Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[pkl]

олку от этих многоразовых ракет и квантовых компьютеров, это технологии с очень узкой областью применения,

Куда шире чем все тоьою перечисленное...отустствие образование  не дает понять зачем нужен квантовый симулятор...

Ну давай, блесни образованием.

Открою Вам секрет: в современной России русские, живущие на Белом море и на Дону, а тем более, на Дальнем Востоке - очень большая разница.

открою вам секрет  вы сильно ошибаетесь... различия ментального порядка на протяжении жизни одного человека стираются полностью при смене хозяйственного оборота, и диалектовые особенности тоже

Стираются, да не стёрлись.

[AlexAV]

квантовых компьютеров, это технологии с очень узкой областью применения, мало где востребованные.

Вот что касается квантового компьютера - не соглашусь. Полноценный квантовый компьютер - это реальная (а не только по сути декларативная, как сейчас) возможность описывать вещество чисто на кончике пера, имея только формулу. Не хочу сказать, что современные методы квантовой химии вообще ничего не умеют, это не правда, но во многих случаях (аспекты свойства вещества, определяемого ван-дер-ваальсовым взаимодействием, адсорбция, гетерогенный катализ и т.д.) с их помощью можно предсказать что-то максимум на качественном уровне, и то если повезёт) их возможностей катастрофически недостаточны.

Нет, формально с помощью того же полного КВ можно описать всё что угодно и с любой наперёд заданной точностью, вот только классического компьютера, который такой алгоритм мог бы выполнить для сколько-нибудь сложной системы - не существует и никогда не будет существовать (там число необходимых операций масштабируемый функцией растущей быстрее экспоненты количества учитываемых спин-орбиталей). Квантовый же компьютер может решить задачу квантовой химии с той же точностью, что и точность даваемая полным КВ,  используя число операций, которое масштабируемый лишь N⁴log₂(N), где N - число учитываемых спин-орбиталей (либо используя аналогичным образом масштабируемое количество кубитов в случае адиабатического), что уже оставляет возможности для строгого описания достаточно сложных систем.

А возможность предсказывать свойства вещества на кончике пера, по формуле (для достаточно сложных систем) - это и потенциальный прорыв в материаловедение, и новые способы разделения и очистки вещества (новые селективные мембраны и ионообменные смолы), и прорыв в медицина (возможность моделировать взаимодействие лекарственного объекта с молекулой мишени), и биология (возможность предсказывать ферментативную активность молекулы белка на кончике пера, на сколько я понимаю, тут это вообще - Святой Грааль, который даёт совершенно революционные возможности).

Во всех остальных областях и аспектах применения квантовый компьютер ничего особенного не даёт (вообще тот кто думает, что квантовый компьютер - это такой же классический процессор, только очень мощный - просто не разбирается в вопросе, количество задач для которых квантовые вычисления могут дать хоть какой-то выигрыш - очень мало (алгоритм Шора, алгоритм Симона, некоторые оптимизационные задачи, общая задача квантовой механики и т.д.), а для всего остального он не нужен). Какой-то очевидной практической задачи, которая бы окупала такие сложности с организацией квантовых вычислений, за пределами квантовой химии у него по сути нет (криптография - ерунда, при появление квантового компьютера просто перейдут к способам шифрования устойчивых к взлому с помощью квантовых алгоритмов (они существуют), что полностью их обесценит здесь, для решения некоторых оптимизационных задач может быть полезен, но не так, чтобы это давало что-то принципиально новое, а больше вообще не понятно, где это всё нужно). Но возможности, которые он даёт в квантовой химии - окупают всё.

С квантовым компьютером есть только одна проблема, такая же как и с работающим термоядерным реактором - его просто нет (под нет я подразумеваю - нет масштабируемой архитектуры, потенциально позволяющей решать произвольную задачу из множества BQP, а только такая может открыть те перспективы, на которые указывалось выше). 

[николай теллалов]

Во всех остальных областях и аспектах применения квантовый компьютер ничего особенного не даёт

виртуальные испытания устройств и аппаратов?
моделирование процессов?

(конечно, я тоже скептичен насчет кв.компа, так что перебирать то, чего не получим, ибо инструмент вряд ли создадут, не имеет особого смысла)

[AlexAV]

виртуальные испытания устройств и аппаратов?

Для задач классической механики, гидродинамики, классической электродинамики и классической кинетики (решения уравнения Больцмана и Власова, тот же PIC) - квантовый компьютер практически бесполезен. Для этих задач квантовые алгоритмы сколько-нибудь более эффективные, чем классические, неизвестны. А моделирование устройств и аппаратов - это обычно механика+сопромат+гидродинамика. Тут от квантового компьютере никакой существенной пользы не будет.

моделирование процессов?

Смотря каких. Моделировать взаимодействие молекулы лекарства с молекулой мишени - вполне (скорее, конечно, не на прямую, а в связке с классической молекулярной динамикой (на обычном классическом компьюторе), квантовый компьютер вычисляет потенциал, классический - моделирует движение частиц в нём). Моделировать обтекание крыла потоком воздуха - нет.

В моделирование физических процессов не так много задач, для которых квантовый компьютер может что-то дать (это почти полностью или задачи квантовой химии (расчёт ППЭ, вероятностей квантовых переходов между несколькими ППЭ и т.д.) или задач физики твёрдого тела (предсказание сверхпроводимости в сложных случаях вроде ВТСП, некоторые процессы в магнитных материалах, взаимодействие квазичастиц, расчёт фазовых диаграмм и зонной структуры кристаллических материалов и т.д.)). Эти задачи очень важны и их решение может позволить получать огромные практические результаты, но подавляющая часть уравнений и задач нужных для описания макроскопических систем (это прежде всего всегда гидродинамика) квантовым компьютером решаться не будет. Он просто для них малопригоден.

[николай теллалов]

Для задач классической механики, гидродинамики, классической электродинамики и классической кинетики (решения уравнения Больцмана, тот же PIC) - квантовый компьютер практически бесполезен.

Смотря каких. Моделировать взаимодействие молекулы лекарства с молекулой мишени - вполне (скорее, конечно, не на прямую, а в связке с классической молекулярной динамикой (на обычном классическом компьюторе), квантовый компьютер вычисляет потенциал, классический - моделирует движение частиц в нём). Моделировать обтекание крыла потоком воздуха - нет.

спасибо за пояснения!
+
(снова обойма пуста... почему не дать больше плюсовать народу?!)

[Rattus]

Для задач классической механики, гидродинамики, классической электродинамики и классической кинетики (решения уравнения Больцмана и Власова, тот же PIC) - квантовый компьютер практически бесполезен.

И каких-нибудь приближений Навье-Стокса тоже туда же - никак?

[AlexAV]

И каких-нибудь приближений Навье-Стокса тоже туда же - никак?

На сколько я знаю - эффективные квантовые алгоритмы (т.е. такие, которые были бы более эффективны, чем известные классические) для поиска его решений (точных или приближённых) сейчас неизвестны.

[pkl]

Нет лунной базы значит застой?

Значит застой.

Термояд до сих пор не сделали бездельники, значит завтра коллапс?

Я не называл физиков-термоядерщиков бездельниками, наоборот, они делают всё возможное на те копейки, которые им выделяются.

Сопоставление расходов на УТС с расходами на ветер и солнце однозначно свидетельствует, что завтра не коллапс,  а маразм.

А если мастер велоспорта пришел на гонках вторым а не первым вы скажете что он не умеет ездить на велосипеде?

Нет, я скажу, что он проиграл соревнования.

Тут многие считают например смартофоны безделушкой. Мол какой же это прогресс - игрушка и все.

Вот только когда эти смартофоны начали производить миллионами штук - внезапно такая штука как акселерометр - перестала стоить тысячи долларов за экземпляр - а стала стоить копейки. И внезапно эти акселерометры оказалось возможным встраивать в другие игрушки - квадрокоптеры которые автоматически держит равновесие.
И тут внезапно у этой игрушки нашлись тысячи применений - от фотосьемок - до автоматической доставки товаров.

А тут еще и экраны для телефонов подешевели. И внезапно кто-то взял два телефона и сваял из них виртуальный шлем - который стал стоить не десятки и сотни тысяч долларов - а всего лишь под тысячу.
И теперь вдруг эти шлемы оказывается могут пригодиться не только для игрушек, но и врачам, и учителям и для тренировок они неплохо подходят.

Прогресс такая штука - никогда не знаешь где та или иная вещь пригодится.

Вот и получается, что основные ресурсы общество тратит на игрушки. А в критической ситуации выясняется, что у него нет ни сети станций для предупреждения цунами /цунами 2004 г./, ни надёжной энергетики /Фукусима/, ни достаточного количества медицинского оборудования /коронавирус 2020/. Без виртуального шлема врачи Вам помогут, если что. А без аппаратуры ИВЛ в очень многих случаях - нет.

[Foma]

У каждой цивилизации есть некий любимый способ решения всех проблем (в нашем случае - это научно-технический прогресс). Однако каждая из них в определённый момент начинает сталкиваться с проблемой падающего возврата. Т.е. на каждой следующей итерации те же самые затраты и усилия начинают приносить всё меньшую полезную отдачу. В определённый момент достигается грань, где этот любимый способ перестаёт приносить хоть какой-то полезный результат и больше не позволяет адекватно отвечать на те или иные вызовы. И за этой точкой следует крах.

Нет, не совсем так.
Развитие системных кризисов хорошо описано у Кожаринова (см например здесь). Чтобы совершить скачок вперед, надо
1) разрушить все старые связи - общественные, торговые, технологические
2) создать новые. если все получилось - слава богу. если нет, то можно попробовать еще пару раз, но время ограничено. Если решение не найдено за 60-90 лет, следует долговременный откат, поскольку общество неустойчиво и больше не может себя воспроизводить.
Примеры успеха - реформы Петра I (~30 лет), индустриализация  европейских стран, в частности Россия/СССР (~30 лет).
Примеры неуспеха - упадок Римской империи (~90 лет) или цивилизации майя (~100 лет).
Мы сейчас находимся в середине этого процесса, минимум 30 лет потрачено на поиск нового пути и пока безуспешно. Активно развивается 1ая фаза с разрывом всех связей, потом будет еще много всего, но видимо лет через 30 вектор станет ясен окончательно и многие из здесь присутствующих смогут наблюдать результат воочию, каким бы он ни был.
Это что касается ситуации в целом. Что до технического прогресса, то он в этой истории важен в той степени, в какой его захотят задействовать для решения проблем. Раньше главнейшим двигателем развития технологий были войны, сейчас нет. В остальных сферах все определяется скорее насущной необходимостью. Современные смартфоны перестали развиваться не от безыдейности инженеров, а оттого, что задача выполнена - они обеспечивают потребление информации и полное слежение за пользователем, а большего пока и не требуется.
Я не думаю, что прогресс остановился, он просто стал другим. Все, что предсказывалось футурологами, оно появится в том или ином виде. Просто процесс этот станет сильно нелинейным. Сделали открытие, но сделать устройство не удалось. Прошли годы, накопились изменения во всем, от технологий до социальной среды, создали прототип, потом серия - но уже на фоне совсем других вещей, а экономические следствия опять запаздывают, вместо резкой революции - постепенное реформирование и узкая ниша на рынке. Такова типичная история последних лет, см те же 3d принтеры или google glass. 

[mbrane]

И что с того? Мы с бандерами тоже индоевропейцы. Пойди, побратайся с ними.

не боле 30 лет назад мы с ними братались и ничего...А Большая часть верхушки бандеростана  - были "идейными" комсомольцами, а Фарион и Кучма вообзе коммунистами были...

дал им в зубы несколько раз, да так, что отбил всякое желание туда соваться. Да и германцы с каледонцами не захотели быть римскими рабами.

ага а купить воинов в германии для того что бы завоевать персию (или подкупить прсидские города) - денег уже не было... Рудники в испании начали иссякать и серебро тоже

Ну давай, блесни образованием.

устройства для растеов химических связей - это влияет на все - от прочности сталей для космических кораблей, до симуляции взаизрбействия S-протеина корона вируса c протеином ACE2 - на поверхности клетки

Стираются, да не стёрлись.

слухай я жил в макеевке... в начале-середине 50-х на строительство ЯКХЗ привезли пару десятков представителей молодежи из щападной украины (поселок в котром они жили в народе называли бандерстрой)...на самые простые работы - каменщики, маляры, разнорабочие...да так они и остались - кто то на шахту шел, кто-то на завод металлургически  устроился, кто-то щофером... дык вот я лично знал тех кто еще родились на бандещине - ни одного и не двух... разговваривали они на чисто русском языке, у некоторых только проскаивали словечки... Многие посещали не чаще раз в 5 лет свои прдные места...Дети - мои друзья по улице -вообще ничем не отличались от сверстников... Мой прадед приехал заработать денег на лошадь... заработал ... купил лошадь...год пожил ... а потм плюнул и га земля на Орловщине и на лршадь... уехал навсегда, и ассимилировался с еще миллионом таких же ... И точно также ассимилировались потомки совсем не местных - французов, белтгийцев, немцев , поляков - которые приезжали на открываюшмеся заводы - да там и оставались - оставляя своим потмкам толко чудноватые фамилии Боссе, Нмидт, Буроз, Ламбордо

[mbrane]

И каких-нибудь приближений Навье-Стокса тоже туда же - никак?

На сколько я знаю - эффективные квантовые алгоритмы (т.е. такие, которые были бы более эффективны, чем известные классические) для поиска его решений (точных или приближённых) сейчас неизвестны.

Навье-сокса - наверное нет ... а вот линеаризованных вполне (правда отдельно потом нужно трахаться доказывать устойчивость)... и с кдассической электродинамикой тоже


Алгоритмы решения систем линейных уравнений есть https://ru.qwe.wiki/wiki/Quantum_algorithm_for_linear_systems_of_equations

[pkl]

А возможность предсказывать свойства вещества на кончике пера, по формуле (для достаточно сложных систем) - это и потенциальный прорыв в материаловедение, и новые способы разделения и очистки вещества (новые селективные мембраны и ионообменные смолы), и прорыв в медицина (возможность моделировать взаимодействие лекарственного объекта с молекулой мишени), и биология (возможность предсказывать ферментативную активность молекулы белка на кончике пера, на сколько я понимаю, тут это вообще - Святой Грааль, который даёт совершенно революционные возможности).

Возьму на себя смелость перечислить:
1. Материаловедение.
2. Медицина
3. Молекулярная биология, что очень близко к п. 2.
Не так уж и много в сравнении с классическими компьютерами, которые применяются буквально везде.

[mbrane]

А в критической ситуации выясняется, что у него нет ни сети станций для предупреждения цунами /цунами 2004 г./, ни надёжной энергетики /Фукусима/, ни достаточного количества медицинского оборудования /коронавирус 2020/.

А ты пифия .. знаешь какие грядут критические ситуации... а шо же ты молчал  3 месяца назал об эпидемии... А строить страховые технологические сооружения которые будут испольоваться раз в 100 дет - ну оченбь акладно... От всего застраховаться не возможно

[pkl]

Как там с излечением от рака, СПИДа?

По второму пункту достаточно неплохо на самом деле: имеющиеся теперь методы терапии позволяют больным дотянуть практически до естественной средней продолжительности жизни в данной популяции и есть определённые подвижки даже в создании вакцины.

Писал уже: увы, но большинству людей в мире такое лечение просто не по карману.

А по первому стало окончательно ясно, что излечение от него равноценно излечению от старости. "Рак" - это точно также не болезнь, как и старость - это множество самых разных нозологий, число форм каковых не меньше числа типов делящихся клеток в организме человека. И в отношении некоторых из этих форм (притом весьма активных и опасных - как то меланомы) был достигнут также существенный прогресс.

Мы и тут упёрлись в законы природы, на этот раз биологические?

[mbrane]

Не так уж и много в сравнении с классическими компьютерами, которые применяются буквально везде.

Я же говорю - это у тебя от низкого образовательного уровня.... Хотя бы один классический комп может посчитать спектр ярозита  - дабы потом смоделировать термодинамику осаждения его на поверхностях автоклавов? Если даже (непонятно откуда) добавить им порядок производительности...Это не самое сложное вещество в гидрометллургии..

[petrovich1964]

Чтобы совершить скачок вперед, надо
1) разрушить все старые связи - общественные, торговые, технологические

Не согласен.

[mbrane]

Писал уже: увы, но большинству людей в мире такое лечение просто не по карману.

И шо... а век назад обогрев - был не покарману большинству...А простуды приводили к дестской смертности в десяток процентов....Потом развили технологии добычи, оптимизировадли расходы при преобразовании и вуаля...

[AlexAV]

Алгоритмы решения систем линейных уравнений есть https://ru.qwe.wiki/wiki/Quantum_algorithm_for_linear_systems_of_equations

Да, но с этим алгоритмом есть пару нюансов.

Первый заключается в том, что за \( O(log(N)k^2)  \) операций мы получаем не решение уравнения, а вектор состояния \( |\vec{x} \rangle \), кодирующий решение. А его нужно ещё измерить. Причём измерение над ним можно сделать только одно. В результате в том случае, если нам нужны все компоненты  вектора  \( \vec{x} \) квантовое вычисление придётся повторить \( O(N) \) раз, что съедает весь выигрыш по сравнению с классическими алгоритмами. Выиграть тут мы можем лишь в том случае, если для решения задачи нам значение вектора \( \vec{x} \) не нужно, а нужны лишь значения набора квадратичных форм  \( \langle \vec{x}|\hat{M}_i|\vec{x} \rangle \), i = 1..K, K<<N. В этом случае квантовое вычисление нужно будет повторять лишь \( O(K) \) раз и какая-то польза будет.

Второй - проблема компиляции. Для реализации алгоритма нужно для исходной матрицы A вычислить матричную экспоненту exp(iAt), а далее осуществить декомпозицию этой матричной экспоненты к произведению матриц, где каждая матрица соответствует матрице оператора эволюции элементарного квантового вентиля. Для матрицы A общего вида эта задача является в вычислительном плане более сложной, чем задача решения уравнения Ax=b.  Т.е. формулировка задачи в форме нужной для её исполнения на квантовом компьютере (что делается на классическом компьютере) будет задачей более сложной в плане затрат машинного времени, чем решение самой задачи на том же классическом компьютере, который должен выполнять эту компиляцию. В результате смысл использовать квантовый алгоритм вообще пропадает. Задача компиляции может быть эффективно решена только если матрица A является разреженной. Т.е. максимальное количество ненулевых элементов в её строках s<<N.

Т.е. этот алгоритм может быть полезен только при выполнение двух условий.

- Нам не нужно решение линейного уравнения (т.е. оно для нас остаётся неизвестно), а нужно лишь значение нескольких квадратичных форм от этого решения (число интересующих нас значений должно быть много меньше размерности вектора решения уравнения).

- Матрица, описывающая линейное уравнение - является очень разреженной.

Если хотя бы одно из этих условий не выполняется от этого квантового алгоритма решения линейных уравнений не будет никакой пользы. А это область его возможного применения сильно сокращает. Задачи, где он может быть полезен - есть, но не думаю, что в эти ограничения можно уложить всю электродинамику.

[AlexAV]

Возьму на себя смелость перечислить:
1. Материаловедение.
2. Медицина
3. Молекулярная биология, что очень близко к п. 2.

Где-то так. Однако, согласитесь, что все пункты в этом списке весьма важны в практическом плане.

[mbrane]

- Нам не нужно решение линейного уравнения (т.е. оно для нас остаётся неизвестно), а нужно лишь значение нескольких квадратичных форм от этого решения (число интересующих нас значений должно быть много меньше размерности вектора решения уравнения).

часто и густо... причем не обязательно даже квадратичный функционал...

- Матрица, описывающая линейное уравнение - является очень разреженной.

любой метод конечных элементов дает такую матрицу