Kvantový procesor: opis, princíp činnosti

Quantum computing, aspoň teoreticky, sa hovorí už niekoľko desaťročí. Moderné typy strojov, ktoré používajú neklasické mechaniky na zvládnutie potenciálneho obrovského množstva údajov, sa stali hlavným prielomom. Podľa vývojárov ich implementácia bola zjavne najsofistikovanejšia technológia, ktorá bola kedy vytvorená. Kvantové procesory pracujú na úrovniach hmoty, ktoré sa ľudstvo naučilo len pred 100 rokmi. Potenciál týchto výpočtov je obrovský. Použitie kvantových kvantových vlastností urýchli výpočty, preto sa vyrieši toľko úloh, ktoré v súčasnosti nie sú možné pre klasické počítače. A nielen v oblasti chémie a vedy o materiáloch. Wall Street je tiež znepokojený.


Investície do budúcnosti

CME Group investovala Vancouver spoločnosť 1QB Information Technologies Inc., vyvíja softvér pre kvantovú typ procesora. Podľa investorov je pravdepodobné, že takéto výpočty budú mať najväčší vplyv na odvetvia, ktoré pracujú s veľkými objemami časovo citlivých údajov. Príkladom takýchto spotrebiteľov sú finančné inštitúcie. Spoločnosť Goldman Sachs investovala do spoločnosti D-Wave Systems a spoločnosť In-Q-Tel je financovaná CIA. Prvý vyrába stroje, ktoré tvoria to, čo sa nazýva "kvantovej žíhanie", t. E. nízkou riešiť problémy optimalizácia pomocou kvantovej procesora. Spoločnosť Intel tiež investuje do tejto technológie, aj keď považuje jej implementáciu za záležitosť budúcnosti.

Prečo je to potrebné?

Dôvodom je kvantumVýpočty sú tak fascinujúce, ležia v dokonalom spojení s strojovým vzdelávaním. V súčasnosti je hlavnou aplikáciou týchto výpočtov. Je to čiastočne kvôli samotnej myšlienke kvantového počítača - použitia fyzického zariadenia na hľadanie riešení. Niekedy sa tento pojem vysvetľuje príkladom hry Angry Birds. Na simuláciu gravitácie a interakcie objektov obrátených k CPU tablet používa matematické rovnice. Kvantové procesory dali takýto prístup od hlavy k nohám. "Hodia" pár vtákov a uvidia, čo sa deje. Mikropočítač zaznamená úlohu: tieto vtáky, sú hodené, aká je optimálna trajektória? Potom sa skontrolujú všetky možné riešenia, alebo aspoň ich veľmi veľká kombinácia a odpoveď je daná. V kvantovom počítači nie je problém riešený matematikom, ale zákonmi fyziky.


Ako to funguje?

Hlavnými stavebnými kameňmi nášho sveta sú kvantovo-mechanické. Ak sa pozriete na molekulu, potom dôvod, pre ktorý sú vytvorené a zostávajú stabilné, je interakcia ich elektronických orbitálov. Všetky kvantovo-mechanické výpočty sú obsiahnuté v každom z nich. Ich počet exponenciálne zvyšuje počet simulovaných elektrónov. Napríklad pre 50 elektrónov existuje 2 v 50. stupni možných možností. Je to fenomenálne veľké množstvo, takže je dnes nemožné ho vypočítať. Spojenie teórie informácií s fyzikou môže naznačovať spôsob riešenia takýchto problémov. 50-qubitový počítač je schopný.

Úsvit novej éry

Podľa LandonaDowns, prezident a spoluzakladateľ 1QBit, kvantový procesor - je využitie výpočtového výkonu subatomárnej svet, ktorý je rozhodujúci pre získanie nových materiálov alebo vytvorenie nových liekov. Prechádza sa z paradigmy objavov do novej éry dizajnu. Napríklad, kvantová práca na počítači môžu byť použité pre návrh katalyzátory, ktoré umožňujú pre uhlík a dusík z atmosféry, a tým pomôcť zastaviť globálne otepľovanie.

Rozvojová komunita tejto technológie je mimoriadne znepokojená a aktívne sa venuje pokroku v pokroku

. Oba tímy po celom svete začínajúce firmy, korporácie, univerzity a vládne laboratóriá postavený pretekárske vozidlá, ktoré používajú rôzne prístupy ku kvantovej spracovanie informácie. Vytvorené supravodivé qubits kubytovыe čipy a ióny v pasci, ktoré sa podieľajú výskumníci z University of Maryland a National Institute of Standards and Technology v USA. Spoločnosť Microsoft vyvíja topologický prístup nazývaný Q Station, ktorého cieľom je použitie ne-abelovského aniónu, ktorého existencia ešte nebola úplne preukázaná.

Rok pravdepodobného prielomu

A toto je len začiatok. Od konca mája 2017 je počet procesorov kvantového typu, ktoré určite robia niečo rýchlejšie alebo lepšie ako klasický počítač, nulové. Takáto udalosť vytvorí "kvantovú výhodu", ale až kým sa nestane. Hoci je pravdepodobné, že by sa to mohlo stať v tomto roku. Väčšina zasvätených ľudí tvrdí, že je to očividný favoritje skupina Google vedená Johnom Martinom, profesorom fyziky na Kalifornskej univerzite v Santa Barbare. Jeho cieľom je dosiahnuť výpočtovú výhodu s 49-qubitovým procesorom. Do konca mája 2017 tím úspešne testoval čip s 22 čbmi ako medzistupňom k rozobraniu klasického superpočítača.

Kde sa všetko začalo?

Myšlienky používania kvantovej mechaniky na spracovanie informácií po celé desaťročia. Jedna z kľúčových udalostí nastala v roku 1981, kedy IBM a MIT spoločne organizovali konferenciu o fyzike výpočtovej techniky. Slávny fyzik Richard Feynman navrhol vybudovať kvantový počítač. Podľa neho je potrebné použiť prostriedky kvantovej mechaniky na modelovanie. A to je skvelá úloha, pretože to nevyzerá tak jednoducho. V kvantovom procesore je princíp pôsobenia založený na niekoľkých podivných vlastnostiach atómov - superpozícia a zmätok. Častice môžu byť súčasne v dvoch stavoch. Pri meraní sa však zobrazí iba v jednom z nich. A nie je možné predpovedať, s výnimkou teórie pravdepodobnosti. Tento účinok spočíva v srdci myšlienkového experimentu s mačkou Schrödingerovou, ktorá je v krabici tak živá, ako aj mŕtva súčasne, až kým sa pozorovateľ na nehanebne nevyzerá. Nič v každodennom živote nefunguje takto. Napriek tomu asi 1 milión experimentov vykonaných od začiatku dvadsiateho storočia ukazujú, že superpozícia naozaj existuje. Ďalším krokom je zistiť, ako používať tento koncept.

Kvantový procesor: popis práce

Klasické bitov môže mať hodnotu 0 alebo 1. Ak je spustiť potrubím "logická hradla" (AND, OR, NOT, atď.), Môžete násobiť čísla, kresliť obrázky, atď. P. qubit môže mať hodnotu 0 1 alebo oboje. Ak sú povedané, 2 qubits sú mätúce, potom je to úplne korelované. Procesor s kvantovým typom môže používať logické ventily. Mr. T .. Napríklad Hadamardov ventil kladie qubit v perfektnom superpozícii. Ak superpozícia a zapletenie dômyselne kombinácii s kvantovým bránou nachádza, sa začne odvíjať potenciál podatomové počítači. 2 qubit nám umožní preskúmať štyri stavy: 000.110 a 11. Zásada kvantovej procesorom tak, že vykonávanie logických operácií, ktoré sú schopné pracovať so všetkými okamžite ustanovenia. A počet dostupných stavov je 2 v počte qubits. Takže ak urobíte 50 kubytnыy univerzálny kvantový počítač, je teoreticky možné preskúmať všetky 1125 biliard kombinácií súčasne.

Кудиты

Kvantové procesory v Rusku sa trochu líšia. Vedci z MIPT a Ruskou Quantum Center vytvorili "kudytы" niekoľko "virtuálnych" qubits inú úroveň "energie".

amplitúdy

Typ kvantový procesor má tú výhodu, že kvantová mechanika je založený na amplitúde. Amplitúdy sú podobné pravdepodobnosti, ale môžu byť aj negatívne a zložité. Takže ak chcete vypočítať pravdepodobnosť udalosti, môžete zostaviť amplitúdy rôznych variantov ich vývoja. Myšlienka kvantovejvýpočet je pokus o úpravu interferenčného modelu takým spôsobom, že niektoré cesty k nesprávnym odpovediam majú pozitívnu amplitúdu a niektoré sú negatívne, a preto by sa navzájom vyrovnali. A cesty vedúce k správnej odpovedi by mali amplitúdy, ktoré sú vo fáze navzájom. Trik je, že musíte organizovať všetko bez toho, aby ste vopred vedeli, čo je správna odpoveď. Takže exponenciálnosť kvantových stavov v spojení s možnosťou interferencie medzi pozitívnymi a negatívnymi amplitúdami je výhodou výpočtov tohto typu.

Shorahův algoritmus

Existuje veľa úloh, ktoré počítač nedokáže vyriešiť. Napríklad šifrovanie. Problémom je, že nie je ľahké nájsť jednoduché faktory 200-ciferného čísla. Dokonca aj v prípade, že notebook pracuje s vynikajúcou, potom budete musieť počkať roky, kým nájde odpoveď. Preto ďalším míľnikom v kvantovej výpočte bol algoritmus, ktorý vyšiel v roku 1994 Peter Shore, teraz profesor matematiky na MIT. Jeho metódou je nájsť veľké množstvo faktorov pomocou kvantového počítača, ktorý ešte neexistoval. V podstate algoritmus vykonáva operácie, ktoré označujú oblasť so správnou odpoveďou. Nasledujúci rok spoločnosť Shore objavila metódu na korekciu kvantovej chyby. Potom mnohí uvedomili, že ide o alternatívnu metódu výpočtu, ktorá by mohla byť v niektorých prípadoch silnejšia. Potom vzrástol záujem fyzikov o vytvorenie qubits a logických ventilov medzi nimi. A teraz, za dve desaťročia, ľudstvo je na pokraji stvoreniakompletný kvantový počítač.

Súvisiace publikácie