Quantum processor: maelezo, kanuni za uendeshaji

kompyuta Quantum, angalau katika nadharia, kutaja miongo kadhaa. aina ya kisasa ya mashine ya kwamba matumizi ya mechanics zisizo classical ya kushughulikia uwezekano kiasi untold ya data, wamekuwa mafanikio makubwa. Kwa mujibu wa watengenezaji, utekelezaji wake ulikuwa labda teknolojia ya kisasa zaidi kuwahi kuundwa. wasindikaji Quantum kazi katika ngazi ya jambo, bila ambao binadamu inajulikana miaka 100 tu iliyopita. uwezo wa hesabu vile ni kubwa. Kwa kutumia ajabu quantum mali itaongeza kasi ya hesabu, kazi nyingi ambayo kwa sasa classical kompyuta hawana uwezo wa kutatuliwa. Na si tu katika uwanja wa kemia na vifaa vya sayansi. Wall Street pia kuonyesha riba.

Kuwekeza katika siku za

CME Group imewekeza Vancouver kampuni 1QB Information Technologies Inc, yanaendelea programu kwa Quantum aina wasindikaji. Kwa mujibu wa wawekezaji, mahesabu haya ni uwezekano wa kuwa na athari kubwa katika sekta ya, ambayo kazi na kiasi kikubwa cha data nyeti kwa mara. Mfano wa wateja kama hiyo ni taasisi za fedha. Goldman Sachs imewekeza katika D-Wave Systems, na kampuni za ndani ya Q-Tel unafadhiliwa na CIA. kwanza tillverkar mashine kwamba kufanya kile kinachoitwa "quantum annealing", yaani. E. Anaamua ngazi ya chini optimization tatizo kwa kutumia processor quantum. Intel pia kushiriki katika kuwekeza katika teknolojia hii, ingawa inazingatia utekelezaji wa biashara ya baadaye.

Kwa kufanya hivyo?

Sababu ya kompyuta quantum ni ya kusisimua, lipo katika mchanganyiko wao kamili na kujifunza mashine. Hivi sasa, ni matumizi kuu ya hesabu hizo. Sehemu hii ni matokeo ya wazo ya kompyuta quantum - kwa kutumia kifaa halisi ya kutafuta ufumbuzi. Wakati mwingine dhana kuelezwa kwa mfano wa mchezo Ndege hasira. Kuiga mwingiliano wa mvuto na colliding vitu CPU kibao inatumia equations hisabati. Quantum Wasindikaji kuweka njia hii juu ya kichwa yake. Wao "kutupa" ndege chache, na kuangalia nini kinatokea. Wakati mikrochipu imeandikwa kazi: ni ndege, wao kutupa nini mojawapo trajectory? Kisha checked ufumbuzi yote inawezekana, au angalau macho kubwa sana wao, na jibu ni kutolewa. Katika quantum kompyuta matatizo ni kutatuliwa si mtaalamu wa hisabati, sheria za kazi fizikia badala yake.

Jinsi gani kazi?

msingi matofali ya ujenzi wa dunia yetu - quantum-mitambo. Ukiangalia molekuli, sababu ya ambayo wao ni sumu na kubaki imara - mwingiliano wa orbitals elektroni. Mahesabu yote quantum-mitambo yanapatikana katika kila mmoja wao. idadi yao kukua exponentially kuongeza idadi ya elektroni simulated. Kwa mfano, 50 elektroni kuwepo katika chaguzi mbili 50-shahada. Hii phenomenally mengi, hivyo haiwezi mahesabu leo. habari Connection nadharia ya fizikia unaweza kumweka njia ya kutatua matatizo hayo. 50 kubitovnomu kompyuta inaweza kufanya hivyo.

Mwanzo wa enzi mpya

Kwa mujibu wa Landon Downs, rais na mwanzilishi wa 1QBit, quantum processor - inawezekana kutumia nguvu usindikaji wa dunia subatomic, ni muhimu ili kupata vifaa mpya au kuundwa kwa dawa mpya. Kuna mabadiliko kutoka dhana ya ugunduzi kwa enzi mpya ya design. Kwa mfano, kompyuta quantum unaweza kutumika kulinganisha vichocheo ambayo inaruhusu ili kutoa kaboni na oksidi kutoka kwenye anga, na hivyo kusaidia kukomesha ongezeko la joto duniani.

Mstari wa mbele katika maendeleo

jamii ya watengenezaji wa teknolojia hii ni msisimko sana na shughuli shughuli nyingi. Timu duniani kote katika kuanzisha biashara, mashirika, vyuo vikuu na maabara serikali ni kujenga mbio gari, ambayo kutumia mbinu mbalimbali za kutumia quantum usindikaji wa habari. Imeundwa qubit superconducting qubits na chips kwenye ioni alitekwa, ambao ulihusisha watafiti kutoka Chuo Kikuu cha Maryland na Taasisi ya Taifa ya Viwango na Teknolojia. Microsoft yanaendelea topological mbinu inayoitwa Station Q, madhumuni ya ambayo ni ya kuomba anion zisizo Abelian ambao kuwepo haijawahi conclusively kuthibitika.

Mwaka kinachowezekana mafanikio

Na hii ni mwanzo tu. Mwisho wa Mei 2017 idadi ya wasindikaji quantum-aina ni ya kipekee ya kufanya kitu kwa kasi au bora zaidi kuliko kompyuta classical, ni sifuri. Tukio hili kuweka "quantum ubora", lakini hadi sasa bado kilichotokea. Wakati kuna uwezekano kwamba hii inaweza kutokea mapema mwaka huu. wenyeji wengi alisema kuwa Google ni favorite ya wazi ya kundi, wakiongozwa na Profesa wa Fizikia, Chuo Kikuu cha California Santa Barbara, John Martin. Madhumuni yake - ili kufikia kompyuta bora kwa msaada wa 49-qubit processor. Na mwisho wa Mei 2017 timu mafanikio majaribio 22 qubit Chip kama hatua ya kati kuelekea kuvunjwa kwa kompyuta zenye classical.

Jinsi yote ilianza?

wazo la kutumia quantum mechanics kwa usindikaji habari kwa miongo. Moja ya matukio muhimu lilitokea mwaka 1981, wakati IBM na MIT pamoja iliyoandaliwa mkutano juu fizikia za kuhesabu. Mwanafizikia maarufu Richard Feynman mapendekezo ya kujenga kompyuta quantum. Kulingana na yeye, kwa masimulizi lazima kuchukua faida ya njia ya quantum mechanics. Na ni changamoto kubwa, kwa sababu haina kuangalia rahisi. Katika quantum processor kanuni za uendeshaji ni kutokana na idadi ya mali ya ajabu ya atomi - superimposed na mtatizo. chembe inaweza kuwa katika nchi mbili kwa wakati mmoja. Hata hivyo, wakati kupima itakuwa moja tu ya kwao. Na ni vigumu kutabiri ambayo, isipokuwa kutoka katika mtazamo wa nadharia ya uwezekano. Athari hii ni msingi wa majaribio ya fikra wakamuomba achukue ya paka, ambayo ni katika sanduku wakati huo huo wafu na hai kwa muda mrefu waangalizi si sneak peep. Hakuna kazi katika maisha ya kila siku kwa njia hii. Hata hivyo, watu milioni 1 ya majaribio uliofanywa tangu mwanzo wa karne ya ishirini, kuonyesha kwamba utungaji ipo. Na hatua ya pili ni kuhesabia jinsi ya kutumia dhana hii.

Quantum processor: maelezo ya kazi

Classic bits kuwa thamani 0 au 1, inawezekana ya kuzidisha idadi, kuchora picha na kadhalika. N. qubit pia inaweza 0 kama miss line kwa njia ya "milango mantiki" (d. NA, AU, NOT, nk), 1 au zote mbili. Kama, kusema, 2 qubit msikubali, inawafanya kikamilifu uhusiano. aina quantum processor unaweza kutumia milango mantiki. T. N. Hadamard lango, kwa mfano, unaweka qubit katika superimposed hali ya kamilifu. Kama superimposed na mtatizo pamoja na quantum milango cleverly nafasi, ambayo kuanza kufunua uwezo wa hesabu ndogo ya atomiki. 2 kuruhusu utafiti wa qubit 4 linasema: 00, 01, 10 na 11. kanuni ya uendeshaji wa quantum processor kama kwamba utekelezaji wa shughuli mantiki inayowezesha kufanya kazi na nafasi zote kwa mara moja. Na idadi ya majimbo ya inapatikana ni 2 kwa nguvu ya idadi ya qubits. Hivyo, kama wewe kufanya 50-qubit zima quantum kompyuta, ni kinadharia iwezekanavyo kuchunguza kila 1,125 quadrillion mchanganyiko pamoja.

Kudity

Quantum processor katika Urusi kuona tofauti kidogo. Wanasayansi kutoka MIPT na Kirusi kituo cha quantum kuundwa "kudity" anayewakilisha kadhaa "virtual" qubits na mbalimbali ngazi "nguvu".

amplitude

aina quantum processor ina faida ya kuwa quantum mechanics ni msingi amplitudes. Uwezekano amplitudes ni sawa, lakini pia kuwa na hasi, na idadi tata. Kwa hiyo, kama unataka kuhesabu uwezekano wa tukio, unaweza kuongeza kila aina ya amplitude ya chaguzi zao za maendeleo. wazo la kompyuta quantum ni kujaribu kuanzisha kuingiliwa muundo kwamba baadhi ya njia ya majibu sahihi na amplitude chanya, na baadhi - hasi, hivyo wangeweza kufuta kila mmoja. njia inayoongoza kwa jibu sahihi bila kuwa amplitudes ambayo ni katika awamu ya na kila mmoja. hila ni kwamba unahitaji kupanga kila kitu, bila kujua mapema nini jibu ni sahihi. Hivyo kielelezo quantum mataifa pamoja na uwezo wa kuingilia kati amplitudes mazuri na mabaya ni faida ya aina hii ya hesabu.

algorithm Shor ya

Kuna kazi nyingi kwamba kompyuta haiwezi kusuluhisha. Kama vile encryption. Tatizo ni kwamba si rahisi kupata mambo mkuu wa idadi 200 tarakimu. Hata kama mbali inaendesha na programu bora, unaweza kuwa na kusubiri kwa muda wa miaka kupata jibu. Kwa hiyo, hatua nyingine katika kompyuta quantum imekuwa algorithm kuchapishwa mwaka 1994 na Peter Shore, sasa profesa wa hisabati katika MIT. Njia yake ni kupata mambo ya idadi kubwa kwa kutumia kompyuta quantum, ambayo haikuwepo bado. Kwa kweli, algorithm hufanya kazi, ambazo zinaonyesha eneo na jibu sahihi. Mwaka uliofuata, Shore aligundua njia ya quantum kusahihisha makosa. Kisha, wengi waligundua kwamba ni - njia mbadala ya hesabu, ambayo katika baadhi ya kesi inaweza kuwa na nguvu zaidi. Kisha kufuatiwa mawimbi ya riba kutoka Fizikia kujenga qubits na milango mantiki kati yao. Na sasa, miongo miwili baadaye, ubinadamu ni kwenye verge ya kujenga full-fledged quantum kompyuta.