Kwantum processor: de beskriuwing, prinsipe fan operaasje

Kwantum Computing, alteast yn teory, te hawwen oer in pear desennia. Moderne typen fan masines dy't brûk net-klassike meganika foar de behanneling fan potensjeel untold bedraggen fan gegevens, hawwe ta in grutte trochbraak. Neffens de ûntwikkelders, harren útfiering wie faaks de meast ferfine technology ea makke. Kwantum Prozessor wurkje op nivo fan de matearje, dêr't it minskdom hat bekend mar 100 jier lyn. De mooglikheden fan sokke berekkeningen is kolossaal. Mei help fan bizarre kwantum eigenskippen sille rapper de berekkenings, safolle taken dy't op it stuit klassike kompjûters kinne net betelje om oplost wurde. En net allinne op it mêd fan gemy en materialen wittenskip. Wall Street is ek hjir belangstelling.

Ynvestearje yn 'e takomst

CME Group hat ynvestearre de Vancouver bedriuw 1QB Information Technologies Inc., ûntwikkelet software foar Quantum type Prozessoren. Neffens ynvestearders, dy berekkeningen binne nei alle gedachten te hawwen de grutste ynfloed op 'e yndustry, dy't wurkje mei grutte mannichten gefoelige gegevens oan tiid. In foarbyld fan sokke klanten binne finansjele ynstellings. Goldman Sachs ynvestearre yn D-Wave Systems, en it bedriuw In-Q-Tel finansiere troch de CIA. De earste manufactures masines dy't meitsje wat hjit in "kwantum annealing", dat wol sizze. E. Bepaalt de lege-nivo optimalisaasje probleem mei help fan in kwantum processor. Intel wurdt ek dwaande mei it ynvestearjen yn dizze technology, hoewol't it fan betinken is de útfiering fan de takomstige saken.

Wêrom dogge it?

De reden dat kwantum Computing is sa spannend, leit yn har perfekte kombinaasje mei machine learen. Op it stuit, it is de wichtichste applikaasje foar sokke berekkenings. Foar in part is dat in gefolch fan it idee fan in kwantum kompjûter - mei help fan in fysike apparaat om te sykjen nei oplossings. Soms it begryp útlein troch it foarbyld fan de wedstriid Angry Birds. Om simulate de ynteraksje fan dregens en colliding objekten CPU tablet brûkt wiskundige fergelikingen. Quantum processors sette dizze oanpak op 'e kop. Se "smite" in pear fûgels, en sjoch wat der bart. By microchip skreaun taak: it is in fûgel, se smyt wat de optimale trajekt? Doe kontrolearre al de mooglike oplossings, of op syn minst in hiel grut kombinaasje fan harren, en it antwurd jûn wurdt. Yn in kwantum kompjûter problemen binne oplost net in wiskundige, de wetten fan de natuerkunde wurk yn stee.

Hoe wurket it?

De basis boustiennen fan ús wrâld - it kwantum-meganyske. As jo sjogge nei de molekulen, de reden foar dat se wurde foarme en bliuwe stabyl - de ynteraksje fan it elektron orbitals. Alle kwantum-meganyske berekkenings wurde opnommen yn elk fan harren. Harren oantal gruter wurdt exponentially tanimme it oantal similearre elektroanen. Bygelyks, 50 elektroanen te bestean yn twa 50-graad opsjes. Dit phenomenally grut oantal, dus it kin net berekkene hjoed. Ferbining ynformaasje teory ta fysika kin wize de wei nei oplossen fan sokke problemen. 50 kubitovnomu kompjûter kin it dwaan.

Dawn fan in nij tiidrek

Neffens Landon Downs, foarsitter en mei-oprjochter fan 1QBit, kwantum processor - is it mooglik om brûk de ferwurking macht fan 'e subatomêre wrâld, is it essinsjeel om te krijen nije materialen of it skeppen fan nije medisinen. Der is in ferskowing fan it paradigma fan ûntdekking oan in nij tiidrek fan design. Bygelyks, kwantum Computing kin brûkt wurde om model katalysator fungearje dy't tastean om extract koalstof en stikstof út de sfear, en sa helpe stop opwaarming fan de ierde.

By it foarop fan foarútgong

mienskip fan ûntwikkelers fan dizze technology is ekstreem entûsjast en drok aktiviteit. Teams om de wrâld yn start-ups, korporaasjes, universiteiten en oerheid Labs bouwe fan in ras auto, dy't brûke ferskillende oanpakken ta kwantum ynformaasje ferwurkjen. Makke qubit superconducting qubits en chips op 'e finzen nommen ioanen, dy't belutsen ûndersikers fan de Universiteit fan Maryland en it Nasjonaal Ynstitút foar Standards en Technology. Microsoft ûntwikkelet topologyske oanpak neamd Stasjon Q, it doel dêrfan is om te passen net-Abelian anion waans bestean is net conclusively bewiisd.

Jier wierskynlike trochbraak

En dit is mar it begjin. Oan 'e ein fan maaie 2017 it tal kwantum-type Prozessoren binne in hiel bysûndere wize dogge wat flugger of better as in klassike kompjûter, is nul. Dit barren sil set de "kwantum superioriteit", mar oant no ta is it noch net bard. Wylst it is wierskynlik dat dit kin barre sa betiid as dit jier. De measte saakkundigen seine dat Google is it dúdlik favoryt fan 'e groep, ûnder lieding fan heechlearaar Natuerkunde, University of California at Santa Barbara, John Martin. Syn doel - berikke superieure Computing mei help fan de 49-qubit prosessor. Tsjin 'e ein fan maaie 2017 team mei súkses testen de 22-qubit chip as in tuskenstap stap nei de ûntmanteling fan klassike supercomputer.

Hoe't it allegear begûn?

It idee fan it gebrûk fan de kwantummeganika foar ynformaasje ferwurkjen foar tsientallen jierren. Ien fan de wichtichste foarfallen barde yn 1981, doe't IBM en MIT tegearre organisearre in konferinsje oer kompjûtasjonele natuerkunde. De bekende natuerkundige Richard Feynman útstelde om it bouwen fan in kwantum kompjûter. Neffens him, foar de simulaasje moatte profitearje fan de middels fan de kwantummeganika. En it is in grutte útdaging, om't it net sjogge sa maklik. Yn kwantum processor bestjoeringssysteem prinsipe is basearre op in oantal frjemde eigenskippen fan atomen - superposition en knope. It dieltsje kin wêze yn twa steaten tagelyk. Lykwols, doe't it mjitten sil it krekt ien fan harren. En it is ûnmooglik om te foarsizzen dêr't, behalve út it perspektyf fan 'e teory fan de wierskynlikheidsrekkening. Dit effekt is de basis fan in gedachte eksperimint Schrödinger syn kat, dy't yn it fak tagelyk dea en libben sa lang as de waarnimmer is net te sneak peep. Neat wurket yn it deistich libben yn dizze manier. Lykwols, sa'n 1 miljoen fan de eksperiminten útfierd sûnt it begjin fan 'e tweintichste ieu, litte sjen dat de gearstalling bestiet bestean. En de folgjende stap is figuring út hoe't te brûken dit konsept.

Kwantum processor: job omskriuwing

Classic bits meie hawwe de wearde 0 of 1, is it mooglik om te fermannichfâldigje nûmers, lûk foto ensafuorthinne. N. Qubit kin ek wêze 0 as se misse in line troch "logika poarten" (d. EN, OR, NOT, ensfh), 1 of beide. As, sizze, 2 qubit ferknotte, it makket harren folslein korrelearden. type kwantum processor kin brûke logika poarten. T. N. Hadamard poarte, bygelyks, set it qubit yn in superposition steat fan 'e folsleine. As superposition en knope kombinearre mei snoad positioned kwantum poarten, dy't begjinne te unfold it potinsjeel fan sub-atomic berekkenings. 2 tastean de stúdzje fan it qubit 4 steaten: 00, 01, 10 en 11. De eksploitaasje prinsipe fan it kwantum prosessor sa dat eksekúsje fan 'e logika operaasjes makket it mooglik om te wurkjen mei alle posysjes yn ien kear. En it oantal beskikbere steaten is 2 oan 'e macht fan it tal qubits. Dus, as jo meitsje in 50-qubit universele kwantum computer, is it teoretysk mooglik om te ûndersykjen alle 1.125 quadrillion kombinaasjes tagelyk.

Kudity

Kwantum processor yn Ruslân sjogge in bytsje oars. Wittenskippers út MIPT en Russyske kwantum sintrum makke "kudity" stiet foar ferskillende "firtuele" qubits mei ferskate "enerzjy" nivo.

amplitude

type kwantum processor hat it foardiel dat de kwantummeganika is basearre op de amplitudes. Kâns amplitudes binne lyksoartige, mar se kinne ek wêze negatyf, en komplekse getallen. Dus, as jo wolle berekkenjen de kâns fan in evenemint, kinne jo tafoegje alle soarten fan befieming fan harren ûntwikkeling opsjes. It idee fan it kwantum Computing is om te besykjen ta setup it hinderjen patroan dat guon fan 'e manieren om ferkearde antwurden hie in positive amplitude, en guon - in negative, sadat se soenen ôfbrekke elkoar. In paad liedt nei it goeie antwurd soe hawwe amplitudes dy't binne yn faze mei elkoar. De trúk is dat jo moatte organisearje alles, sûnder te witten fan tefoaren wat it antwurd just is. Sa Joast kwantum steaten yn kombinaasje mei de mooglikheden fan ynmingen tusken de positive en negative amplitudes is in foardiel fan dit type-berekkening.

Shor syn algoritme

Der binne in soad taken dat de kompjûter net by steat is om te lossen. Lykas fersifering. It probleem is dat it is net sa maklik te finen de minister-faktoaren fan in 200-sifers. Sels as de laptop rint mei poerbêste software, jo meie moatte wachtsje jierrenlang te finen it antwurd. Dêrom, in oare mylpeal yn kwantum Computing wurden in algoritme publisearre yn 1994 troch Petrus Shore, is no in professor yn de wiskunde oan MIT. Syn metoade is te finen op de faktoaren fan in grut oantal troch mei help fan in kwantum kompjûter, dy't net bestean noch. Yn feite is de algoritme fiert de operaasje, dy't wize op it gebiet mei it goeie antwurd. De folgjende jiers, Shore ûntduts in metoade fan kwantumfysika fout korreksje. Dan, in protte hawwe realisearre dat it is - in alternative metoade fan kalkulaasje, dy't yn guon gefallen kin wêze krêftiger. Dêrnei folge in surge fan belangstelling fan natuerkundigen te meitsjen qubits en logika poarten tusken harren. En no, twa desennia letter, minsklikheid stiet op 'e râne fan it meitsjen fan in folweardige kwantum kompjûter.