Procesor cuantic: descrierea, principiul de funcționare

Quantum de calcul, cel puțin în teorie, pentru a menționa câteva decenii. Tipuri moderne de mașini care folosesc mecanica neclasice pentru manipularea potențial cantități imense de date, au devenit un mare progres. Potrivit dezvoltatorilor, punerea lor în aplicare a fost, probabil, cea mai sofisticată tehnologie creată vreodată. procesoare cuantice operează la niveluri de materie, din care omenirea le-a cunoscut în urmă cu 100 de ani. Potențialul acestor calcule este imens. Folosind proprietățile cuantice bizare va accelera calculele, atât de multe sarcini care sunt în prezent computerele clasice nu își pot permite să fie rezolvate. Și nu numai în domeniul chimiei și știința materialelor. Wall Street arată, de asemenea, un interes.

Investiția în viitor

CME Group a investit compania Vancouver 1QB Information Technologies Inc, dezvolta software pentru procesoare de tip Quantum. Potrivit investitorilor, aceste calcule sunt susceptibile de a avea cel mai mare impact asupra industriei, care lucrează cu cantități mari de date sensibile la timp. Un exemplu de astfel de clienți sunt instituții financiare. Goldman Sachs a investit în D-Wave Systems, iar compania In-Q-Tel finanțat de CIA. Prima produce mașini care fac ceea ce se numește „recoacere cuantică“, adică. E. Decide problema de optimizare de nivel scăzut folosind un procesor cuantic. Intel este, de asemenea, implicat în a investi în această tehnologie, deși consideră că punerea în aplicare a viitoarei afaceri.

De ce o fac?

Motivul pentru care de calcul cuantic este atât de interesant, constă în combinația lor perfectă cu masina de învățare. În prezent, aceasta este principala aplicație pentru astfel de calcule. Parțial acest lucru este o consecință a ideii unui computer cuantic - folosind un dispozitiv fizic pentru a căuta soluții. Uneori, conceptul explicat prin exemplul de joc Angry Birds. Pentru a simula interacțiunea dintre gravitație și tabletă obiecte CPU utilizează coliziunea ecuații matematice. Quantum Procesoarele a pus această abordare pe cap. Ei „arunca“ câteva păsări, și urmăriți ce se întâmplă. La microcip scris sarcină: este o pasăre, ei ce traiectoria optimă arunca? Apoi, verificat toate soluțiile posibile, sau cel puțin o combinație foarte mare de ei, și este dat răspunsul. Într - un cuantum de calculator probleme sunt rezolvate nu un matematician, legile fizicii de lucru în loc.

Cum funcționează?

Blocurile de construcție de bază ale lumii noastre - cuanta-mecanice. Dacă te uiți la moleculele, motivul pentru care acestea sunt formate și rămân stabile - interacțiunea dintre orbitalii de electroni. Toate calculele cuantice-mecanice sunt conținute în fiecare dintre ele. Numarul lor creste crește exponențial numărul de electroni simulate. De exemplu, 50 de electroni să existe în două variante de 50 de grade. Acest fenomenal număr mare, astfel încât nu se poate calcula astăzi. Teoria Informații de conectare la fizică poate indica calea spre rezolvarea unor astfel de probleme. 50 calculator kubitovnomu poate face acest lucru.

Zorii unei noi ere

Potrivit lui Landon Downs, presedinte si co-fondator al 1QBit, procesor cuantic - este posibil să se utilizeze puterea de procesare a lumii subatomice, este esențial să se obțină materiale noi sau crearea de noi medicamente. Există o schimbare de paradigma de descoperire a unei noi ere a designului. De exemplu, calculul cuantic poate fi folosit pentru a modela catalizatori care permit extragerea de carbon și azot din atmosferă, contribuind astfel la oprirea încălzirii globale.

În prima linie a progresului

comunitate de dezvoltatori din această tehnologie este extrem de excitat și activitatea ocupat. Echipe din întreaga lume în start-up-uri, corporații, universități și laboratoare guvernamentale construiesc o masina de curse, care utilizează abordări diferite pentru prelucrarea informației cuantice. Creat qubiți supraconductoare qubit si chips-uri de pe ionii capturate, care a implicat cercetatori de la Universitatea din Maryland și Institutul Național de Standarde și Tehnologie. Microsoft dezvoltă abordare topologice numit Station Q, al cărui scop este de a aplica non-abeliene anioni a căror existență nu a fost dovedită în mod concludent.

Anul descoperire probabilă

Și acesta este doar începutul. La sfârșitul lunii mai 2017, numărul de procesoare de tip cuantic fac unic ceva mai repede sau mai bine decât un calculator clasic, este zero. Acest eveniment va stabili „superioritatea cuantică“, dar până acum nu sa întâmplat. Deși este posibil ca acest lucru ar putea întâmpla cât mai devreme în acest an. Cele mai multe din interior a declarat că Google este clar favorit al grupului, condus de profesorul de Fizica, Universitatea din California din Santa Barbara, John Martin. Scopul său - pentru a realiza calcul superioară cu ajutorul procesorului 49-qubit. Până la sfârșitul lunii mai 2017 echipa de testat cu succes cip 22-qubit ca un pas intermediar spre dezmembrarea supercomputer clasice.

Cum a început totul?

Ideea de a folosi mecanicii cuantice pentru prelucrarea informațiilor de zeci de ani. Unul dintre evenimentele-cheie a avut loc în 1981, atunci când IBM și MIT a organizat în comun o conferință pe tema fizica computațională. Celebrul fizician Richard Feynman a propus să construiască un computer cuantic. Potrivit lui, pentru simulare ar trebui să profite de mijloacele mecanicii cuantice. Și este o mare provocare, deoarece nu pare atât de ușor. În procesor cuantic principiu de funcționare se bazează pe un număr de proprietăți ciudate ale atomilor - superpoziție și entanglement. Particula poate fi în două stări în același timp. Cu toate acestea, atunci când măsurarea va fi doar unul dintre ele. Și este imposibil de prezis, în care, cu excepția din perspectiva teoriei probabilității. Acest efect este baza unui experiment de gândire pisica lui Schrödinger, care se află în cutia simultan morți și în viață, atâta timp cât nu este observatorul să se strecoare peep. Nimic nu funcționează în viața de zi cu zi în acest fel. Cu toate acestea, aproximativ un milion de experimente efectuate de la începutul secolului al XX-lea, arată că compoziția nu există. Iar următorul pas este imaginind cum să folosească acest concept.

Procesor Quantum: Descriere job

biți Classic poate avea valoarea 0 sau 1, este posibil să se multiplice numere, desena imagini și așa mai departe. N. qubit poate fi, de asemenea 0 în cazul în care pierdeți o linie prin „porți logice“ (d. AND, OR, NOT, etc.), 1 sau ambele. Dacă, să zicem, 2 qubit încurcate, ea le face perfect corelate. tipul de procesor cuantic poate folosi porți logice. T. N. Hadamard poarta, de exemplu, pune qubitului într-o stare de superpoziție perfectă. Dacă superpoziție și entanglement combinate cu porți cuantice poziționate inteligent, care încep să se manifeste potențialul calculelor subatomice. 2 permite studiul qubitului 4 state: 00, 01, 10 și 11. Principiul de funcționare al procesorului cuantic astfel încât executarea operațiunilor logice face posibilă pentru a lucra cu toate pozițiile dintr-o dată. Iar numărul de state disponibile este de 2 la puterea a numărului de qubiți. Deci, dacă face un 50-qubit calculator cuantic universal, teoretic, este posibil să se examineze toate combinațiile 1.125 de cvadrilioane simultan.

Kudity

Procesorul Quantum în Rusia vedea un pic diferit. Oamenii de știință de la MIPT si centrul cuantic rus a creat „kudity“ reprezentând mai multe qubitii „virtuale“ cu diferite niveluri de „energie“.

amplitudine

tipul de procesor cuantic are avantajul că mecanica cuantică se bazează pe amplitudinile. amplitudinile de probabilitate sunt similare, dar ele pot fi, de asemenea, negativ, și numere complexe. Deci, dacă doriți să calculeze probabilitatea unui eveniment, puteți adăuga toate tipurile de amplitudine a opțiunilor lor de dezvoltare. Ideea de calcul cuantic este de a încerca să setați modelul de interferență , astfel încât unele dintre modalitățile de răspunsuri greșite au avut o amplitudine pozitivă, iar unele - un negativ, astfel încât acestea să se anuleze reciproc. O cale care duce la răspunsul corect ar avea amplitudini care sunt în fază unul cu celălalt. Trucul este că aveți nevoie pentru a organiza totul, fără a ști dinainte ce răspunsul este corect. stări cuantice Deci, exponențiale în combinație cu potențialul de interferență între amplitudinile pozitive și negative este un avantaj al acestui tip de calcul.

Algoritmul lui Shor

Există mai multe sarcini pe care computerul este în imposibilitatea de a rezolva. Cum ar fi criptare. Problema este că nu este atât de ușor de a găsi factorii principali ai unui număr de 200 de cifre. Chiar dacă laptopul funcționează cu software-ul excelent, va trebui să aștepte ani de zile pentru a găsi răspunsul. Prin urmare, o altă piatră de hotar în calcul cuantic a devenit un algoritm publicat în 1994 de Peter Shore, este acum un profesor de matematică la MIT. Metoda sa este de a găsi factorii de un număr mare utilizând un computer cuantic, care nu exista încă. De fapt, algoritmul efectuează operațiunea, care indică zona cu răspunsul corect. În anul următor, Shore a descoperit o metodă de corectare a erorilor cuantice. Apoi, mulți au dat seama că este - o metodă alternativă de calcul, care, în unele cazuri, poate fi mai puternic. Apoi a urmat un val de interes din partea fizicienilor pentru a crea qubitii și porți logice între ele. Și acum, două decenii mai târziu, omenirea este pe punctul de a crea un computer cuantic cu drepturi depline.