Quantum processor: ang paglalarawan, prinsipyo ng operasyon

Quantum computing, hindi bababa sa teorya, upang mailakip ang isang ilang mga dekada. Modern uri ng machine na gumagamit ng non-classical mechanics para sa paghawak ng mga potensyal na pagkalaki-laki na mga halaga ng data, ay naging isang malaking pambihirang tagumpay. Ayon sa mga developer, ang kanilang pagpapatupad ay marahil ang pinaka-sopistikadong teknolohiya kailanman nilikha. Quantum processors gumana sa mga antas ng matter, kung saan ang sangkatauhan ay kilala lamang sa 100 taon na ang nakakaraan. Ang mga potensyal na ng naturang mga kalkulasyon ay napakalawak. Ang paggamit ng mga kakaibang katangian ng kabuuan ay mapabilis ang kalkulasyon, kaya maraming mga gawain na kasalukuyang klasikal na mga computer ay hindi maaaring kayang bayaran upang malutas. At hindi lamang sa larangan ng kimika at mga materyales science. Wall Street ay nagpapakita din ng interes.

Pamumuhunan sa hinaharap

CME Group ay may invested sa Vancouver kumpanya 1QB Information Technologies Inc, bubuo software para sa Quantum type processors. Ayon sa mga mamumuhunan, ang mga kalkulasyon ay malamang na may pinakamalaking epekto sa industriya, na kung saan gumagana sa mga malalaking halaga ng mga sensitibong data sa oras. Ang isang halimbawa ng naturang mga customer institusyon sa pananalapi. Goldman Sachs namuhunan sa D-Wave Systems, at ng kumpanya In-Q-Tel pinopondohan ng CIA. Ang unang paninda machine na gawin kung ano ang tinatawag na isang "quantum pagsusubo", ie. E. Ang Magpapasiya ang mababang antas ng optimization problema sa paggamit ng isang quantum processor. Intel ay din ay nakikibahagi sa pamumuhunan sa teknolohiyang ito, kahit na ito ay isinasaalang-alang ang pagpapatupad ng hinaharap negosyo.

Bakit ito gawin?

Ang dahilan na ang quantum computing ay kaya kapana-panabik, ay namamalagi sa kanilang mga perpektong kumbinasyon sa machine pag-aaral. Sa kasalukuyan, ito ay ang pangunahing application para sa naturang mga kalkulasyon. Bahagyang na ito ay isang resulta ng ang ideya ng isang computer kabuuan - ang paggamit ng isang pisikal na aparato upang maghanap para sa mga solusyon. Minsan ang konsepto na ipinaliwanag sa pamamagitan ng mga halimbawa ng ang laro Nagagalit ibon. Upang gayahin ang pakikipag-ugnayan ng grabidad at nagbabanggaan bagay CPU tablet ay gumagamit ng matematikal na equation. Quantum Processor ilagay ang diskarte sa kanyang ulo. Sila ay "throw" ang ilang mga ibon, at panoorin kung ano ang mangyayari. Sa microchip nakasulat na gawain: ito ay isang ibon, sila magtapon ng kung ano ang pinakamainam na tilapon? Pagkatapos ay naka-check ang lahat ng mga posibleng solusyon, o hindi bababa sa isang napakalaking kumbinasyon ng mga ito, at ang sagot ay ibinigay. Sa isang quantum computer problema ay nalutas na hindi isang dalub-agbilang, ang mga batas ng physics sa trabaho sa halip.

Paano ito gumagana?

Ang pangunahing gusali bloke ng ating mundo - ang kabuuan-makina. Kung tumingin ka sa mga molecule, ang dahilan para sa kung saan sila ay nabuo at mananatiling matatag - ang pakikipag-ugnayan ng orbitals elektron. Lahat ng kabuuan-makina kalkulasyon ay nakapaloob sa bawat isa sa kanila. Ang kanilang mga numero ay lumalaki exponentially taasan ang bilang ng simulate na mga electron. Halimbawa, 50 mga electron na umiiral sa dalawang mga opsyon 50-degree. Ito phenomenally malaking bilang, kaya hindi ito maaaring kalkulahin ang araw na ito. Connection impormasyon teorya sa pisika ay maaaring ituro ang daan sa paglutas ng mga problema tulad. 50 kubitovnomu computer ay maaaring gawin ito.

Dawn ng isang bagong panahon

Ayon sa Landon Downs, presidente at co-founder ng 1QBit, quantum processor - ito ay posible na gamitin ang processing kapangyarihan ng subatomic mundo, ito ay mahalaga upang makakuha ng mga bagong materyales o sa paglikha ng mga bagong gamot. May isang shift mula sa paradaym ng pagtuklas sa isang bagong panahon ng disenyo. Halimbawa, quantum computing ay maaaring gamitin upang gawing modelo catalysts na nagbibigay-daan upang i-extract carbon at nitrogen mula sa himpapawid, at sa gayon ay makatulong na ihinto ang global warming.

Sa forefront ng pag-unlad

komunidad ng mga developer ng teknolohiya na ito ay lubos na nasasabik at busy aktibidad. Mga Koponan sa buong mundo sa start-ups, mga korporasyon, mga unibersidad at pamahalaan labs ay pagbuo ng isang lahi kotse, na gumagamit ng iba't ibang approach sa kabuuan ng impormasyon processing. Nilikha qubit superconducting qubits at chips sa nakunan ions, na kasangkot mananaliksik mula sa University of Maryland at ng National Institute of Pamantayan at Teknolohiya. Microsoft bubuo topological diskarte na tinatawag Station Q, ang layunin ng kung saan ay upang ilapat non-Abelian anion na ang pag-iral ay hindi pa conclusively napatunayan.

Taon malamang tagumpay

At ito ay lamang sa simula. Sa katapusan ng May 2017 ang bilang ng kabuuan-type ang processor ay katangi-tangi paggawa ng isang bagay na mas mabilis o mas mahusay kaysa sa isang classical computer, ay zero. Ang kaganapan na ito ay magse-set ang "quantum higit na kagalingan", ngunit sa ngayon ito ay hindi nangyari. Habang ito ay malamang na ito ay maaaring mangyari kasing aga ng taong ito. Karamihan sa mga insiders sinabi na ang Google ay ang malinaw na paborito ng grupo, na pinangunahan ng Professor of Physics, University of California sa Santa Barbara, John Martin. Nito layunin - upang makamit ang superior computing sa tulong ng 49-qubit processor. Sa pamamagitan ng dulo ng Mayo 2017 koponan ay matagumpay na nasubok sa 22-qubit chip bilang isang intermediate na hakbang patungo sa pagtatanggal-tanggal ng classical supercomputer.

Paano nagsimula ang lahat?

Ang ideya ng paggamit ng quantum mechanics para sa impormasyon sa pagpoproseso para sa mga dekada. Isa sa mga pangunahing kaganapan na naganap sa 1981, kapag IBM at MIT sama-sama organisado ang isang pagpupulong sa computational physics. Ang sikat na pisisista Richard Feynman ipinanukalang upang bumuo ng isang computer kabuuan. Ayon sa kanya, para sa mga simulation ay dapat samantalahin ang mga paraan ng quantum mechanics. At ito ay isang mahusay na hamon, sapagkat ito ay hindi tumingin kaya madali. Sa quantum processor operating prinsipyo ay batay sa isang bilang ng mga kakaibang katangian ng mga atom - superposisyon at gusot. maliit na butil ay maaaring maging sa dalawang estadong ito ng sabay-sabay. Gayunman, kapag pagsukat ng ito ay lamang ng isa sa kanila. At ito ay imposible upang mahulaan kung saan, maliban mula sa pananaw ng teorya ng probabilidad. Ang epektong ito ay ang batayan ng isang pag-iisip eksperimento Schrödinger ng pusa, na kung saan ay sa kahon nang sabay-sabay patay at buhay hangga't ang mga tagamasid ay hindi upang lumabas nang panakaw sumilip. Walang bagay ay gumagana sa araw-araw na buhay sa ganitong paraan. Gayunman, ang tungkol sa 1 milyong ng mga eksperimento na isinasagawa mula noong simula ng ikadalawampu siglo, ipakita na ang mga bahagi umiiral. At ang susunod na hakbang ay ang pag-uunawa kung paano gamitin ang konseptong ito.

Quantum processor: paglalarawan ng trabaho

Classic bits ay maaaring magkaroon ang halaga ng 0 o 1, ito ay posible na i-multiply ng mga numero, gumuhit ng mga larawan at iba pa. N. qubit ay maaari ding maging 0 kung makaligtaan nila ang isang linya sa pamamagitan ng "logic gate" (d. AT, O, HINDI, at iba pa), 1 o pareho. Kung, sabihin nating, 2 qubit na kayong pasakop na, ito ay gumagawa ng mga ito ganap na sang-ayon. i-type quantum processor ay maaaring gumamit ng logic gate. T. N. Hadamard gate, halimbawa, inilalagay ang qubit sa isang superposisyon estado ng perpekto. Kung superposisyon at gusot na sinamahan ng cleverly nakaposisyon kabuuan pintuang, na nagsisimula sa lumadlad ang mga potensyal na ng mga sub-atomic kalkulasyon. 2 payagan ang pag-aaral ng qubit 4: 00, 01, 10 at 11. Ang operasyon prinsipyo ng processor quantum tulad na pagpapatupad ng mga operasyon logic ginagawang posible upang gumana sa lahat ng mga posisyon sa isang beses. At ang bilang ng mga magagamit na mga estado ay 2 sa lakas ng ang bilang ng mga qubits. Kaya, kung gumawa ka ng isang 50-qubit unibersal na computer kabuuan, ito ay theoretically posible upang suriin ang lahat ng 1125 quadrillion kumbinasyon sabay-sabay.

Kudity

Quantum processor sa Russia makita ang isang maliit na naiiba. Siyentipiko mula MIPT at Russian quantum center nilikha "kudity" na kumakatawan sa ilang mga "virtual" qubits na may iba't-ibang mga "enerhiya" na antas.

malawak

i-type quantum processor ay may bentahe na quantum mechanics ay batay sa mga amplitudes. Probabilidad amplitudes ay pareho, ngunit maaari rin silang maging negatibo, at kumplikadong numero. Kaya, kung nais mong upang makalkula ang posibilidad ng isang kaganapan, maaari mong idagdag ang lahat ng mga uri ng malawak ng kanilang mga pagpipilian unlad. Ang ideya ng quantum computing ay upang subukan upang i-setup ang panghihimasok pattern upang ang ilan sa mga paraan sa maling sagot ay nagkaroon ng isang positibong amplitude, at ang ilan - isang negatibong, kaya ang mga ito ay i-cancel ang bawat isa. Ang isang landas na humahantong sa ang tamang sagot ay magkakaroon amplitudes na nasa phase sa bawat isa. Nanlilinlang ay na kailangan mo upang ayusin ang lahat ng bagay, nang walang pag-alam nang maaga kung ano ang sagot ay tama. Kaya exponential estado kabuuan sa kumbinasyon na may posibilidad ng pagkagambala sa pagitan ng positibo at negatibong mga amplitudes ay isang bentahe ng ganitong uri ng pag-compute.

algorithm Shor

Mayroong maraming mga gawain na ang computer ay hindi magagamit upang malutas. Tulad ng pag-encrypt. Ang problema ay na ito ay hindi kaya madaling upang mahanap ang de-kalidad na mga kadahilanan ng isang 200-digit na numero. Kahit na ang laptop ay tumatakbo na may mahusay na software, maaaring kailanganin mong maghintay para sa taon upang mahanap ang kasagutan. Samakatuwid, isa pang milestone sa quantum computing ay naging isang algorithm na inilathala sa 1994 sa pamamagitan ng Peter Shore, ay isang propesor ng matematika at MIT ngayon. Ang kanyang pamamaraan ay upang mahanap ang mga kadahilanan ng isang malaking bilang sa pamamagitan ng paggamit ng isang computer kabuuan, na kung saan ay hindi pa umiiral. Sa katunayan, ang algorithm ay gumaganap ang operasyon, na nagpapahiwatig ng lugar na may ang tamang sagot. Ang mga sumusunod na taon, Shore natuklasan ng isang paraan ng quantum error pagwawasto. Pagkatapos, marami na natanto na ito ay - isang alternatibong paraan ng pagkalkula, na kung saan sa ilang mga kaso ay maaaring maging mas makapangyarihan. Pagkatapos ay sinundan ng isang paggulong ng interes mula sa mga physicists upang lumikha qubits at logic gate sa pagitan ng mga ito. At ngayon, dalawang dekada mamaya, ang sangkatauhan ay nasa bingit ng paglikha ng isang ganap quantum computer.