Procesador cuántico: a descrición, principio de funcionamento

A computación cuántica, polo menos en teoría, para mencionar algunhas décadas. modernos tipos de máquinas que usan a mecánica non-clásicas para xestionar potencialmente cantidades incalculables de datos, tornar-se un gran avance. Segundo os desenvolvedores, a súa execución foi quizais a máis sofisticada tecnoloxía xa creado. procesadores cuánticos operar en niveis de materia, de que a humanidade xa coñeceu só 100 anos. O potencial de tales cálculos é inmensa. Usando propiedades quânticas bizarros acelerará os cálculos, tantas tarefas que están actualmente ordenadores clásicos non pode dar ao luxo de ser resolto. E non só no campo da química e ciencia dos materiais. Wall Street tamén está amosando interese.

Investir no futuro

CME Group investiu a empresa Vancouver 1QB Information Technologies Inc, desenvolve software para procesadores de tipo Cuántica. Segundo os investimentos, estes cálculos son susceptibles de ter o maior impacto sobre a industria, que traballan con grandes cantidades de datos sensibles ao tempo. Un exemplo deste tipo de clientes son entidades financeiras. Goldman Sachs investiu D-Wave, ea empresa In-Q-Tel financiado pola CIA. A primeira planta máquinas que fan o que se chama "recozimento cuanto", ie. E. Decide o problema de optimización de baixo nivel usando un procesador cuántico. Intel tamén está involucrada en investir nesta tecnoloxía, aínda que considere a posta en marcha do futuro negocio.

Por que facelo?

A razón pola que a computación cuántica é tan excitante, reside na súa combinación perfecta coa aprendizaxe de máquina. Actualmente, é a principal aplicación para tales cálculos. En parte isto é unha consecuencia da idea dun ordenador cuántico - utilizando un dispositivo físico para buscar solucións. Ás veces, o concepto explicado polo exemplo do xogo Angry Birds. Para simular a interacción de gravidade e tablet obxectos colidindo CPU usa ecuacións matemáticas. Procesadores cuánticos poñer esta visión na súa cabeza. Eles "xogar" algúns paxaros, e mira o que acontece. No microchip escrito tarefa: se un paxaro, xogan o que o ideal traxectoria? Entón verificado todas as posibles solucións, ou polo menos unha gran combinación delas, ea resposta é dada. Nun cuanto informático problemas son resoltos non un matemático, as leis da física funcionan en vez.

Como funciona isto?

Os bloques de construción básicos do noso mundo - a mecánica cuántica. Se ollar para as moléculas, a razón pola que son formados e permanecen estables - a interacción dos orbitais de electróns. Todos os cálculos de mecánica cuántica están contidas en cada un deles. O seu número crece exponencialmente aumentar o número de electróns simulados. Por exemplo, 50 electróns de existir en dúas opcións de 50 graos. Este fenomenal gran número, de xeito que non pode calcular hoxe. teoría da información conexión á física pode apuntar o camiño para resolver tales problemas. 50 ordenador kubitovnomu pode facelo.

Alvorecer dunha nova era

Segundo Landon Downs, presidente e cofundador de 1QBit, procesador cuántico - é posíbel usar o poder de procesamento do mundo subatômico, é crucial para obter novos materiais ou a creación de novos medicamentos. Hai un cambio do paradigma do descubrimento dunha nova era de deseño. Por exemplo, a computación cuántica pode ser utilizado para modelar catalizadores que permiten que o extracto de carbono e de nitróxeno da atmosfera e, así, axudar a deixar o quecemento global.

Na vangarda do progreso

comunidade de desenvolvedores desta tecnoloxía é moi animado e actividade ocupado. Equipos de todo o mundo en start-ups, empresas, universidades e laboratorios do goberno constrúe un coche de carreiras, que usan enfoques diferentes para procesamento de información cuántica. Creado qubits supercondutores qubit e chips sobre os ións capturados, que implica investigadores da Universidade de Maryland e do Instituto Nacional de Estándares e Tecnoloxía. Microsoft desenvolve visión topolóxica chamado Estación Q, cuxa finalidade é aplicar ânion non Abelian cuxa existencia non foi probado finalmente.

Ano avance probable

E este é só o comezo. A finais de maio de 2017 o número de procesadores do tipo cuántico están facendo excepcionalmente algo máis rápido ou mellor que un ordenador clásico, é cero. Este evento pode definir a "superioridade cuanto", pero ata agora iso non aconteceu. Aínda que é probable que iso podería acontecer tan cedo como este ano. A maioría dos insiders dixo que Google é o claro favorito do grupo, liderado polo profesor de Física da Universidade de California en Santa Bárbara, John Martin. A súa finalidade - para alcanzar computación superior coa axuda de procesador de 49-qubit. Para o fin de maio de 2017 equipo probado con éxito o chip 22-qbit como un paso intermedio para o desmantelamento de ordenador clásica.

Como todo comezou?

A idea de usar a mecánica cuántica para o procesamento da información ao longo de décadas. Un dos principais eventos ocorridos en 1981, cando a IBM e MIT organizado conxuntamente unha conferencia sobre física computacional. O famoso físico Richard Feynman propuxo a construír un ordenador cuántico. Segundo el, para a simulación que aproveitar os medios de mecánica cuántica. E é un gran reto, porque non parece tan fácil. En procesador cuántico principio de funcionamento baséase nunha serie de estrañas propiedades de átomos - superposición e emaranhamento. A partícula pode estar en dous estados ao mesmo tempo. Con todo, cando a medición será só un deles. E é imposible predicir en que, a non ser a partir da perspectiva da teoría da probabilidade. Este efecto é a base dun experimento de pensamento do gato de Schrödinger, que está no cadro simultaneamente vivo e morto, mentres que o observador non é a esgueirar-pio. Nada funciona na vida cotiá deste xeito. Con todo, preto de 1 millón de experiencias realizadas desde o inicio do século XX, mostran que a composición existe. E o seguinte paso é descubrir como usar este concepto.

procesador cuántico: descrición do traballo

bocados clásicos pode ter o valor 0 ou 1, é posible multiplicar números, facer fotos e así por diante. N. qubit pode ser 0 se perda unha liña a través de "portas lóxicas" (d. AND, OR, NOT, etc.), unha ou ambas as cousas. Se, por exemplo, 2 qubit enredado, tórnase os perfectamente correlacionados. tipo de procesador cuántico pode usar portas lóxicas. T. N. Hadamard porta, por exemplo, pon o qubit nun estado de superposición de perfecta. Se superposición e emaranhamento quedar portas quânticas intelixentemente posicionado, que comezan a desdobrar-se o potencial de cálculos sub-atómicas. 2 permiten o estudo dos qubit 4 estados: 00, 01, 10 e 11. O principio de funcionamento do procesador cuántico de tal forma que a execución de operacións lóxicas fai posible traballar con todas as posicións dunha soa vez. E o número de estados dispoñibles é 2 elevado á potencia do número de qubits. Entón, se fai un ordenador cuántico universal 50-qubit, é teoricamente posible examinar todo 1.125 quatrilhões de combinacións simultaneamente.

Kudity

procesador cuántico en Rusia ver un pouco diferente. Científicos do teléfono sen fíos e un centro de Quantum ruso creado "kudity" representando varios qubits "virtuais" con varios niveis de "enerxía".

amplitude

tipo de procesador cuántico ten a vantaxe de que a mecánica cuántica baséase nas amplitudes. amplitudes de probabilidade son similares, pero que tamén pode ser negativo, e os números complexos. Entón, se quere calcular a probabilidade dun evento, pode engadir todo tipo de amplitude das súas opcións de desenvolvemento. A idea da computación cuántica é tentar configurar o nivel de interferencia para que algúns dos camiños para respostas erróneas tiña unha amplitude positiva, e algúns - unha negativa, para que anulan mutuamente. Un camiño que conduce á resposta correcta tería amplitudes que están en fase entre si. O truco é que precisa para organizar todo, sen saber de antemán cal é a resposta correcta. Estados cuánticos de xeito exponencial en combinación co potencial de interferencia entre as amplitudes positivas e negativas é unha vantaxe deste tipo de computación.

o algoritmo de Shor

Hai moitas tarefas que o ordenador non é capaz de resolver. Igual cifrado. O problema é que non é tan fácil de atopar os factores primos dun número de 200 díxitos. Mesmo se o portátil funciona con excelente software, pode ter que esperar por anos para atopar a resposta. Polo tanto, un fito na computación cuántica converteuse nun algoritmo publicado en 1994 por Peter Shore, é agora un profesor de matemáticas no MIT. O seu método é atopar os factores de un gran número usando un ordenador cuántico, que aínda non existía. En realidade, o algoritmo realiza a operación, que indican a zona coa resposta correcta. O ano seguinte, Shore descubriu un método de corrección de erro cuántico. Entón, moitos xa viron que é - un método alternativo de cálculo, que nalgúns casos pode ser máis poderoso. Despois seguiuse unha onda de interese de físicos para crear qubits e portas lóxicas entre eles. E agora, dúas décadas despois, a humanidade está á beira de crear un ordenador cuántico de pleno dereito.