Kvantno računalništvo, vsaj v teoriji, se govori že več desetletij. Sodobni tipi strojev, ki uporabljajo ne-klasične mehanike za obvladovanje potencialno velikih količin podatkov, so postali velik preboj. Po mnenju razvijalcev je bila njihova izvedba očitno najbolj izpopolnjena tehnologija, ki je bila kdaj koli ustvarjena. Kvantni procesorji delujejo na nivojih materije, ki se jih je človeštvo naučilo pred samo 100 leti. Potencial takšnih izračunov je ogromen. Uporaba kvantnih kvantnih lastnosti bo pospešila izračune, tako da bodo rešene številne naloge, ki trenutno niso izvedljive za klasične računalnike. In ne samo na področju kemije in znanosti o materialih. Wall Street je tudi zaskrbljen.

Vlaganje v prihodnost

Skupina CME je investirala v Vancouver, Inc. 1QB Information Technologies Inc., razvija programsko opremo za kvantne procesorje. Po mnenju vlagateljev bodo takšni izračuni najverjetneje imeli največji vpliv na panoge, ki delajo z velikimi časovno občutljivimi podatki. Primer takšnih potrošnikov so finančne institucije. Goldman Sachs je investiral v sisteme D-Wave, podjetje In-Q-Tel pa financira CIA. Prvi izdeluje stroje, ki delajo tako imenovano "kvantno žarjenje", tj. Rešuje probleme nizke ravni optimizacije s pomočjo kvantnega procesorja. Intel vlaga tudi v to tehnologijo, čeprav meni, da je njeno izvajanje stvar prihodnosti.

Zakaj je potrebna?

Razlog za to je kvantIzračuni so tako fascinantni, da so v popolni kombinaciji s strojnim učenjem. Trenutno je to glavna vloga za takšne izračune. To je deloma posledica same ideje kvantnega računalnika - uporabe fizične naprave za iskanje rešitev. Včasih je ta koncept pojasnjen z zgledom igre Angry Birds. Za simulacijo gravitacije in interakcije predmetov, ki so obrnjeni proti CPU, tableta uporablja matematične enačbe. Kvantni procesorji takšen pristop postavljajo od glave do pesti. "Vrgli" nekaj ptic in videli, kaj se dogaja. Mikročip zabeleži nalogo: te ptice, ki jih vržejo, kakšna je optimalna pot? Potem se preverijo vse možne rešitve ali vsaj zelo velika kombinacija le-teh in odgovor je podan. V kvantnem računalniku problem ne rešuje matematik, temveč fizikalni zakoni.

Kako deluje?

Glavni gradniki našega sveta so kvantno-mehanski. Če pogledate molekulo, potem je razlog, zaradi katerega se oblikujejo in ostajajo stabilna, interakcija njihovih elektronskih orbital. Vsi kvantno-mehanski izračuni so v vsakem od njih. Njihovo število eksponentno poveča število simuliranih elektronov. Na primer, za 50 elektronov je 2 v 50. stopnji možnih možnosti. To je fenomenalno velika količina, zato je danes nemogoče izračunati. Povezovanje teorije informacij s fiziko lahko nakazuje način reševanja takšnih problemov. Računalnik s 50 kbitom je sposoben za to.

Začetek nove dobe

Po LandonuDowns, predsednik in soustanovitelj kvantnega procesorja 1QBit, je zmožnost uporabe računalniških moči subatomskega sveta, ki je zelo pomemben za pridobivanje novih materialov ali ustvarjanje novih zdravil. Obstaja prehod iz paradigme odkritij v novo obdobje oblikovanja. Na primer, kvantno računalništvo se lahko uporablja za simulacijo katalizatorjev, ki omogočajo izločanje ogljika in dušika iz atmosfere in s tem pomagajo ustaviti globalno segrevanje.

Razvojna skupnost te tehnologije je izjemno vznemirjena in dejavna v naprednem napredku

. Ekipe po vsem svetu v startupih, korporacijah, univerzah in vladnih laboratorijih neizogibno gradijo avtomobile, ki uporabljajo različne pristope za obdelavo kvantnih informacij. Superprevodne čipke in kocke na zajetih ionih so ustvarili raziskovalci z Univerze v Marylandu in Nacionalnega inštituta za standarde in tehnologijo Združenih držav Amerike. Microsoft razvija topološki pristop, imenovan Q Station, katerega namen je uporaba ne-abelskega aniona, katerega obstoj še ni bil v celoti dokazan.

Leto verjetnega preboja

In to je samo začetek. Od konca maja 2017 je število procesorjev kvantnega tipa, ki zagotovo naredijo nekaj hitrejšega ali boljšega od klasičnega računalnika, nič. Takšen dogodek bo vzpostavil "kvantno prednost", vendar dokler se ne zgodi. Čeprav je verjetno, da se bo to zgodilo letos. Večina notranjih informacij pravi, da je to očitna najljubšaje skupina Google, ki jo vodi John Martin, profesor fizike na Univerzi v Kaliforniji v Santa Barbari. Njegov cilj je doseči računalniško prednost s 49-bitnim procesorjem. Do konca maja 2017 je ekipa uspešno preizkusila 22-kbitni čip kot vmesni korak za razstavljanje klasičnega superračunalnika.

Kje se je vse začelo?

Zamisli o uporabi kvantne mehanike za obdelavo informacij že desetletja. Eden od ključnih dogodkov se je zgodil leta 1981, ko sta IBM in MIT skupaj organizirala konferenco o računalniški fiziki. Slavni fizik Richard Feynman je predlagal izgradnjo kvantnega računalnika. Po njegovem mnenju je za modeliranje potrebno uporabiti sredstva kvantne mehanike. In to je velika naloga, saj ne izgleda tako preprosto. V kvantnem procesorju načelo delovanja temelji na več čudnih lastnostih atomov - superpozicija in zmedenost. Delec je lahko hkrati v dveh stanjih. Vendar pa se bo pri merjenju pojavil le v eni od njih. In je nemogoče predvideti, v kateri, razen s stališča teorije verjetnosti. Ta učinek je v središču miselnega eksperimenta s mačko Schrödingerjem, ki je v škatli živa in mrtva ob istem času, dokler opazovalec ne pogleda tam. Nič v vsakdanjem življenju ne deluje tako. Kljub temu pa približno milijon poskusov, izvedenih od začetka dvajsetega stoletja, kaže, da superpozicija res obstaja. In naslednji korak je ugotoviti, kako uporabiti ta koncept.

Kvantni procesor: opis delovnega mesta

Klasični biti lahko imajo vrednosti 0 ali 1. Če jih preskočite preko niza "logični ventili" (AND, OR, NO, itd.), Lahko pomnožite številke, risate slike itd. Če, recimo, 2 quitita povzročata zmedo, potem je to povsem povezano. Procesor kvantnega tipa lahko uporablja logične ventile. T.n. Hadamardov ventil, na primer, postavi qubit v stanje popolne superpozicije. Če sta superpozicija in zmedenost smiselno povezani s kvantnimi ventili, se potencial subatomskih izračunov začne razvijati. 2 qubits vam omogočajo, da razišče 4 stanj: 000110 in 11. Načelo kvantnega procesorja je takšno, da izvedba logičnega delovanja omogoča delo z vsemi položaji takoj. Število razpoložljivih stanj je 2 v številu kubitov. Torej, če naredite univerzalni kvantni računalnik s 50 kbit, lahko teoretično preučite vseh 1125 kvadrilijonskih kombinacij naenkrat.

Кудиты

Kvantni predelovalci v Rusiji vidijo nekoliko drugačno. Znanstveniki iz MFTI in ruskega Quantum centra so ustvarili "Kudits", ki predstavljajo več "virtualnih" qubitov z različnimi "energijskimi" nivoji.

Amplituda

Procesor kvantnega tipa ima prednost, da kvantna mehanika temelji na amplitudah. Amplitude so podobne verjetnosti, lahko pa so tudi negativne in kompleksne številke. Torej, če želite izračunati verjetnost dogodka, lahko sestavite amplitude različnih variant njihovega razvoja. Ideja o kvanturačunanje je poskušati prilagoditi interferenčni vzorec tako, da imajo nekatere poti do napačnih odgovorov pozitivno amplitudo, nekatere pa so negativne, zato bi se med seboj izravnale. In poti, ki vodijo do pravilnega odgovora, bi imele amplitude, ki so v fazi med seboj. Trik je, da morate vse organizirati, ne da bi vnaprej vedeli, kaj je pravi odgovor. Torej je eksponencialnost kvantnih stanj v povezavi s potencialom za interferenco med pozitivnimi in negativnimi amplitudami prednost izračunov te vrste.

Shorahov algoritem

Obstaja veliko nalog, ki jih računalnik ne more rešiti. Na primer, šifriranje. Težava je v tem, da ni preprosto najti enostavnih dejavnikov 200-mestne številke. Tudi če laptop deluje z odlično, potem boste morda morali čakati več let, da bi našli odgovor. Zato je bil še en mejnik v kvantnem računalništvu algoritem, ki ga je leta 1994 objavil Peter Shore, zdaj profesor matematike na MIT-u. Njegova metoda je, da s pomočjo kvantnega računalnika najde veliko število faktorjev, ki še niso obstajali. V bistvu algoritem izvaja operacije, ki označujejo območje s pravilnim odgovorom. Naslednje leto je Shore odkril metodo za korekcijo kvantne napake. Potem so mnogi spoznali, da gre za alternativno metodo izračuna, ki je v nekaterih primerih močnejša. Nato je prišlo do velikega zanimanja fizikov, ki so ustvarili kubite in logične ventile med njimi. In zdaj, v dveh desetletjih, je človeštvo na robu ustvarjanjapopolni kvantni računalnik.