Prosesor kuantum: deskripsi, prinsip operasi

komputasi kuantum, setidaknya dalam teori, untuk menyebutkan beberapa dekade. modern jenis mesin yang menggunakan mekanik non-klasik untuk menangani berpotensi jumlah yang tak terhitung data, telah menjadi terobosan besar. Menurut pengembang, pelaksanaannya mungkin adalah teknologi yang paling canggih yang pernah dibuat. prosesor kuantum beroperasi pada tingkat materi, yang manusia telah dikenal hanya 100 tahun yang lalu. Potensi perhitungan tersebut sangat besar. Menggunakan sifat kuantum aneh akan mempercepat perhitungan, begitu banyak tugas yang saat ini komputer klasik tidak mampu untuk diselesaikan. Dan tidak hanya di bidang kimia dan ilmu material. Wall Street juga menunjukkan minat.

Investasi di masa depan

CME Group telah menginvestasikan perusahaan Vancouver 1QB Informasi Technologies Inc, mengembangkan perangkat lunak untuk jenis prosesor Quantum. Menurut investor, perhitungan ini cenderung memiliki dampak terbesar pada industri, yang bekerja dengan sejumlah besar data sensitif terhadap waktu. Contoh dari pelanggan tersebut adalah lembaga keuangan. Goldman Sachs berinvestasi di D-Wave Systems, dan perusahaan In-Q-Tel didanai oleh CIA. Yang pertama memproduksi mesin yang membuat apa yang disebut "anil kuantum", yaitu. E. Memutuskan masalah optimasi tingkat rendah menggunakan prosesor kuantum. Intel juga terlibat dalam investasi di bidang teknologi ini, meskipun menganggap pelaksanaan bisnis masa depan.

Mengapa melakukannya?

Alasan bahwa komputasi kuantum sangat menarik, terletak pada kombinasi sempurna mereka dengan mesin belajar. Saat ini, aplikasi utama untuk perhitungan tersebut. Sebagian ini merupakan konsekuensi dari gagasan tentang komputer kuantum - menggunakan perangkat fisik untuk mencari solusi. Kadang-kadang konsep dijelaskan oleh contoh dari game Angry Birds. Untuk mensimulasikan interaksi gravitasi dan bertabrakan benda CPU tablet menggunakan persamaan matematika. Quantum Prosesor menempatkan pendekatan ini di atas kepalanya. Mereka "membuang" beberapa burung, dan menonton apa yang terjadi. Pada microchip ditulis tugas: itu burung, mereka melemparkan apa lintasan yang optimal? Kemudian memeriksa semua solusi yang mungkin, atau setidaknya kombinasi yang sangat besar dari mereka, dan jawabannya diberikan. Dalam kuantum komputer masalah ini diselesaikan bukan matematika, hukum kerja fisika sebagai gantinya.

Bagaimana cara kerjanya?

Blok bangunan dasar dari dunia kita - kuantum mekanik tersebut. Jika Anda melihat molekul, alasan yang mereka terbentuk dan tetap stabil - interaksi orbital elektron. Semua perhitungan kuantum mekanik yang terkandung dalam masing-masing. Jumlah mereka tumbuh secara eksponensial meningkatkan jumlah elektron simulasi. Sebagai contoh, 50 elektron ada di dua pilihan 50 derajat. fenomenal ini jumlah besar, sehingga tidak dapat menghitung hari. Koneksi informasi teori fisika bisa menunjukkan jalan untuk memecahkan masalah tersebut. 50 kubitovnomu komputer dapat melakukannya.

Fajar era baru

Menurut Landon Downs, presiden dan co-pendiri 1QBit, prosesor kuantum - adalah mungkin untuk menggunakan kekuatan pemrosesan dari dunia sub-atomik, sangat penting untuk mendapatkan bahan-bahan baru atau penciptaan obat-obatan baru. Ada pergeseran dari paradigma penemuan untuk era baru desain. Sebagai contoh, komputasi kuantum dapat digunakan untuk model katalis yang memungkinkan untuk mengekstrak karbon dan nitrogen dari atmosfer, dan dengan demikian membantu menghentikan pemanasan global.

Di garis depan kemajuan

komunitas pengembang teknologi ini sangat bersemangat dan aktivitas yang sibuk. Tim di seluruh dunia dalam start-up, perusahaan, universitas dan laboratorium pemerintah sedang membangun sebuah mobil balap, yang menggunakan pendekatan yang berbeda untuk pengolahan informasi kuantum. Dibuat qubit qubit superkonduktor dan chip pada ion ditangkap, yang melibatkan para peneliti dari University of Maryland dan Institut Nasional Standar dan Teknologi. Microsoft mengembangkan pendekatan topologi disebut Station Q, yang tujuannya adalah untuk menerapkan non-Abelian anion yang keberadaannya belum terbukti secara meyakinkan.

Tahun terobosan kemungkinan

Dan ini hanya awal. Pada akhir Mei 2017 jumlah kuantum tipe prosesor melakukan sesuatu yang unik lebih cepat atau lebih baik dari komputer klasik, adalah nol. Acara ini akan mengatur "superioritas kuantum", tapi sejauh ini belum terjadi. Meskipun ada kemungkinan bahwa ini bisa terjadi pada awal tahun ini. Kebanyakan orang dalam mengatakan bahwa Google adalah favorit jelas kelompok yang dipimpin oleh Profesor Fisika, Universitas California di Santa Barbara, John Martin. Its tujuan - untuk mencapai komputasi unggul dengan bantuan prosesor 49-qubit. Pada akhir Mei 2017 tim berhasil menguji chip 22-qubit sebagai langkah menengah terhadap pembongkaran superkomputer klasik.

Bagaimana semuanya dimulai?

Ide menggunakan mekanika kuantum untuk pengolahan informasi selama beberapa dekade. Salah satu peristiwa penting terjadi pada tahun 1981, ketika IBM dan MIT bersama-sama menyelenggarakan konferensi tentang fisika komputasi. Yang terkenal fisikawan Richard Feynman diusulkan untuk membangun sebuah komputer kuantum. Menurut dia, untuk simulasi harus mengambil keuntungan dari alat mekanika kuantum. Dan itu adalah tantangan besar, karena tidak terlihat begitu mudah. Dalam prosesor kuantum prinsip operasi didasarkan pada sejumlah properti yang aneh dari atom - superposisi dan belitan. partikel bisa berada di dua negara pada waktu yang sama. Namun, ketika mengukur itu akan menjadi salah satu dari mereka. Dan tidak mungkin untuk memprediksi di mana, kecuali dari perspektif teori probabilitas. Efek ini adalah dasar dari eksperimen pikiran kucing Schrödinger, yang di dalam kotak secara bersamaan mati dan hidup selama pengamat tidak menyelinap mengintip. Tidak ada yang bekerja di kehidupan sehari-hari dengan cara ini. Namun, sekitar 1 juta dari percobaan yang dilakukan sejak awal abad kedua puluh, menunjukkan bahwa komposisi memang ada. Dan langkah berikutnya adalah mencari tahu bagaimana menggunakan konsep ini.

prosesor Quantum: deskripsi pekerjaan

bit klasik mungkin memiliki nilai 0 atau 1, adalah mungkin untuk memperbanyak angka, menggambar dan sebagainya. N. qubit juga bisa 0 jika mereka melewatkan garis melalui "gerbang logika" (d. AND, OR, NOT, dll), 1 atau keduanya. Jika, katakanlah, 2 qubit terjerat, itu membuat mereka sempurna berkorelasi. ketik prosesor kuantum dapat menggunakan gerbang logika. T. N. Hadamard gerbang, misalnya, menempatkan qubit dalam keadaan superposisi dari sempurna. Jika superposisi dan belitan dikombinasikan dengan gerbang kuantum cerdik diposisikan, yang mulai terungkap potensi perhitungan sub-atom. 2 memungkinkan studi tentang qubit 4 negara: 00, 01, 10 dan 11. Prinsip operasi dari prosesor kuantum sehingga pelaksanaan operasi logika memungkinkan untuk bekerja dengan semua posisi sekaligus. Dan jumlah negara yang tersedia adalah 2 pangkat dari jumlah qubit. Jadi, jika Anda membuat 50-qubit komputer kuantum universal, secara teori mungkin untuk memeriksa semua 1.125 kuadriliun kombinasi secara bersamaan.

Kudity

prosesor kuantum di Rusia melihat sedikit berbeda. Para ilmuwan dari MIPT dan pusat kuantum Rusia menciptakan "kudity" mewakili beberapa "virtual" qubit dengan berbagai tingkat "energi".

amplitudo

ketik prosesor kuantum memiliki keuntungan bahwa mekanika kuantum didasarkan pada amplitudo. amplitudo probabilitas yang sama, tetapi mereka juga mungkin negatif, dan bilangan kompleks. Jadi, jika Anda ingin menghitung probabilitas dari suatu peristiwa, Anda dapat menambahkan semua jenis amplitudo pilihan perkembangan mereka. Ide komputasi kuantum adalah mencoba untuk setup pola interferensi sehingga beberapa cara untuk jawaban yang salah memiliki amplitudo yang positif, dan beberapa - negatif, sehingga mereka akan membatalkan satu sama lain. Sebuah jalan menuju jawaban yang benar akan memiliki amplitudo yang berada di fase satu sama lain. Kuncinya adalah bahwa Anda perlu untuk mengatur segala sesuatu, tanpa mengetahui terlebih dahulu apa jawabannya benar. negara kuantum Jadi eksponensial dalam kombinasi dengan potensi interferensi antara amplitudo positif dan negatif merupakan keuntungan dari jenis perhitungan.

Algoritma Shor

Ada banyak tugas yang komputer tidak dapat menyelesaikan. Seperti enkripsi. Masalahnya adalah bahwa hal itu tidak begitu mudah untuk menemukan faktor prima dari sejumlah 200-digit. Bahkan jika laptop berjalan dengan perangkat lunak yang sangat baik, Anda mungkin harus menunggu selama bertahun-tahun untuk menemukan jawabannya. Oleh karena itu, tonggak lain dalam komputasi kuantum telah menjadi algoritma yang diterbitkan pada tahun 1994 oleh Peter Shore, sekarang menjadi profesor matematika di MIT. Metodenya adalah untuk menemukan faktor-faktor dari sejumlah besar dengan menggunakan komputer kuantum, yang tidak ada belum. Bahkan, algoritma melakukan operasi, yang menunjukkan daerah dengan jawaban yang benar. Tahun berikutnya, Shore menemukan sebuah metode koreksi kesalahan kuantum. Kemudian, banyak yang menyadari bahwa itu adalah - metode alternatif perhitungan, yang dalam beberapa kasus dapat lebih kuat. Kemudian disusul gelombang bunga dari fisikawan untuk membuat qubit dan gerbang logika di antara mereka. Dan sekarang, dua dekade kemudian, umat manusia di ambang menciptakan sebuah komputer kuantum penuh.