Kvant protsessor: Sharh, ishga tamoyili

Kvant hisoblash, nazariy kamida, bir necha o'n yil zikr qilish. potentsial ma'lumotlar behisob miqdorda tashish uchun non-mumtoz mexanikasi foydalanish mashinalari zamonaviy turlarini, katta atılım aylangan. Ishlab chiquvchilar ko'ra, ularning amalga oshirish, ehtimol, hech yaratgan eng murakkab texnologiyalar edi. Kvant Protsessorlar insoniyat faqat 100 yil oldin ma'lum bo'ldi bo'lgan materiyaning darajada faoliyat ko'rsatmoqda. Bunday hisob-kitoblar salohiyati ulkan hisoblanadi. , Hisoblar tezlashtiradi hozirda klassik kompyuterlar bo'lgan juda ko'p vazifalarni ajoyib kvant xususiyatlarini foydalanish hal qilinishi ko'zga olmaydi. Va nafaqat kimyo va materiallar fan sohasida. Wall Street ham qiziqish ko'rsatgan bo'ladi.

kelajakda investitsiya

CME Group, Vancouver kompaniyasi 1QB Axborot texnologiyalari Inc. investitsiya Kvant turi protsessorlari uchun dasturiy ta'minot ishlab chiqadi qildi. investorlar ko'ra, bu hisob-kitoblar vaqt sezgir katta hajmdagi ma'lumot bilan ishlash sanoati, eng katta ta'sir ega bo'lishi mumkin bo'lgan. Bunday mijozlar misol moliya institutlari hisoblanadi. Goldman Sachs D-Wave tizimlari investitsiya va kompaniyada-Q-Tel Markaziy razvedka boshqarmasi tomonidan moliyalashtiriladigan. birinchi bir "kvant yumshatish", ya'ni, deyiladi nima qilish mashinalari ishlab chiqaradi. E. bir kvant protsessor foydalanib, past darajadagi optimallashtirish muammoni hal qiladi. bo'lajak ish amalga oshirilishini ko'rib chiqadi-da Intel ham, bu texnologiya sarmoya bilan shug'ullanadi.

Nima uchun buni?

Kvant hisoblash shunday qiziqarli ekanini sababi, mashina ta'lim bilan mukammal birlashtirish yotadi. Ayni paytda, bu kabi hisoblar uchun asosiy dastur hisoblanadi. Qisman bu natijasidir yechimlari qo'ng'iroq qilish uchun bir jismoniy qurilma yordamida - bir kvant kompyuterning g'oyasini. Ba'zan tushunchasi o'yin Angry Birds misolida bilan izohlanadi. tortishish hamkorligini taqlid va kolliziya ob'ektlar CPU planshet matematik tenglamalarni foydalanadi. Kvant Protsessorlar uning boshiga bu yondashuv qo'ydi. Ular bir necha qushlar "otish", va nima sodir tomosha. Microchip yozilgan paytda vazifa: u bo'lgan , ular qanday optimal traektoriyasi bir qush otish? So'ngra barcha mumkin bo'lgan echimlar tekshirib, yoki ularning kamida juda katta birikmasi va javob beriladi. kvant kompyuter muammolar hal etiladi emas matematik, o'rniga fizika ish qonunlarini.

Bu qanday ishlaydi?

Bizning dunyo asosiy qurilish bloklari - kvant-mexanik. Agar molekulalar qarash bo'lsa, ular hosil va buning uchun sabab barqaror qoladi - elektron Orbital shovqinni. Barcha kvant-mexanik hisoblar, ularning har biri mavjud bo'lgan. Ularning soni chidamli simule elektronlar sonini oshirish o'sadi. Misol uchun, 50 elektronlar ikki 50-daraja variantlari mavjud. Bu ulkan , ko'p sonli, shuning uchun u bugun hisoblash mumkin emas. fizika ulanish axborot nazariyasi kabi muammolarni hal qilish yo'lini ishora mumkin. 50 kubitovnomu kompyuter buni mumkin.

Yangi davrning Dawn

Landon ezilgan, prezident va 1QBit asoschilaridan, kvant protsessori ko'ra - bu subatomic dunyo qayta ishlash kuch ishlatish mumkin, u yangi materiallar yoki yangi dori vositalari yaratish olish muhim ahamiyatga ega. dizayn, yangi davrning uchun kashfiyot paradigma bir o'zgarish yo'q. Misol uchun, kvant hisoblash atmosferadan, uglerod va azot chiqarib, va shunday qilib, global iqlim o'zgarishi to'xtatish yordam berish uchun imkon beradi, katalizatorlar, model uchun foydalanish mumkin.

taraqqiyot birinchi o'rinda

Bu texnologiya ishlab chiquvchilar jamoasi juda xursand va band faoliyati hisoblanadi. start-ups, korporatsiyalar, universitetlar va davlat laboratuvarlarındaki dunyo bo'ylab jamoalar kvant ma'lumot qayta ishlash uchun turli yondashuvlar foydalanish poyga mashina, barpo etiladi. Merilend universiteti va Texnologiya standartlar va milliy instituti tadqiqotchilari ishtirok qo'lga ionlari, yaratilgan qubit süperiletken qubits va chips. Microsoft kimning mavjudligi xulosa ispatlanmadığından nodavlat Abel anyonun amal qilish maqsadi bo'lgan Station Q deb nomlangan topologik yondashuv, rivojlanadi.

Yili ehtimol rivoji,

Va bu faqat boshlanishi. May 2017 oxirida kvant-turi CPU soni noyob, tez yoki yaxshi bir klassik kompyuter ortiq narsa qilyapsan nol bo'ladi. Ushbu tadbir "kvant ustunlik" belgilangan bo'ladi, lekin hozirgacha bu amalga oshmadi. Bu kabi erta, bu yil bo'lib bo'lishi mumkin, deb ehtimol bo'lsa-da. Eng o'yinchilar Google fizika professori, Santa Barbara Kaliforniya universiteti, Jon Martin boshchiligidagi guruh, aniq sevimli ekanligini bildirdi. Uning maqsadi - 49-qubit protsessori yordamida ustun erishish uchun. May oxiriga kelib 2017 jamoasi muvaffaqiyatli klassik kompyuter demontaj yo'lidagi oraliq qadam sifatida 22-qubit yonga sinovdan o'tkazdi.

Qanday qilib barcha boshladi?

o'n yillar davomida axborot qayta ishlash uchun kvant mexanikasi foydalanib g'oyasi. IBM va MIT birgalikda hisoblash fizika konferentsiya o'tkazdi qachon asosiy voqealardan biri, 1981 yilda sodir bo'lgan. mashhur fizik Richard Feynman bir kvant kompyuter qurish taklif. Unga ko'ra, simulyatsiya uchun kvant mexanikasi vositalari foyda olish kerak. u qadar oson qarash emas, chunki u, bir katta qiyinchilik bo'ldi. toplamsal narsadan - kvant protsessor operatsion tamoyili atomlarning g'alati xususiyatlari bir qator asoslangan. Zarrachalar bir vaqtning o'zida ikki davlat bo'lishi mumkin. o'lchash Biroq, bu ularga faqat bir bo'ladi. Va u ehtimollik nazariyasi nuqtai nazaridan tashqari, qaysi bashorat qilish mumkin emas. Bu ta'sir kuzatuvchi dikizlemek yashirincha emas, deb qutisiga uzoq sifatida bir vaqtning o'zida o'lik va tirik bir fikr eksperiment Schrödinger ning mushuk, asosidir. Hech narsa, bu yo'l bilan kundalik hayotda ishlaydi. Biroq, qariyb 1 million XX asr boshidan beri olib borilgan tajribalar, tarkibi mavjud ekanligini ko'rsatadi. Va keyingi qadam, bu tushunchani qanday foydalanish izlab bo'ladi.

Kvant Protsessor: Ish Ta'rif

Classic bit, u raqamlar ko'paya mumkin, qiymatini 0 yoki 1 bo'lishi suratlar chizish mumkin va ular "mantiq darvozasi" (d. VA, YOKI, EMAS, va hokazo) orqali bir chiziq o'tkazib, agar shunday qilib. N. Qubit ham 0 bo'lishi mumkin, 1 yoki har ikkala. Sen, 2 qubit chalkash, bo'lsa, u ularni mukammal Bog'liq qiladi. mantiq eshiklaridan foydalanishingiz mumkin kvant protsessor kiriting. T. N. Hadamard darvozasi, masalan, mukammal bir süperpozisyon davlat qubit qo'yadi. ketma-ket kelishi va chalkashlik sub-atom hisoblar salohiyatini yozmoq boshlaydi chaqqonlik joylashganda kvant darvozasi bilan birga bo'lsa. 2 qubit 4 davlatlar o'rganish imkonini beradi: 00, 01, 10 va 11 kabi kvant protsessor ishlash printsipi mantiq operatsiyalari ijro imkon birdaniga hamma postlar bilan ishlashni qiladi. Va mavjud davlatlar soni qubits soni hokimiyatga 2 bo'ladi. Agar 50-qubit universal kvant kompyuter qilish, agar shunday bo'lsa, u bir vaqtning o'zida barcha 1,125 kvadrillion birleşimlerini o'rganish uchun nazariy mumkin.

Kudity

Rossiyada Kvant protsessor bir oz boshqacha qarang. MIPT va rus kvant markazi olimlari turli "energiya" darajasi bilan bir necha "virtual" qubits vakili "kudity" yaratilgan.

amplituda

yozing kvant protsessor kvant mexanikasi amplitüdler asoslangan afzalligi bor. Ehtimollar amplituda o'xshash, lekin ular ham salbiy bo'lishi mumkin, va murakkab sonlar. Agar bir hodisa yuzaga hisoblash bo'lsangiz Bas, siz ularning rivojlanishi variantlari amplitudali barcha turdagi qo'shishingiz mumkin. Kvant hisoblash g'oyasi o'rnatish uchun harakat qilishdir aralashish naqsh noto'g'ri javob yo'llarini ba'zi bir ijobiy amplitüdünü edi, shunday qilib, va ba'zi bir - salbiy, shuning uchun ular bir-biriga bekor edi. to'g'ri javob uchun etakchi yo'l bir-biri bilan bosqichida bo'lgan amplitüdlerin bor edi. hiyla Agar javob to'g'ri, nima oldindan bilmagan holda, hamma narsani tashkil qilish kerak, deb. ijobiy va salbiy amplitüdler o'rtasida aralashish salohiyati bilan birga, shuning uchun ko'rsatkichli kvant Shtatlari hisoblash ushbu turdagi bir afzalligi hisoblanadi.

Shor ning algoritm

kompyuter hal olmaydi ko'p vazifalar bor. shifrlash kabi. muammo u 200-raqam raqam bosh omillar topish oson emas. Noutbuklarni yaxshi dasturiy ta'minot bilan ishlayotgan bo'lsa ham, siz yil javob topish uchun kutish kerak bo'lishi mumkin. Shuning uchun, kvant kompyuter yana bir burilish nuqtasi Piter shor 1994 yilda chop etilgan algoritm aylandi, endi afsona matematika professori bo'lgan. Uning usuli hali mavjud bo'lmagan bir kvant kompyuter yordamida bir qator omillar topish. Aslida, algoritm to'g'ri javob bilan maydon ko'rsatadi ishlashini, amalga oshiradi. Keyingi yili, shor kvant xato tuzatish uchun bir usul kashf. Ba'zi hollarda ko'proq kuchli bo'lishi mumkin hisoblash muqobil usuli, - So'ngra, ko'p u ekanligini tushunib etdim. So'ngra ular orasidagi qubits va mantiq darvozalarini yaratish fiziklar tomonidan qiziqish katta o'sish ergashdi. Va endi, ikki yil o'tib, insoniyat to'laqonli kvant kompyuter yaratish yoqasida emas.