемой энергопотребления и тепловых эффектов. Во-вторых, уменьшение размеров вызовет несостоятельность классической теории транзисторов и их характеристики будут отклоняться от исходной конструкции.

Обе эти проблемы ограничат дальнейшее сокращение размеров транзисторов, тем самым положив конец закону Мура. Однако, хотя традиционный компьютер развивается до окончания действия закона Мура, он все еще не в состоянии справиться со многими проблемами, которые необходимо решить. Допустим, мы вычисляем энергию основного состояния N связанных двухуровневых систем, так как количество неизвестных будет пропорционально 2 ^ N. Текущее время моделирования, необходимое для суперкомпьютера IBM, составляет 2,5 дня для конкретных вычислений на 53-кубитном квантовом компьютере Google, что занимает около 200 секунд. Кубит — это сокращение квантового бита, термин, введенный Бенджамином Шумахером для обозначения квантового бита, т. е. основной единицы квантовой информации.

Поскольку количество кубитов продолжает расти, обычные компьютеры скоро станут узким местом. Однако почти все обычные вычисления, связанные с квантовой механикой, сталкиваются с одними и теми же проблемами. Следовательно, многие исследователи начали думать о том, как использовать сами квантовые свойства в качестве вычислительных ресурсов еще в 1970 году, что затем было резюмировано Ричардом Фейнманом в 1982 году.

Итак, какие преимущества у кубитов перед традиционными вычислениями? Самое удивительное — это не что иное, как свойства квантовой суперпозиции и квантовой запутанности. Квантовая суперпозиция — это неклассическое состояние, которое контрастирует с эмпирической интуицией, а метафора — это кот Шредингера, который одновременно жив и мертв.

Однако состояние суперпозиции — это реальное состояние кубитов в микроскопическом или мезоскопическом масштабе (пространственные масштабы, точки обзора и т. п., занимающие промежуточное положение между макроскопическим и микроскопическим масштабами). Кубиты можно найти в суперпозиции двух характерных квантовых состояний, и это состояние суперпозиции является неклассическим состоянием, в котором бытие и небытие сосуществуют в квантовом мире. В этом состоянии кубит не равен ни 0, ни 1, но он находится не в состоянии, в котором обе стороны (0 и 1) неопределенны, а с равной вероятностью, как монета перед тем, как упасть на ладонь.

В то время как в видимой природе можно наблюдать явление, не воздействуя на него ощутимо одним лишь наблюдением (т.е. только глядя на указанное явление), — в атомной физике и квантовой механике связано конечное — и до известного момента — невидимое возмущение к каждому наблюдению. То принцип неопределенности есть признание абсолютной случайности и произвольности в явлениях природы. С другой стороны, как станет ясно позже, квантовая механика не предсказывает ни одного четко определенного результата для наблюдения или для любого наблюдателя.

Тот факт, что кубиты могут подвергаться квантовой эволюции в наборе состояний суперпозиции, который не равен ни 0, ни 1, подразумевает квантовый параллелизм в соответствующих вычислениях. Однако эволюции каждого кубита недостаточно для построения всех возможных эволюций многокубитной системы. Поэтому мы должны

также взаимодействуют с разными кубитами, так что их можно переплести, чтобы построить удовлетворительный алгоритм для такого вычисления. Эта особая суперпозиция и называется запутанным квантовым состоянием.

Возьмем в качестве примера два кубита, что является типичным запутанным состоянием. Между ними состояние, представляющее первый кубит, связано с состоянием второго кубита. Две связи находятся в квантовой суперпозиции, и поэтому мы не можем говорить о состоянии, в котором находятся два кубита в этот момент, поэтому мы говорим о запутанности.

Существует более практичный взгляд на запутанность в квантовых вычислениях, т.е. запутанные состояния обычно возникают из-за контроля одного кубита (управляющего кубита) над другим (целевым кубитом). Отношения между контрольным кубитом и целевым кубитом аналогичны вышеупомянутому коту Шрёдингера. Согласно этой точке зрения, если контролирующая часть находится в состоянии суперпозиции, контролируемая часть будет находиться в суперпозиции различных контролируемых ситуаций.

Этот процесс запутывания является важным элементом квантовых вычислений. Можно сказать, что суперпозиция и запутанность синергетически переплетаются в разнообразной параллельной эволюции квантовых вычислений. Каждое измерение может вычислить только одно из возможных состояний, и состояние суперпозиции больше не существует после первого измерения. Следовательно, чтобы получить необходимую нам статистическую информацию в состоянии суперпозиции, мы должны снова вычислить и измерить результаты.

Поэтому во многих квантовых алгоритмах (таких как алгоритм Шора для факторизации [which solves the problem of factor decomposition of integer numbers into primes] и цифровое квантовое моделирование), нам нужно использовать некоторые интерференционные механизмы после вычисления, чтобы информация той фазы, содержащая ответ в состоянии суперпозиции, была преобразована в сохранение (с неявной идеей предотвращения окончательного разлива или потери) из-за конструктивной интерференции (т. е. непосредственно следующего за изменением других произведенных данных), в то время как дальнейшие данные устраняются деструктивной интерференцией. Таким образом, ответ может быть получен с меньшим количеством измерений. Большинство квантовых алгоритмов сильно зависят от явления флуктуации и интерференции, поэтому относительная фаза очень важна для квантовых вычислений, которые называются квантовой когерентностью. При разработке аппаратного обеспечения квантовых компьютеров многие соображения связаны с тем, как защитить квантовое состояние, чтобы продлить время жизни когерентности.

Квантовые компьютеры имеют множество аппаратных реализаций, но конструктивные соображения схожи. Есть три общих соображения: работоспособность кубита, измеримость и защита квантовых состояний. В ответ на эти соображения была разработана система квантовой электродинамики резонатора (кКЭД). В качестве примера реализации квантовых компьютеров можно взять сверхпроводящую квантовую систему. Разница в частоте между резонаторной полостью и кубитом означает, что связь между резонаторной полостью и кубитом имеет тенденцию не к обмену квантами энергии, а только к созданию запутанности, что означает, что частота резонансной полости будет смещаться с состоянием кубит. Следовательно, состояние кубита можно вывести, измерив спектр проникновения или отражения микроволн вблизи резонансной частоты с помощью линии считывания битов.

Механизм запутывания между соседними кубитами обеспечивается связью относительно электрической емкости между конденсаторами крестового типа. Эффект связи контролируется разницей частот между соседними кубитами. Осциллирующее поведение отражает эффект квантовой интерференции, и его постепенное исчезновение приводит к распаду когерентности и квантовой энергии.

На когерентное время жизни кубитов влияют два фактора: внутренний и внешний. Внешнее влияние исходит главным образом от связи между кубитом и схемой считывания квантового состояния. Наличие фильтроподобного защитного механизма в микроволновом резонаторе между битом и линией считывания может обеспечить кубитоподобный защитный механизм, поскольку резонатор и кубит имеют разность частот около 718 МГц. Внутреннее влияние происходит в основном из-за потери самого кубита и чувствительности его частоты к различным типам шума, который обычно можно подавить с помощью улучшенных материалов и процессов и оптимизации геометрической структуры.

Квантовые вычисления имеют широкий спектр приложений, в настоящее время задействованных в области расшифровки и криптографии, квантовой химии, квантовой физики, задач оптимизации и искусственного интеллекта. Это охватывает почти все аспекты человеческого общества и окажет значительное влияние на человеческую жизнь после практики. Однако лучшие квантовые компьютеры пока не в состоянии выразить преимущества квантовых вычислений. Хотя количество кубитов в квантовом компьютере превысило 50, глубина схемы, необходимая для запуска алгоритма, далеко не достаточна. Основная причина в том, что частота ошибок кубитов в процессе вычислений все еще очень высока, даже несмотря на то, что мы можем использовать квантовую коррекцию кубитов и отказоустойчивые квантовые вычисления. В случае квантовых вычислений точность, которая постепенно улучшает данные, значительно увеличивает сложность производства оборудования и сложность алгоритма. В настоящее время реализация некоторых известных алгоритмов достигла лишь уровня концептуальной демонстрации, достаточного для демонстрации осуществимости квантовых вычислений, но до практического применения еще далеко.

Но мы должны оставаться оптимистами, потому что, хотя общие квантовые вычисления все еще нуждаются в улучшении с помощью квантового компьютерного оборудования, мы все еще можем найти новые алгоритмы и приложения. Более того, развитие аппаратного обеспечения также может сделать большие успехи, как и развитие традиционных компьютеров в начале. В соответствии с этой целью многие существующие технологические отрасли могут быть модернизированы в ближайшем будущем. Исследования идут быстро благодаря значительным государственным и частным инвестициям, и первые коммерческие приложения появятся в ближайшей перспективе.

Что касается вопросов обороны и разведки, многие правительства финансируют исследования в этой области. Китайская Народная Республика и Соединенные Штаты Америки приступили к реализации многолетних планов на миллиарды юаней и долларов. Европейский союз также учредил флагманскую программу Quantum с инвестициями в один миллиард евро.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.