Quantum processor: beskrivelsen, virkemåde

Kvantecomputere, i det mindste i teorien, for at nævne et par årtier. Moderne typer maskiner, der bruger ikke-klassisk mekanik til håndtering potentielt umådelige mængder af data, er blevet et stort gennembrud. Ifølge udviklerne, deres gennemførelse var måske den mest avancerede teknologi nogensinde er skabt. Quantum processorer opererer på et niveau af stof, hvoraf menneskeheden har kendt kun 100 år siden. Potentialet af sådanne beregninger er enorm. Ved hjælp af bizarre kvanteegenskaber vil fremskynde beregningerne, så mange opgaver, der i øjeblikket klassiske computere ikke råd til at blive løst. Og ikke kun med hensyn til kemi og materialevidenskab. Wall Street er også viser interesse.

Investering i fremtiden

CME Group har investeret i Vancouver selskab 1QB Information Technologies Inc., udvikler software til Quantum typen processorer. Ifølge investorer, vil sandsynligvis have den største indvirkning på industrien, som arbejder med store mængder af følsomme data til anden disse beregninger. Et eksempel på sådanne kunder er finansielle institutioner. Goldman Sachs investeret i D-Wave Systems, og virksomheden In-Q-Tel finansieret af CIA. Den første fremstiller maskiner, der gør, hvad der kaldes en "kvante udglødning", dvs.. E. beslutter det lave niveau optimering problem ved hjælp af en kvante-processor. Intel er også involveret i at investere i denne teknologi, selv om den anser implementeringen af den fremtidige forretning.

Hvorfor det?

Grunden til, at kvantecomputere er så spændende, ligger i deres perfekte kombination med machine learning. I øjeblikket er det den vigtigste anvendelse for sådanne beregninger. Dels er det en konsekvens af ideen om en kvantecomputer - ved hjælp af en fysisk enhed til at søge efter løsninger. Nogle gange konceptet forklares ved eksempel af spillet Angry Birds. At simulere interaktionen af tyngdekraften og kolliderende objekter CPU tablet anvender matematiske ligninger. Quantum processorer sætte denne tilgang på hovedet. De "smide" et par fugle, og se hvad der sker. På mikrochip skriftlig opgave: det er en fugl, de smider hvad den optimale bane? Så tjekket alle de mulige løsninger, eller i det mindste en meget stor kombination af dem, og svaret er givet. I en kvantecomputer er problemer løses ikke en matematiker, fysikkens love arbejde i stedet.

Hvordan virker det?

De grundlæggende byggesten i vores verden - den kvantemekaniske. Hvis man ser på molekyler, årsagen til hvilket de er dannet, og forblive stabil - interaktionen af elektron orbitaler. Alle kvantemekaniske beregninger er indeholdt i hver af dem. Deres antal vokser eksponentielt øge antallet af simulerede elektroner. For eksempel, at 50 elektroner eksistere i to 50-graders muligheder. Dette fænomenalt stort antal, så det kan ikke beregne i dag. Tilslutning informationsteori til fysik kan vise vejen til at løse sådanne problemer. 50 kubitovnomu computer kan gøre det.

Dawn på en ny æra

Ifølge Landon Downs, præsident og medstifter af 1QBit, kvante-processor - det er muligt at bruge den regnekraft af subatomare verden, er det afgørende at opnå nye materialer eller oprettelsen af nye lægemidler. Der er et skift fra paradigme for opdagelse til en ny æra af design. For eksempel kan kvantecomputere bruges til at modellere katalysatorer, som tillader at udtrække carbon og nitrogen fra atmosfæren, og dermed hjælpe med at stoppe den globale opvarmning.

På forkant med udviklingen

fællesskab af udviklere af denne teknologi er meget begejstrede og travl aktivitet. Hold rundt om i verden i nystartede virksomheder, virksomheder, universiteter og offentlige laboratorier er ved at opbygge en racerbil, som anvender forskellige tilgange til kvante informationsbehandling. Skabt qubit superledende qubits og chips på tilfangetagne ioner, som involverede forskere fra University of Maryland og National Institute of Standards and Technology. Microsoft udvikler topologisk model kaldet Station Q, som har til formål er at anvende ikke-Abelian anion, hvis eksistens ikke er blevet endegyldigt bevist.

År sandsynlig gennembrud

Og dette er kun begyndelsen. Ved udgangen af maj 2017 antallet af kvante-type processorer er entydigt gør noget hurtigere eller bedre end en klassisk computer, er nul. Denne begivenhed vil sætte "kvante overlegenhed", men indtil videre har det ikke skete. Selv om det er sandsynligt, at dette kunne ske så tidligt som i år. De fleste insidere sagde, at Google er den klare favorit i gruppen, der ledes af professor i fysik, University of California i Santa Barbara, John Martin. Dens formål - at opnå overlegen computing ved hjælp af 49-qubit processor. Ved udgangen af maj 2017 hold succes testet den 22-qubit chip som et mellemliggende skridt til afviklingen af klassisk supercomputer.

Hvordan det hele begyndte?

Tanken om at bruge kvantemekanik til informationsbehandling i årtier. Et af de vigtigste begivenheder fandt sted i 1981, da IBM og MIT i fællesskab arrangeret en konference om beregningsmæssige fysik. Den berømte fysiker Richard Feynman foreslog at bygge en kvantecomputer. Ifølge ham, til simulering bør benytte sig af midlerne til kvantemekanikken. Og det er en stor udfordring, fordi det ikke ser så let. I quantum processor princippet drift er baseret på en række mærkelige atomers egenskaber - superposition og entanglement. Partiklen kan være i to tilstande samtidigt. Men når man måler det vil blot være en af dem. Og det er umuligt at forudsige, hvor, bortset fra perspektivet af teorien om sandsynlighed. Denne effekt er grundlaget for et tankeeksperiment Schrödingers kat, som er i kassen samtidigt døde og live så længe som observatøren ikke at snige pip. Intet fungerer i hverdagen på denne måde. Men omkring 1 million af eksperimenter udført siden begyndelsen af det tyvende århundrede, viser, at sammensætningen eksisterer. Og det næste skridt er at finde ud af at bruge dette koncept.

Quantum processor: jobbeskrivelse

Klassiske bit kan have værdien 0 eller 1, er det muligt at formere tal, tegne billeder og så videre. N. qubit kan også være 0, hvis de går glip af en linje gennem "logiske gates" (d. AND, OR, NOT, etc.), 1 eller begge. Hvis fx 2 qubit viklet ind, det gør dem perfekt korreleret. skriv kvante-processor kan bruge logiske gates. T. N. Hadamard gate, for eksempel, sætter qubit'en i en superposition tilstand af perfekt. Hvis superposition og sammenfiltring kombineret med smart placerede kvantegates, der begynder at udfolde potentialet i sub-atomare beregninger. 2 tillader studiet af qubit'en 4 hedder: 00, 01, 10 og 11. Driften princippet om kvante-processor, således at udførelse af logiske operationer gør det muligt at arbejde med alle positioner på en gang. Og antallet af tilgængelige tilstande er 2 til potensen af antallet af qubits. Så hvis du laver en 50-qubit universelle kvantecomputer, er det teoretisk muligt at undersøge alle 1.125 quadrillion kombinationer på samme tid.

Kudity

Quantum processor i Rusland se lidt anderledes. Forskere fra MIPT og russisk kvante center skabt "kudity" repræsenterer flere "virtuelle" qubits med forskellige "energi" niveauer.

amplitude

skrive quantum processor har den fordel, at kvantemekanikken er baseret på amplituderne. Sandsynlighed amplituder er ens, men de kan også være negativ, og komplekse tal. Så hvis du ønsker at beregne sandsynligheden for en begivenhed, kan du tilføje alle former for amplituden af deres udviklingsmuligheder. Ideen om kvantecomputere er at forsøge at opsætte interferensmønstret således at nogle af de måder at forkerte svar haft en positiv amplitude, og nogle - en negativ, så de ville annullere hinanden. En sti, der fører til det korrekte svar ville have amplituder, som er i fase med hinanden. Tricket er, at du har brug for at organisere alt, uden at vide på forhånd, hvad svaret er korrekt. Så eksponentielle kvantetilstande i kombination med potentiale for interferens mellem de positive og negative amplituder er en fordel ved denne type beregning.

Shor algoritme

Der er mange opgaver, at computeren ikke er i stand til at løse. Såsom kryptering. Problemet er, at det ikke er så let at finde de vigtigste faktorer for en 200-cifret nummer. Selv hvis den bærbare computer kører med fremragende software, kan du nødt til at vente i årevis for at finde svaret. Derfor har endnu en milepæl i kvantecomputere bliver en algoritme offentliggjort i 1994 af Peter Shore, er nu en professor i matematik på MIT. Hans metode er at finde de faktorer, et stort antal ved hjælp af en kvantecomputer, som ikke fandtes endnu. Faktisk algoritmen udfører operationen, hvilket indikerer det område med det korrekte svar. Det følgende år, Shore opdaget en metode til kvantefejlretning. Så mange har indset, at det er - et alternativ beregningsmetode, som i nogle tilfælde kan være mere kraftfuld. Derefter fulgte en bølge af interesse fra fysikere at skabe qubits og logiske gates mellem dem. Og nu, to årtier senere, menneskeheden er på randen af at skabe et fuldgyldigt kvantecomputer.