Komputery kwantowe, przynajmniej teoretycznie, były używane przez kilka dziesięcioleci. Współczesne typy maszyn, które wykorzystują nieklasyczną mechanikę do obsługi potencjalnie ogromnych ilości danych, stały się ważnym przełomem. Według twórców ich implementacja była najwyraźniej najbardziej zaawansowaną technologią, jaką kiedykolwiek stworzono. Procesory kwantowe pracują na poziomach materii, których ludzkość nauczyła się zaledwie 100 lat temu. Potencjał takich obliczeń jest olbrzymi. Wykorzystanie kwantowych właściwości kwantowych przyspieszy obliczenia, więc wiele zadań, które obecnie nie są możliwe do wykonania na klasycznych komputerach, zostanie rozwiązane. I nie tylko w dziedzinie chemii i materiałoznawstwa. Wall Street również się niepokoi.

Inwestowanie w przyszłość

CME Group zainwestowała w Vancouver, Inc. 1QB Information Technologies Inc., opracowuje oprogramowanie dla procesorów kwantowych. Według inwestorów takie obliczenia będą prawdopodobnie miały największy wpływ na branże, które pracują z dużą ilością danych ważnych z punktu widzenia czasu. Przykładem takich konsumentów są instytucje finansowe. Goldman Sachs zainwestował w D-Wave Systems, a firma In-Q-Tel jest finansowana przez CIA. Pierwsze produkuje maszyny, które wykonują to, co nazywa się "wyżarzaniem kwantowym", tj. Rozwiązuje problemy optymalizacji niskiego poziomu za pomocą procesora kwantowego. Intel inwestuje również w tę technologię, chociaż uważa, że ​​jej wdrożenie jest kwestią przyszłości.

Dlaczego jest potrzebny?

Powód jest kwantowyObliczenia są tak fascynujące, że stanowią idealne połączenie z uczeniem maszynowym. Jest to obecnie główna aplikacja do takich obliczeń. Częściowo wynika to z idei komputera kwantowego - użycia fizycznego urządzenia do znajdowania rozwiązań. Czasami ta koncepcja jest wyjaśniona na przykładzie gry Angry Birds. Aby symulować grawitację i interakcję obiektów stojących przed procesorem, tablet używa równań matematycznych. Procesory kwantowe stosują takie podejście od stóp do głów. "Rzucają" kilka ptaków i widzą, co się dzieje. Mikroczip rejestruje zadanie: te ptaki, są rzucane, jaka jest optymalna trajektoria? Następnie sprawdzane są wszystkie możliwe rozwiązania lub co najmniej bardzo duża ich kombinacja, a odpowiedź jest udzielana. W komputerze kwantowym problem rozwiązuje nie matematyk, ale prawa fizyki.

Jak to działa?

Główne elementy składowe naszego świata są kwantowo-mechaniczne. Jeśli spojrzysz na cząsteczkę, to przyczyną, dla której są uformowane i pozostają stabilne, jest interakcja ich elektronicznych orbitali. Wszystkie obliczenia kwantowo-mechaniczne są zawarte w każdym z nich. Ich liczba wykładniczo zwiększa liczbę symulowanych elektronów. Na przykład dla 50 elektronów są 2 na 50 możliwych możliwych opcjach. Jest to fenomenalnie duża ilość, więc nie da się jej dzisiaj obliczyć. Połączenie teorii informacji z fizyką może wskazywać na sposób rozwiązania tych problemów. Komputer 50-kubitowy jest w stanie to zrobić.

O świcie nowej ery

Według LandonaDowns, prezes i współzałożyciel 1QBit, procesora kwantowego, to umiejętność wykorzystywania mocy obliczeniowych świata subatomowego, co ma ogromne znaczenie dla pozyskiwania nowych materiałów lub tworzenia nowych leków. Jest przejście od paradygmatu odkryć do nowej ery projektowania. Na przykład obliczenia kwantowe mogą być wykorzystane do symulacji katalizatorów, które pozwalają na ekstrakcję węgla i azotu z atmosfery, pomagając w ten sposób zatrzymać globalne ocieplenie.

Społeczność rozwojowa tej technologii jest niezwykle poruszona i zaangażowana w aktywne działania w zaawansowanym postępie

. Zespoły na całym świecie w startupach, korporacjach, uniwersytetach i laboratoriach rządowych budują maszyny, które wykorzystują różne podejścia do przetwarzania informacji kwantowych. Nadprzewodzące kostki i kostki kubitu na uwięzionych jonach zostały stworzone przez naukowców z University of Maryland i Narodowego Instytutu Standardów i Technologii w Stanach Zjednoczonych. Microsoft opracowuje podejście topologiczne zwane stacją Q, którego celem jest wykorzystanie anionu nie Ablańskiego, którego istnienie nie zostało jeszcze w pełni wykazane.

Rok prawdopodobnego przełomu

A to dopiero początek. Według stanu na koniec maja 2017 r. Liczba procesorów typu kwantowego, które zdecydowanie robią coś szybciej lub lepiej niż klasyczny komputer, wynosi zero. Takie wydarzenie stworzy "przewagę kwantową", ale dopóki się nie wydarzy. Chociaż może się to wydarzyć w tym roku. Większość ludzi twierdzi, że to oczywisty faworytjest grupą Google kierowaną przez Johna Martina, profesora fizyki na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Barbara. Jego celem jest osiągnięcie przewagi obliczeniowej dzięki 49-kubitowemu procesorowi. Do końca maja 2017 r. Zespół z powodzeniem przetestował układ 22-kubitowy jako etap pośredni do demontażu klasycznego superkomputera.

Gdzie to wszystko się zaczęło?

Pomysły na wykorzystanie mechaniki kwantowej do przetwarzania informacji przez dziesięciolecia. Jedno z kluczowych wydarzeń miało miejsce w 1981 roku, gdy IBM i MIT wspólnie zorganizowały konferencję na temat fizyki komputerowej. Znany fizyk Richard Feynman zaproponował zbudowanie komputera kwantowego. Według niego do modelowania należy użyć środków mechaniki kwantowej. I to jest świetne zadanie, ponieważ nie wygląda tak prosto. W procesorze kwantowym zasada działania opiera się na kilku dziwnych właściwościach atomów - superpozycji i dezorientacji. Cząstka może być jednocześnie w dwóch stanach. Jednak przy pomiarze pojawi się tylko w jednym z nich. I nie da się przewidzieć, w którym, z wyjątkiem punktu widzenia teorii prawdopodobieństwa. Ten efekt leży u podstaw eksperymentu myślowego z kotem Schrödingerem, który jest w pudle zarówno żywy, jak i martwy w tym samym czasie, dopóki obserwator nie ukradkiem tam nie spojrzy. Nic w życiu codziennym nie działa w ten sposób. Niemniej jednak, około 1 miliona eksperymentów przeprowadzonych od początku XX wieku pokazuje, że superpozycja naprawdę istnieje. Następnym krokiem jest dowiedzieć się, jak korzystać z tej koncepcji.

Procesor kwantowy: opis stanowiska

Klasyczne bity mogą przyjmować wartości 0 lub 1. Jeśli pominiesz je przez ciąg "zawory logiczne" (AND, OR, NO, itd.), Możesz pomnożyć liczby, narysować obrazy itp. Kubit może przyjmować wartości 0 1 lub obie jednocześnie. Jeśli, powiedzmy, 2 kubity są mylące, to powoduje to, że są absolutnie skorelowane. Procesor kwantowy może wykorzystywać zawory logiczne. T.n. Na przykład zastawka Hadamarda stawia kubit w stanie doskonałej superpozycji. Jeżeli superpozycja i dezorientacja są rozsądnie połączone z położonymi zaworami kwantowymi, wówczas potencjał obliczeń subatomowych zaczyna się rozwijać. 2 kubity pozwalają odkryć 4 stany: 000110 i 11. Zasada procesora kwantowego jest taka, że ​​wykonanie operacji logicznej umożliwia natychmiastową pracę ze wszystkimi pozycjami. A liczba dostępnych stanów wynosi 2 w liczbie kubitów. Tak więc, jeśli stworzysz uniwersalny komputer kwantowy o pojemności 50 kubitów, możesz teoretycznie zbadać wszystkie 1125 kombinacji kwadrylionowych naraz.

Кудиты

Procesory kwantowe w Rosji są nieco inne. Naukowcy z MFTI i Russian Quantum Center stworzyli "Kudits", reprezentujące kilka "wirtualnych" kubitów o różnych poziomach "energii".

Amplituda

Procesor kwantowy ma tę zaletę, że mechanika kwantowa opiera się na amplitudach. Amplitudy są podobne prawdopodobieństwa, ale mogą być również liczby ujemne i złożone. Tak więc, jeśli chcesz obliczyć prawdopodobieństwo zdarzenia, możesz skomponować amplitudy różnych wariantów ich rozwoju. Idea kwantowaobliczenie polega na próbie dopasowania wzorca interferencji w taki sposób, aby niektóre ścieżki do błędnych odpowiedzi miały dodatnią amplitudę, a niektóre były ujemne, a zatem wzajemnie się zrównoważyły. Ścieżki prowadzące do właściwej odpowiedzi miałyby amplitudy, które są ze sobą w fazie. Sztuka polega na tym, że musisz wszystko zorganizować, nie wiedząc z góry, jaka jest właściwa odpowiedź. Tak więc wykładnicza tego rodzaju jest zaletą wykładniczej stanów kwantowych w połączeniu z potencjałem interferencji pomiędzy dodatnimi i ujemnymi amplitudami.

Algorytm Shorah

Jest wiele zadań, których komputer nie może rozwiązać. Na przykład szyfrowanie. Problem polega na tym, że nie jest tak łatwo znaleźć proste czynniki o 200-cyfrowym numerze. Nawet jeśli laptop działa z doskonałą jakością, być może trzeba będzie czekać latami, aby znaleźć odpowiedź. Dlatego kolejnym kamieniem milowym w komputerach kwantowych był algorytm, opublikowany w 1994 roku przez Petera Shore'a, obecnie profesora matematyki na MIT. Jego metoda polega na znalezieniu dużej liczby czynników za pomocą komputera kwantowego, który wtedy jeszcze nie istniał. W istocie algorytm wykonuje operacje wskazujące obszar z poprawną odpowiedzią. W następnym roku Shore odkrył metodę kwantowej korekcji błędów. Wtedy wielu zdało sobie sprawę, że była to alternatywna metoda obliczeń, która w niektórych przypadkach mogłaby być potężniejsza. Potem nastąpił przypływ zainteresowania fizyków, by stworzyć między nimi kubity i bramy logiczne. A teraz, w ciągu dwóch dziesięcioleci, ludzkość jest na krawędzi stworzeniakompletny komputer kwantowy.