Pemproses Kuantum: keterangan, prinsip operasi

pengkomputeran kuantum, sekurang-kurangnya dalam teori, untuk menyebut beberapa dekad. jenis moden mesin yang menggunakan mekanik bukan klasik untuk mengendalikan berpotensi jumlah terperi data, telah menjadi satu kejayaan besar. Menurut pemaju, pelaksanaannya mungkin merupakan teknologi yang paling canggih yang pernah dicipta. pemproses Quantum beroperasi pada tahap perkara, di mana manusia telah dikenali hanya 100 tahun yang lalu. Potensi pengiraan itu adalah besar. Menggunakan sifat-sifat kuantum pelik akan mempercepatkan pengiraan, jadi banyak tugas-tugas yang kini adalah komputer klasik tidak mampu untuk diselesaikan. Dan bukan sahaja dalam bidang sains kimia dan bahan-bahan. Wall Street juga menunjukkan minat.

Melabur untuk masa depan

CME Group telah melabur syarikat Vancouver 1QB Information Technologies Inc., membangunkan perisian untuk pemproses jenis Kuantum. Menurut kepada pelabur, pengiraan ini mungkin mempunyai impak yang besar dalam industri, yang bekerja dengan jumlah yang besar data sensitif ke semasa. Contoh pelanggan tersebut adalah institusi kewangan. Goldman Sachs dilaburkan dalam D-Wave Systems, dan syarikat itu dalam Q-Tel dibiayai oleh CIA. Pertama mengeluarkan mesin yang membuat apa yang dipanggil "annealing kuantum", iaitu. E. Memutuskan masalah pengoptimuman peringkat rendah menggunakan pemproses kuantum. Intel juga terlibat dalam melabur dalam teknologi ini, walaupun ia menganggap pelaksanaan perniagaan masa depan.

Mengapa melakukannya?

Alasan bahawa pengkomputeran kuantum begitu menarik, terletak pada kombinasi yang sempurna mereka dengan pembelajaran mesin. Pada masa ini, ia adalah aplikasi utama untuk pengiraan tersebut. Sebahagiannya ini adalah akibat daripada idea tentang komputer kuantum - menggunakan peranti fizikal untuk mencari penyelesaian. Kadang-kadang konsep dijelaskan oleh contoh permainan Burung Marah. Untuk mensimulasikan interaksi graviti dan objek berlanggar CPU tablet menggunakan persamaan matematik. Quantum Processors meletakkan pendekatan ini di kepala. Mereka "membuang" beberapa ekor burung, dan menonton apa yang berlaku. Pada mikrocip ditulis tugasan: ia burung, mereka membuang apa trajektori yang optimum? Kemudian memeriksa semua penyelesaian yang mungkin, atau sekurang-kurangnya kombinasi yang sangat besar daripada mereka, dan jawapan yang diberikan. Dalam kuantum komputer masalah diselesaikan tidak seorang ahli matematik, undang-undang kerja fizik sebaliknya.

Bagaimana ia berfungsi?

Blok binaan asas dunia kita - kuantum mekanikal. Jika anda melihat molekul, sebab itu yang mana mereka terbentuk dan kekal stabil - interaksi orbital elektron. Semua pengiraan kuantum mekanikal terkandung dalam setiap daripada mereka. Bilangan mereka tumbuh dengan pesat meningkatkan bilangan elektron simulasi. Sebagai contoh, 50 elektron wujud dalam dua pilihan 50 darjah. phenomenally ini nombor yang besar, jadi ia tidak boleh mengira hari ini. Sambungan maklumat teori fizik boleh menunjukkan jalan untuk menyelesaikan masalah tersebut. 50 komputer kubitovnomu boleh melakukannya.

Permulaan era baru

Menurut Landon Downs, presiden dan pengasas bersama 1QBit, pemproses kuantum - ia adalah mungkin untuk menggunakan kuasa pemprosesan dunia subatom, adalah penting untuk mendapatkan bahan-bahan baru atau penciptaan ubat-ubatan baru. Terdapat anjakan daripada paradigma penemuan untuk era baru reka bentuk. Sebagai contoh, pengkomputeran kuantum boleh digunakan untuk model pemangkin yang membolehkan untuk mengeluarkan karbon dan nitrogen dari atmosfera, dan dengan itu membantu menghentikan pemanasan global.

Di barisan hadapan dalam kemajuan

komuniti pembangun teknologi ini adalah sangat teruja dan aktiviti sibuk. Pasukan di seluruh dunia pada permulaan, swasta, universiti dan makmal kerajaan sedang membina sebuah kereta perlumbaan, yang menggunakan pendekatan yang berbeza untuk pemprosesan maklumat kuantum. Dicipta qubit qubits superkonduktor dan cip pada ion yang ditangkap, yang melibatkan penyelidik dari University of Maryland dan Institut Piawaian dan Teknologi. Microsoft membangunkan pendekatan topologi dipanggil Stesen Q, tujuan yang adalah untuk memohon bukan Abelian anion yang kewujudannya tidak terbukti secara meyakinkan.

Tahun kejayaan berkemungkinan

Dan ini adalah hanya permulaan. Pada akhir Mei 2017 bilangan pemproses kuantum-jenis unik melakukan sesuatu yang lebih cepat atau lebih baik daripada komputer klasik, adalah sifar. Acara ini akan menetapkan "keunggulan kuantum", tetapi setakat ini ia masih belum berlaku. Walaupun ia mungkin bahawa ini boleh berlaku seawal tahun ini. Kebanyakan orang dalam berkata bahawa Google adalah kegemaran yang jelas kumpulan itu, yang diketuai oleh Profesor Fizik, University of California di Santa Barbara, John Martin. Tujuannya - untuk mencapai pengkomputeran yang unggul dengan bantuan pemproses 49-qubit. Pada akhir Mei 2017 pasukan berjaya menguji cip 22-qubit sebagai satu lagi sumber pembiayaan terhadap pembongkaran komputer super klasik.

Bagaimana ia semua bermula?

Idea untuk menggunakan mekanik kuantum untuk pemprosesan maklumat untuk beberapa dekad. Salah satu peristiwa penting berlaku pada tahun 1981, apabila IBM dan MIT telah menganjurkan satu persidangan mengenai fizik pengiraan. Ahli fizik terkenal Richard Feynman dicadangkan untuk membina sebuah komputer kuantum. Menurut beliau, untuk simulasi harus mengambil kesempatan daripada cara-cara mekanik kuantum. Dan ia adalah satu cabaran yang besar, kerana ia tidak kelihatan begitu mudah. Dalam pemproses kuantum prinsip operasi adalah berdasarkan kepada beberapa ciri-ciri pelik atom - tindihan dan tersangkut. zarah boleh berada di kedua-dua negeri pada masa yang sama. Walau bagaimanapun, apabila mengukur ia akan menjadi salah satu daripada mereka. Dan ia adalah mustahil untuk meramalkan di mana, kecuali dari perspektif teori kebarangkalian. Kesan ini adalah asas kepada satu eksperimen fikiran kucing Schrödinger, yang ada dalam kotak secara serentak mati dan hidup selama pemerhati bukan untuk menyelinap mengintip. Tiada kerja-kerja dalam kehidupan sehari-hari dengan cara ini. Walau bagaimanapun, kira-kira 1 juta daripada eksperimen yang dijalankan sejak awal abad kedua puluh, menunjukkan bahawa komposisi tidak wujud. Dan langkah seterusnya adalah mencari tahu bagaimana untuk menggunakan konsep ini.

pemproses Kuantum: huraian kerja

bit klasik mungkin mempunyai nilai 0 atau 1, ia adalah mungkin untuk membiak nombor, melukis gambar dan sebagainya. N. qubit juga boleh 0 jika mereka terlepas garis melalui "get logik" (d. AND, OR, NOT, dll), 1 atau kedua-duanya. Jika, katakan, 2 qubit terikat, ia membuatkan mereka dengan sempurna berhubung kait. menaip pemproses kuantum boleh menggunakan get logik. T. N. Hadamard pintu, sebagai contoh, meletakkan qubit dalam keadaan tindihan hebat. Jika tindihan dan tersangkut digabungkan dengan pintu kuantum pada kedudukan yang bijak, yang mula terungkap potensi pengiraan sub-atom. 2 membolehkan kajian qubit 4 negeri: 00, 01, 10 dan 11. Operasi prinsip pemproses kuantum itu bahawa pelaksanaan operasi logik membolehkan untuk bekerja dengan semua jawatan sekaligus. Dan bilangan negeri-negeri yang ada adalah 2 kepada kuasa jumlah qubits. Jadi, jika anda membuat 50 qubit komputer kuantum universal, ia adalah secara teori mungkin untuk memeriksa semua 1,125 quadrillion gabungan serentak.

Kudity

pemproses Quantum di Rusia melihat sedikit berbeza. Saintis dari MIPT dan pusat kuantum Russia dicipta "kudity" mewakili beberapa qubits "maya" dengan pelbagai peringkat "tenaga".

amplitud

menaip pemproses kuantum mempunyai kelebihan bahawa mekanik kuantum adalah berdasarkan kepada amplitud. amplitud kebarangkalian adalah sama, tetapi mereka juga boleh menjadi negatif, dan nombor kompleks. Jadi, jika anda mahu untuk mengira kebarangkalian acara, anda boleh menambah semua jenis amplitud pilihan pembangunan mereka. Idea pengkomputeran kuantum adalah untuk cuba untuk setup corak gangguan supaya beberapa cara untuk jawapan yang salah mempunyai amplitud yang positif, dan beberapa - negatif, jadi mereka akan membatalkan satu sama lain. A jalan yang membawa kepada jawapan yang betul akan mempunyai amplitud yang berada dalam fasa satu sama lain. Silap mata tersebut bahawa anda perlukan untuk mengatur segala-galanya, tanpa mengetahui terlebih dahulu apa jawapan adalah betul. kuantum supaya eksponen dalam kombinasi dengan potensi gangguan antara amplitud positif dan negatif adalah satu kelebihan jenis ini pengiraan.

algoritma Shor ini

Terdapat banyak tugas-tugas yang komputer tidak dapat diselesaikan. Seperti penyulitan. Masalahnya ialah bahawa ia tidak begitu mudah untuk mencari faktor-faktor utama yang nombor 200 digit. Walaupun laptop sedang berjalan dengan perisian yang sangat baik, anda mungkin perlu menunggu selama bertahun-tahun untuk mencari jawapannya. Oleh itu, satu lagi peristiwa penting dalam pengkomputeran kuantum telah menjadi algoritma yang disiarkan pada tahun 1994 oleh Peter Shore, kini merupakan profesor matematik di MIT. Cara beliau adalah untuk mencari faktor-faktor sebilangan besar dengan menggunakan komputer kuantum, yang tidak wujud lagi. Malah, algoritma melakukan operasi, yang menunjukkan kawasan itu dengan jawapan yang betul. Pada tahun berikutnya, Shore menemui satu kaedah pembetulan ralat kuantum. Kemudian, ramai yang telah menyedari bahawa ia adalah - satu kaedah alternatif pengiraan, yang dalam beberapa kes boleh menjadi lebih kuat. Kemudian diikuti peningkatan minat daripada ahli fizik untuk mewujudkan qubits dan get logik di antara mereka. Dan kini, dua dekad kemudian, manusia adalah di ambang mewujudkan komputer kuantum sepenuhnya.