Kvantuma procesoron: la priskribo, principo de operacio

Kvantuma komputiko, almenaŭ en teorio, mencii kelkajn jardekojn. Modernaj specoj de maŝinoj kiuj uzas ne-klasika mekaniko por manipuli potenciale netakseblaj kvantoj de datumoj, iĝis granda sukceso. Laŭ la programistoj, ilia efektivigo estis eble la plej altnivela teknologio iam kreita. Kvantuma procesoroj operacias al niveloj de materio, el kiuj la homaro konata nur 100 jaroj. La potencialo de tiaj kalkuloj estas grandega. Uzante strangaj kvantuma ecoj rapidigos la kalkuloj, tiom da taskoj kiuj estas nuntempe klasikaj komputiloj ne povas esti solvita. Kaj ne nur en la kampo de kemio kaj materiala scienco. Wall Street estas ankaŭ montrante intereson.

Investanta en la estonteco

CME Grupo renversis la Vankuvero kompanio 1QB Information Technologies Inc., evoluas programaro por Kvantuma tipo procesoroj. Laŭ investantoj, ĉi tiuj kalkuloj estas probable havi la plej grandan efikon sur la industrio, kiu laboras kun grandaj kvantoj de sentemaj datumoj al tempo. Ekzemplo de tiaj klientoj estas financaj institucioj. Goldman Sachs investis en D-Wave Systems, kaj la firmao In-Q-Tel financita de la CIA. La unua fabrikas maŝinoj kiuj faras kion oni nomas "kvantuma _annealing_", te. E. Ĝi decidas la malalta-nivela optimumiga problemo uzante kvantuma procesoro. Intel ankaŭ engaĝita en renversi en ĉi tiu teknologio, kvankam ĝi konsideras la efektivigo de la estonteco negoco.

Kial tio?

La kialo ke kvantuma komputado estas tiel ekscita, kuŝas en ilia perfekta kombino kun maŝino lernado. Nuntempe, estas la ĉefa apliko por tiaj kalkuloj. Parte tio estas konsekvenco de la ideo de kvantuma komputilo - uzante fizikan aparato por serĉi solvojn. Foje la koncepto klarigita de la ekzemplo de la ludo Kolera Birdoj. Por simuli la interago de gravito kaj karamboli objektoj CPU tablojdo uzas matematikaj ekvacioj. Kvantuma Procesoroj meti ĉi alproksimiĝo sur lia kapo. Ili "ĵeti" kelkaj birdoj, kaj rigardi kio okazas. Ĉe microchip skribita tasko: estas birdo ili ĵeti kion la optimuman trajektorion? Tiam kontrolis ĉiujn eblajn solvojn, aŭ almenaŭ tre granda kombinaĵo de ili, kaj la respondo estas donita. En kvantuma komputilo problemoj estas solvitaj ne estas matematikisto, la leĝoj de fiziko laboro anstataŭe.

Kiel ĝi funkcias?

La baza konstruaĵo blokoj de nia mondo - la kvantummekanika. Se vi rigardas la molekuloj, la kialo por kiu ili formiĝas kaj resti stabilan - la interago de la elektrono orbitoj. Ĉiuj kvantummekanika kalkuloj estas enhavitaj en ĉiu el ili. Ilia nombro kreskas eksponente pliigi la numeron de simulita elektronoj. Ekzemple, 50 elektronoj ekzisti en du 50-grado ebloj. Tiu fenomene granda nombro, do ĝi ne povas kalkuli hodiaŭ. Ligo informo teorion al fiziko povas atentigi la manieron solvi tiajn problemojn. 50 kubitovnomu komputilo povas fari ĝin.

Tagiĝo de nova erao

Laŭ Landon Downs, prezidanto kaj kunfondinto de 1QBit, kvantuma procesoro - eblas uzi la prilaborado potenco de la subatoma mondo, ĝi estas kerna akiri novajn materialojn aŭ la kreo de novaj medikamentoj. Ekzistas movo de la paradigma de la malkovro al nova estis de dezajno. Ekzemple, kvantuma komputado povas esti uzata por modeli kataliziloj kiuj permesas ĉerpi karbono kaj nitrogeno de la atmosfero, kaj tiel helpi halti tutmonda varmiĝo.

En la avangardo de progreso

komunumo de desarrolladores de ĉi tiu teknologio estas ekstreme ekscitita kaj okupita agado. Teamoj tutmonde en komenco-ups, entreprenoj, universitatoj kaj registaraj laboratorioj konstruas raso aŭto, kiu utiligas malsamajn alirojn al kvantuma informo prilaborado. Kreita kvantumbita superconductores qubits kaj pecetoj sur la kaptita jonoj, kiu implikis investigadores de la Universitato de Maryland kaj la Nacia Instituto de Normoj kaj Teknologio. Microsoft evoluas topologia aliro nomita Stacio Q, la celo de kiu estas por apliki ne-Abela anjono kies ekzisto ne estis definitive pruvita.

Jaro probabla trarompon

Kaj tio estas nur la komenco. Fine de majo 2017 la nombro de kvantuma-tipo procesoroj estas unike fari ion pli rapide aŭ pli bona ol klasika komputilo, estas nulo. Tiu okazaĵo starigos la "kvantuma supereco", sed ĝis nun ĝi ne okazis. Dum estas verŝajne ke tio povus okazi jam en tiu jaro. Plej Insiders diris ke Google estas la klara favorato de la grupo, gvidata de Profesoro pri Fiziko, Universitato de Kalifornio ĉe Santa Barbara, John Martin. Lia celo - por atingi supera komputiko kun la helpo de 49-kvantumbita procesoron. Antaŭ la fino de majo 2017 teamo sukcese provis la 22-kvantumbita blato kiel intera paŝo al la desmantelamiento de klasika supercomputadora.

Kiel ĉio komenciĝis?

La ideo de uzi kvantummekaniko por informoj prilaborado por jardekoj. Unu el la ŝlosilaj eventoj okazis en 1981, kiam IBM kaj MIT kune organizis konferencon sur komputa fiziko. La fama fizikisto Richard Feynman proponis konstrui kvantuma komputilo. Laŭ li, pro la simulado devus utiligi la rimedojn de kvantummekaniko. Kaj ĝi estas granda defio, ĉar ĝi ne aspektas tiel facila. En kvantuma procesoron mastruma principo baziĝas sur kelkaj strangaj ecoj de atomoj - superposición kaj implikas. La partiklo povas esti en du ŝtatoj samtempe. Tamen, kiam mezuri estos nur unu el ili. Kaj estas neeble antaŭdiri en kiu, krom de la vidpunkto de la teorio de probablo. Ĉi tiu efekto estas surbaze de penso eksperimento Schrödinger kato, kiu estas en la skatolo samtempe mortinta kaj vivanta, dum la observanto ne estas ŝteliri flustristojn. Nenio laboras en ĉiutaga vivo en ĉi tiu vojo. Tamen, ĉirkaŭ 1 miliono de eksperimentoj faritaj ekde la komenco de la dudeka jarcento, montras ke la konsisto ne ekzistas. Kaj la sekva paŝo estas decidi kiel uzi tiun koncepton.

Kvantuma procesoron: laborpriskribo

Klasika bitoj povas esti 0 aŭ 1. Se salti ilian linion tra la "logiko pordego" (KAJ, AŬ, NE, kaj tiel plu. D.), ĝi eblas multobligi nombroj, desegni bildojn, kaj tiel plu. N. kvantumbita povas ankaŭ esti 0, 1 aŭ ambaŭ. Se, ekzemple, 2 kvantumbita implikita, ĝi igas ilin perfekte correlacionada. tajpu kvantuma procesoro povas uzi logikaj pordoj. T. N. Hadamard pordego, ekzemple, metas la kvantumbita en superposición stato de perfekta. Se superposición kaj implikas kombinita kun lerte poziciigita kvantuma pordoj, kiuj komencas disfaldi la potencialo de sub-atoma kalkuloj. 2 permesas la studon de la kvantumbita 4 ŝtatoj: 00, 01, 10 kaj 11. La komenco de funkciado de la kvantuma procesoron tia, ke ekzekuto de logiko operacioj ebligas labori kun ĉiuj pozicioj samtempe. Kaj la nombro de haveblaj ŝtatoj estas 2 al la potenco de la numero de qubits. Do, se vi faras 50-kvantumbita universala kvantuma komputilo, estas teorie ebla por ekzameni ĉiu 1.125 duiliardojn kombinaĵoj samtempe.

Kudity

Kvantuma procesoron en Rusio vidu iom malsame. Sciencistoj el MIPT kaj rusa kvantuma centro kreita "kudity" reprezentanta plurajn "virtuala" qubits kun diversaj "energio" niveloj.

amplekso

tajpu kvantuma procesoro havas la avantaĝon ke kvantummekaniko estas bazita sur la ampleksoj. Probablo ampleksoj estas similaj, sed ili ankaŭ povas esti negativa kaj kompleksaj nombroj. Do, se vi volas kalkuli la probablo de evento, vi povas aldoni ĉiajn amplekso de ilia evoluo ebloj. La ideo de kvantuma komputado estas por provi agordi la enmiksiĝo skemo por ke iuj el la manieroj erara respondoj havis pozitivan amplekso, kaj iuj - negativa, do ili devus nuligi reciproke. A vojo kondukanta al la ĝusta respondo estus ampleksoj kiuj estas en fazo kun la alia. La lertaĵo estas ke vi devas organizi ĉion, sen scii anticipe kion la respondo estas ĝusta. Do eksponenciala kvantumaj statoj en kombino kun la potencialo de enmiksiĝo inter la pozitivaj kaj negativaj ampleksoj estas avantaĝo de ĉi tiu tipo de kalkulado.

Shor

Estas multaj taskoj ke la komputilo ne povas solvi. Kiel ekzemple ĉifrado. La problemo estas, ke ĝi ne estas tiom facile trovi la primaj faktoroj de 200-cifera nombro. Eĉ se la portebla komputilo kuras kun bonega programaro, vi eble devas atendi jarojn por trovi la respondon. Sekve, alia mejloŝtono en kvantuma komputado fariĝis algoritmo publikigita en 1994 fare de Peter Shore, nun profesoro pri matematiko ĉe MIT. Lia metodo estas trovi la faktorojn de granda nombro uzante komputilon cuántico, kiu ne ekzistis ankoraŭ. Fakte, la algoritmo elfaras la operacion, kiu indikas la areon kun la ĝusta respondo. La sekva jaro, Bordo malkovris metodon de kvantuma eraro korekto. Tiam, multaj jam rimarkis, ke estas - alternativa metodo de kalkulo, kiu en iuj kazoj povas esti pli potencaj. Tiam sekvis ondo da intereso de fizikistoj krei qubits kaj logikaj pordoj inter ili. Kaj nun, du jardekojn poste, la homaro estas al la brodas de kreado de kompletaj kvantuma komputilo.