Sa afër jemi me zhvillimin e një kompjuteri kuantik? Kompjuteri kuantik - a është vërtet një mister? Si do të ndërtoni një kompjuter kuantik?

Gjithçka ka ardhur në kompjuterët tanë: ne lexojmë lajmet më të fundit në telefonat tanë inteligjentë, punojmë në laptopët tanë gjatë ditës dhe shikojmë filma në tabletët tanë në mbrëmje. Të gjithë këta aksesorë ndajnë një gjë - një procesor silikoni, i cili përbëhet nga miliarda transistorë. Parimi i funksionimit të transistorëve të tillë është i thjeshtë - në varësi të tensionit të furnizuar, në dalje zbulohet një tension i ndryshëm, i cili interpretohet ose si 0 logjik ose si 1 logjik. Për të kryer operacionet në këtë seksion, shkatërrimi është ajo që ne, për shembull, kishim numrin 1101, pastaj pasi ta ndryshonim me 1 bit në të majtë do të jetë 01101, dhe nëse e shkatërroni tani me 1 bit në të djathtë do të jetë 01110. Dhe problemi kryesor është se për të njëjtin seksion mund t'ju duhen dhjetëra operacione të tilla y. Pra, sipas faktit që transistorët janë shumëditarë, një operacion i tillë zgjat nanosekonda, por duke qenë se operacioni shpenzon shumë kohë në orë.

Parimi i kompjuterëve kuantikë robotikë

Një kompjuter kuantik prezanton një metodë krejtësisht të ndryshme llogaritjeje. Le të përfundojmë me kuptimin:

Kompjuter kuantik -pajisje llogaritëse, cilat janë manifestimet e vikoristitmbivendosje kuantikeіngatërresa kuantikepër transmetimin dhe përpunimin e të dhënave.

Nuk u bë më mirë. Mbivendosje kuantike na tregon se një sistem me pabesueshmëri të shpeshtë lind në të gjitha gjendjet e mundshme për të (me të cilin shuma e gjithë pabesueshmërisë, padyshim, është më shumë se 100% ose 1). Le ta heqim nga prapanica. Informacioni në kompjuterët kuantikë ruhet në kubit - ndërsa bitet kryesore mund të vendosen në 0 ose 1, një kubit mund të vendoset në 0, 1, 0 dhe 1 në të njëjtën kohë. Prandaj, duke qenë se ka 3 kubit, për shembull 110, numri i biteve është i barabartë me 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111.

Çfarë na jep? Po të gjitha! Për shembull, ne kemi një fjalëkalim dixhital me 4 karaktere. Procesori Yak yogo zlamuvatime zvichayny? Le të provojmë vetëm nga 0000 në 9999. 9999 në një sistem të dyfishtë duket si 10011100001111, kështu që për këtë hyrje na duhen 14 bit. Prandaj, duke qenë se kemi një PC kuantik me 14 kubit, tashmë e dimë fjalëkalimin: qoftë edhe një nga cilësimet e mundshme të një sistemi të tillë dhe fjalëkalimin! Si rezultat, të gjitha problemet që janë të rëndësishme për superkompjuterët aplikohen në sistemet kuantike menjëherë: a duhet të dini gjuhën e autoriteteve të këndimit? Nuk është problem të ndërtoni një sistem me sa më shumë kubit që të mundeni përpara se të flisni – dhe tashmë do ta keni përgjigjen. A është e nevojshme të krijohet një pjesë e dytë e inteligjencës Nuk mund të jetë më e thjeshtë: ndërsa kompjuteri bazë po provon të gjitha kombinimet, kompjuteri kuantik do të funksionojë në një mënyrë të shpejtë, duke prodhuar përgjigjen më të mirë të mundshme?


Duket se gjithçka është e mrekullueshme, por ekziston një problem i rëndësishëm - si ta dimë rezultatin dhe ta llogarisim atë? Me një PC bazë, gjithçka është e thjeshtë - mund ta marrim dhe ta kapim duke u lidhur drejtpërdrejt me procesorin: 0 dhe 1 logjik atje interpretohen absolutisht lehtësisht si prania dhe prania e një ngarkese. Por ju nuk do të kaloni me kubit - edhe në çdo moment, do të jeni në një gjendje të kënaqur. Dhe këtu ngatërresa kuantike na vjen në ndihmë. Thelbi qëndron në faktin se ju mund të ndani disa pjesë që lidhen një me një (duke folur shkencërisht - pasi, për shembull, projeksioni i pjesës së pasme të njërës pjesë të ngatërruar është negativ, atëherë tjetra do të jetë patjetër pozitive) . Si ju duket në gishta? Le të themi se kemi dy kuti që përmbajnë letër. I mbajmë kutitë përreth, sa herë që ngrihemi hapim njërën prej tyre dhe shohim që letra është në rrudhë horizontale. Kjo automatikisht do të thotë se letra tjetër do të ketë një fytyrë vertikale. Por problemi është se, siç kemi mësuar vetëm ne për gjendjen e një letre (ose grimcave), sistemi kuantik shembet - e di parëndësia, kubitët shndërrohen në bit primare.

Prandaj, llogaritjet në kompjuterët kuantikë janë në thelb një herë: ne po krijojmë një sistem që përbëhet nga grimca të ngatërruara (ne e dimë se ku janë gjysmat e tyre të tjera). Ne kryejmë llogaritjet, dhe pas kësaj ne "hapim kutinë me letër" - mësojmë për gjendjen e grimcave të humbura, dhe rrjedhimisht për gjendjen e grimcave në kompjuterin kuantik, dhe për këtë arsye rezultati llogaritet. Pra, për llogaritjet e reja është e nevojshme të krijohen kube përsëri - thjesht "mbyllni kutinë me letër" nuk do të funksionojë - edhe pse ne tashmë e dimë se çfarë është skalitur në letër.

Problemi është fuqia - si mundet një kompjuter kuantik të zgjedhë menjëherë ndonjë fjalëkalim - si të vjedhë informacionin? Me ardhjen e pajisjeve të tilla, a dini për konfidencialitetin? Sigurisht që jo. I ashtuquajturi kriptim kuantik vjen në shpëtim: bazohet në faktin se kur përpiqeni të "lexoni" gjendjen kuantike, ajo shembet, kështu që është e pamundur të ndaloni askënd.

Kompjuter kuantik në shtëpi

Epo, pjesa tjetër është ushqim - meqenëse kompjuterët kuantikë janë kaq të lezetshëm, të fuqishëm dhe nuk prishen - pse të mos përfitojmë prej tyre? Problemi është i parëndësishëm - pamundësia e zbatimit të një sistemi kuantik në mendjet e zakonshme shtëpiake. Në mënyrë që kubiti të qëndrojë në mbivendosje për një kohë të pacaktuar, kërkohen kushte specifike: një vakum i lartë (pa grimca të tjera), një temperaturë sa më afër zeros Kelvin (për superpërçueshmëri) dhe përveç ndërhyrjes elektromagnetike ( për përfshirjen e sistemit kuantik). Prisni, krijoni mendje të tilla në shtëpi, megjithëse duken të rëndësishme, edhe me përpjekjen më të vogël do të arrini deri në atë pikë ku mbivendosja do të bëhet e panjohur dhe rezultatet e llogaritura do të jenë të pasakta. Një problem tjetër është se kur kubitët ndërveprojnë me njëri-tjetrin, kur ndërveprojnë, ora aktuale e jetës ndryshon në mënyrë katastrofike. Rezultati ka maksimumin më të lartë për këtë ditë - një kompjuter kuantik me nja dy duzina kubit.

Megjithatë, kompjuterët kuantikë të bazuar në D-Wave, të cilët përmbajnë 1000 kubit, nuk kanë erë si kompjuterët kuantikë normalë, sepse nuk ndjekin parimet e ngatërrimit kuantik, kështu që nuk mund të krahasohen me algoritmet kuantike klasike:


Sidoqoftë, pajisje të tilla janë qartësisht (mijëra herë) më të vështira për kompjuterin origjinal, gjë që mund të shkaktojë një avari. Sidoqoftë, nuk është shumë shpejt për të zëvendësuar pajisjet e erë të keqe - për fillim do të duhet ose të mësojmë se si të krijojmë mendje për punën e pajisjeve të tilla, ose, meqë ra fjala, "çuditemi" të praktikojmë pajisje të tilla në mendje. që janë të njohura për ne. Themelet e një tjetri tashmë janë thyer - në vitin 2013, kompjuteri i parë kuantik me dy kubit u krijua në diamant me shtëpi, i cili funksionon në temperaturën e dhomës. Sidoqoftë, është për të ardhur keq - nuk ka llogaritje shtesë, dhe 2 metra kub nuk janë të mjaftueshëm për të llogaritur. Pra, kontrolloni kompjuterët kuantikë edhe më gjatë e më gjatë.

Ne kemi folur për llogaritjen kuantike, teorikisht, për gati një dekadë tani. Llojet moderne të makinerive, duke përdorur mekanikë jo-klasike për të përpunuar detyrime potencialisht të pashmangshme të të dhënave, janë bërë një zbulim i madh. Sipas studiuesve, zbatimi i tyre ishte, ndoshta, teknologjia më komplekse nga të gjitha krijimet. Përpunuesit kuantikë funksionojnë në bazë të materies, për të cilën njerëzimi ka njohur për më shumë se 100 vjet. Potenciali i numrave të tillë është i madh. Rritja e fuqive kimerike të kuanteve do të na lejojë të përshpejtojmë rritjen, që do të thotë se në këtë kohë kompjuterët klasikë janë përtej fuqisë, do të ketë më shumë. Dhe në Galusi nuk mungon as kimia dhe shkenca materiale. Wall Street po tregon gjithashtu presion.

Investimet në të ardhmen

CME Group investoi në 1QB Information Technologies Inc. me bazë në Vankuver, e cila zhvillon procesorë softuerësh të tipit kuantik. Sipas mendimit të investitorëve, përllogaritje të tilla ka të ngjarë të ndikohen nga presionet e përballjes me detyrimet e mëdha të të dhënave të ndjeshme ndaj kohës. Shembulli i shoqëruesve të tillë janë instalimet financiare. Goldman Sachs investoi në D-Wave Systems dhe In-Q-Tel u financua nga CIA. Persha vibron makinat që quhen "shkatërrim kuantik", në mënyrë që detyrat e optimizimit të nivelit të ulët të kryhen duke përdorur një procesor kuantik. Edhe Intel po investon në këtë teknologji dhe është e angazhuar për zbatimin e saj sa më shpejt të jetë e mundur.

Çfarë nevojitet?

Arsyeja pse llogaritjet kuantike janë kaq të pangopura qëndron në kuptimin e tyre ideal të mësimit të makinerive. Në ditët e sotme është suplementi kryesor për sëmundje të tilla. Pjesërisht, vetë ideja e një kompjuteri kuantik është përdorimi i një pajisjeje fizike për të gjetur zgjidhje. Ky koncept mund të shpjegohet duke përdorur lojën Angry Birds. Për të simuluar gravitetin dhe ndërveprimin e objekteve të lidhura, CPU-ja e tabletës përdor një ekuacion matematikor. Procesorët kuantikë e kthejnë këtë qasje plotësisht me kokë poshtë. Disa zogj "hedhin" erërat dhe pyesin veten se çfarë ndodh. Zogjtë regjistrohen në mikroçip, hidhen, cila është trajektorja optimale? Pastaj kontrollohen të gjitha zgjidhjet e mundshme, ose, kur pranojnë njohuritë e tyre të mëdha, del një përfundim. Një kompjuter kuantik nuk është një matematikan, por punon në ligjet e fizikës.

Si punon kjo?

Blloqet kryesore të gjalla të botës sonë janë mekanike kuantike. Nëse shikoni molekulat, arsyeja pse erërat shpërndahen dhe bëhen të qëndrueshme është ndërveprimi i orbitaleve të tyre elektronike. Të gjitha çrregullimet mekanike kuantike ndodhin në lëkurë. Sasia e tyre rritet në mënyrë eksponenciale me numrin e elektroneve që modelohen. Për shembull, për 50 elektrone ka 2 nivele të 50-ta të opsioneve të mundshme. Kjo është fenomenale, është e pamundur ta shesësh sot. Lidhja e teorisë së informacionit me fizikën mund të tregohet derisa të përfundojnë detyra të tilla. Një kompjuter 50 kubitësh është i aftë për këtë.

Agimi i epokës së re

Sipas Landon Downes, president dhe bashkëthemelues i 1QBit, një procesor kuantik ka aftësinë për të llogaritur intensitetin e dritës nënatomike, e cila mund të ketë një rëndësi të madhe për nxjerrjen e materialeve të reja ose krijimin e materialeve të reja. Ka një tranzicion nga paradigma e dizajnit në një seri të re dizajni. Për shembull, llogaritjet kuantike mund të përdoren për të modeluar katalizatorët që lejojnë nxjerrjen e karbonit dhe azotit nga atmosfera, duke ndihmuar kështu në reduktimin e ngrohjes globale.

Në ballë të përparimit

Fuqia e zhvilluesve të kësaj teknologjie është shumë e kuptuar dhe e përfshirë në mënyrë aktive. Ekipet në mbarë botën në startup, korporata, universitete dhe laboratorë rutinë do të jenë në ballë të makinerive që do të eksplorojnë qasje të ndryshme për përpunimin e informacionit kuantik. Në jonet e groposura janë krijuar çipa kubit dhe kubit mbi tela, të cilat po kryhen nga studiues nga Universiteti i Maryland-it dhe Instituti Kombëtar i Standardeve dhe Teknologjisë së Shteteve të Bashkuara. Microsoft po zhvillon një qasje topologjike me emrin Station Q, e cila bazohet në një anion jo-abelian, i cili ende nuk është zhvilluar plotësisht.

Lumi i ngushticës së madhe

Dhe e gjithë kjo është kalli. Kampi në fund të vitit 2017 Ka një numër të përpunuesve të tipit kuantik që padyshim mund të punojnë më shpejt se një kompjuter klasik, krahasuar me zero. Kjo është një ide e mirë për të krijuar një "përparësi kuantike", por ende nuk është realizuar. Unë me të vërtetë dua të di se një tjetër fat mund të lindë. Shumica e njerëzve të brendshëm thonë se i preferuari i dukshëm është grupi Google, së bashku me profesorin e fizikës në UC Santa Barbara, John Martin. Ky meta është arritja e epërsisë llogaritëse me ndihmën e një procesori 49-qubit. Deri në fund të muajit 2017 Ekipi testoi me sukses një çip 22-kubit si një hap i ndërmjetëm përpara se të çmontonte një superkompjuter klasik.

Si nisi e gjitha?

Idetë e përdorimit të mekanikës kuantike për të përpunuar informacionin kanë ekzistuar për dhjetëra vjet. Një nga idetë kryesore doli në 1981, kur IBM dhe MIT organizuan së bashku një konferencë mbi llogaritjen e fizikës. Fizikani i famshëm zhvilloi një kompjuter kuantik. Me fjalë të tjera, për modelimin e gjurmëve, është e nevojshme të përdoren metodat e mekanikës kuantike. Dhe kjo shkreti e mrekullueshme, rrënojat nuk duken kurrë kaq falëse. Procesori kuantik funksionon në bazë të shumë fuqive të mrekullueshme të atomeve - mbivendosje dhe ngatërrim. Disa njerëz mund të jenë në dy vende në të njëjtën kohë. Megjithatë, kur të vdisni, vetëm njëri prej tyre do të shfaqet. Është e pamundur t'i transmetohet dikujt tjetër përveç pozicionit të teorisë së besueshmërisë. Ky efekt qëndron në bazën e eksperimentit të dukshëm me macen e Schrödinger-it, e cila gjendet në kuti njëkohësisht e gjallë dhe e vdekur, derisa roja e vjedhësit nuk është më e dukshme. Asgjë në jetën e përditshme nuk kryhet në këtë mënyrë. Jo më pak, afër 1 milion eksperimente të kryera që nga fillimi i shekullit të njëzetë tregojnë se mbivendosja funksionon në mënyrë efektive. Dhe në të ardhmen e afërt do të shpjegojmë se si ta kapërcejmë këtë koncept.

Procesori kuantik: përshkrimi i robotëve

Bitet klasike mund të marrin vlera 0 ose 1. Nëse e kaloni rreshtin e tyre përmes "portave logjike" (I, ABO, NOT, etj.), mund të shumëzoni numra, të vizatoni imazhe, etj. 1 ose ofenduar brenda natës. Nëse, të themi, 2 kube ngatërrohen, ato duhet të gërryhen plotësisht. Një procesor i tipit kuantik mund të përdorë porta logjike. T. tingull Porta Hadamard, për shembull, e vendos kubitin në mbivendosje të përsosur. Pasi mbivendosja dhe ngatërrimi kombinohen me portat kuantike të projektuara në mënyrë inteligjente, fillon të zbulohet potenciali i llogaritjes nënatomike. 2 kubitë ju lejojnë të gjurmoni 4 numra: 00, 01, 10 dhe 11. Parimi i funksionimit të një procesori kuantik është i tillë që çdo operacion logjik ju lejon të punoni me të gjitha pozicionet në një sekuencë. Dhe numri i stacioneve të disponueshme është më shumë se 2 për numrin e kubitëve. Pra, sapo të ndërtohet një kompjuter kuantik universal 50 kubitësh, teorikisht është e mundur të gjurmohen të gjitha kombinimet 1.125 kuadrilion në një orë.

Kuditi

Procesori kuantik në Rusi funksionon pak më ndryshe. Kohët e fundit, Instituti i Fizikës dhe Teknologjisë në Moskë dhe Qendra Kuantike Ruse krijuan "qubits", të cilët janë një numër kubitësh "virtuale" nga nivele të ndryshme "energjie".

Amplituda

Një procesor i tipit kuantik ka avantazhin që mekanika kuantike bazohet në amplituda. Amplituda janë të ngjashme me ato ekstreme, por mund të jenë edhe numra negativë dhe kompleksë. Gjithashtu, nëse është e nevojshme të zhvillohet potenciali i idesë, është e mundur të zvogëlohet amplituda e varianteve të ndryshme të zhvillimit të tyre. Ideja e llogaritjeve kuantike po testohet në atë mënyrë që veprimet që çojnë në prova të pasakta të kenë një amplitudë të vogël pozitive, dhe veprimet të kenë një amplitudë negative dhe erërat do të kompensonin njëra-tjetrën. Dhe shtigjet që çojnë në lidhjen e saktë janë të vogla në amplitudë, pasi ato ndodhin në fazë njëra pas tjetrës. Truku është se ju duhet të organizoni gjithçka pa e ditur paraprakisht se cila përgjigje është e saktë. Pra, natyra eksponenciale e gjendjeve kuantike, e kombinuar me potencialin për ndërhyrje ndërmjet amplitudave pozitive dhe negative, është avantazhi i llogaritjes së këtij lloji.

Algoritmi i Shorit

Ka shumë njohuri që kompjuteri nuk mund të kontrollohet. Për shembull, enkriptimi. Problemi qëndron në faktin se nuk është aq e lehtë të dish shumëzues të thjeshtë të një numri 200-shifror. Nëse laptopi funksionon me softuer të avancuar, atëherë mund t'ju duhet të kontrolloni rezultatet për të gjetur përgjigjen. Për më tepër, një tjetër moment historik në llogaritjen kuantike ishte algoritmi i publikuar në 1994 nga Peter Shor, tani profesor i matematikës në MIT. Kjo metodë besohet gjerësisht se bazohet në përdorimin e një kompjuteri kuantik, i cili nuk ka ekzistuar kurrë më parë. Në thelb, algoritmi zgjedh operacionet që tregohen në zonë me hyrjen e duhur. Advent fate Shor është një metodë e shtrembër e korrigjimit kuantik të mëshirës. Shumë njerëz e kuptojnë se kjo është një metodë alternative e llogaritjes, e cila në disa raste mund të jetë më e vështirë. Pastaj pati një rritje të interesit nga fizikanët për zhvillimin e kubitëve dhe portave logjike ndërmjet tyre. I boshti, dy dekada më vonë, njerëzimi është në prag të krijimit të një kompjuteri kuantik të plotë.

Gjatë dhjetë viteve të fundit, kompjuterët janë zhvilluar me shpejtësi. Në fakt, brenda kujtesës së një brezi, ato kanë kaluar nga llamba të mëdha që zënë hapësira të mëdha në tableta miniaturë. Kujtesa dhe rrjedhshmëria u rritën me shpejtësi. Kur ka ardhur momenti, kur janë shfaqur problemet, është e pamundur që kompjuterët e përditshëm të mbingarkuar të vijnë në vëmendjen e tyre.

Çfarë është një kompjuter kuantik?

Shfaqja e detyrave të reja, përtej kontrollit të kompjuterëve bazë, nxiti kërkimin për mundësi të reja. Dhe si një alternativë ndaj kompjuterëve bazë, kuanti është shfaqur. Një kompjuter kuantik është një teknologji llogaritëse që bazohet në elementë të mekanikës kuantike. Parimet bazë të mekanikës kuantike u formuluan në fillim të shekullit të kaluar. Kjo pamje na lejoi të zbulonim njohuritë e pasura të fizikës, të cilat gjendeshin në zgjidhjet e fizikës klasike.

Edhe pse teoria e kuanteve ekziston për një shekull tjetër, ajo, si më parë, është e humbur për një numër shumë të vogël fashistësh. Dhe këto janë rezultatet reale të mekanikës kuantike, të cilën e kemi parë tashmë - teknologjia lazer, tomografia. Dhe së fundi, në fund të shekullit të kaluar, teoria e llogaritjeve kuantike u nda nga fizikani Radian Yu. Brenda pesë viteve, David Deutch kishte përqafuar idenë e një makine kuantike.

Çfarë është një kompjuter kuantik?

Megjithatë, infuzioni i ideve ishte më pak falës. Herë pas here raportohet se është krijuar një kompjuter kuantik i mallkuar. Gjigantët e teknologjisë së informacionit po punojnë në zhvillimin e një teknologjie të tillë informatike:

1. D-Wave është një kompani nga Kanadaja që ishte e para që prodhoi kompjuterë të mëdhenj kuantikë. Tim, jo ​​më pak, po pyet se sa janë kompjuterët kuantikë në të vërtetë dhe çfarë avantazhesh japin.
2. IBM krijoi një kompjuter kuantik dhe hapi akses të ri për përdoruesit e internetit për të eksperimentuar me algoritme kuantike. Deri në vitin 2025, kompania planifikon të krijojë një model të bazuar në kërkesat praktike.
3. Google njoftoi lëshimin e një kompjuteri të ri, i krijuar për të sjellë avancim kuantik në kompjuterët bazë.
4. U travni 2017 r. Shkencëtarët kinezë në Shangai njoftuan se kishin krijuar kompjuterin kuantik më të fuqishëm në botë, i cili i kalon analogët në frekuencën e përpunimit të sinjalit me 24 herë.
5. Në Lipni 2017 r. Në konferencën e Moskës për teknologjitë kuantike, u njoftua se ishte krijuar një kompjuter kuantik 51 kubitësh.

Si ndryshon një kompjuter kuantik nga një kompjuter kuantik?

Parimi i vlefshmërisë së një kompjuteri kuantik në qasjen ndaj procesit të llogaritjes.

1. Në rastin e një procesori bazë, të gjitha llogaritjet do të bëhen në bazë të bilancit të biteve, si p.sh. 1 dhe 0 për dy faza. Kështu, e gjithë puna do të kufizohet në analizën e një numri të madh të dhënash të ngjashme me atë mendjet e dhëna. Baza e një kompjuteri kuantik është kubitët (bitët kuantikë). E veçanta e tij është mundësia për të qenë 1, 0, si dhe njëkohësisht 1 dhe 0.
2. Aftësitë e një kompjuteri kuantik po rriten ndjeshëm, pasi nuk ka më nevojë të zhytesh në mes të impersonalitetit. Me ç'rast lloji zgjidhet nga opsionet e dukshme me probabilitet më të shpeshtë të llojit.

A nevojitet një kompjuter kuantik tani?

Parimi i një kompjuteri kuantik, motivimi për të zgjedhur një zgjidhje me besueshmëri dhe disponueshmëri të mjaftueshme, është një zgjidhje e tillë shumë herë më pak se kompjuterët e sotëm dhe nënkupton qëllimet e zhvillimit të tij. Pak para ardhjes së këtij lloji të teknologjisë informatike, kriptografët janë të turbullt. Për shkak të aftësive të një kompjuteri kuantik, është e lehtë të llogariten fjalëkalimet. Kështu, kompjuteri kuantik më i fuqishëm, i krijuar nga shkencëtarët ruso-amerikanë, është i aftë të marrë çelësat e sistemeve të tjera të enkriptimit.

Aplikimet më të rëndësishme të kompjuterëve kuantikë lidhen me sjelljen e grimcave elementare, gjenetikën, kujdesin shëndetësor, tregjet financiare, mbrojtjen nga viruset, inteligjencën artificiale dhe shumë më tepër.

Yak vlashtovany kompjuter kuantik?

Funksionimi i një kompjuteri kuantik bazohet në kubitët e ruajtur. Si po diskutohet aktualisht shkenca fizike e kubiteve:

• unaza me superpërçues me kërcyes, me strum ndryshe të drejtë;
• rreth atomeve nën fluksin e shkëmbimeve lazer;
• jone;
• fotoni;
• Opsionet për përdorimin e nanokristaleve përcjellës janë duke u zhvilluar.

Kompjuter kuantik - parimi robotik

Meqenëse një kompjuter klasik është i rëndësishëm për një robot, furnizimi me energji elektrike, si një kompjuter kuantik, nuk është i lehtë të përputhet. Përshkrimi i punës së një kompjuteri kuantik bazohet në dy fjalë që nuk janë shumë të qarta për shumicën:

• parimi i mbivendosjes– një gjuhë për kubitët që mund të përdoret në të njëjtën kohë në pozicionet 1 dhe 0. Kjo ju lejon të llogaritni një numër gjërash menjëherë, në vend që të renditni sipas opsioneve, gjë që jep një fitore të madhe në orë;
• konfuzion kuantik- Një fenomen, i përcaktuar nga A. Ajnshtajni, që përfshin ndërlidhjen e dy grimcave. E thënë me fjalë të thjeshta, nëse një grimcë ka një spirale pozitive, atëherë tjetra do të marrë një spirale pozitive. Një ndërveprim i tillë ndodh pavarësisht nga situata.

Kush është kompjuteri kuantik i Vinaishov?

Baza e mekanikës kuantike u hodh si hipotezë në fillim të shekullit të kaluar. Zhvillimi i lidhjeve të tij me fizikantë të tillë të shkëlqyer si Max Planck, A. Einstein, Paul Dirac. Në vitin 1980 Yu. Antonov prezantoi idenë e mundësisë së llogaritjeve kuantike. Dhe më pas Richard Feineman modeloi teorikisht kompjuterin e parë kuantik.

Zhvillimi i kompjuterëve kuantikë është në fazën e zhvillimit dhe është e rëndësishme të merret parasysh se për çfarë po ndërtoni një kompjuter kuantik. Është absolutisht e qartë se zotërimi i kësaj do t'u sjellë njerëzve drejtpërdrejt një mori njohurish të reja nga të gjitha fushat e shkencës, do t'i lejojë ata të shikojnë botën mikro dhe makro dhe të mësojnë më shumë rreth natyrës së mendjes dhe gjenetikës.

29 janar 2017

Për fjalët më pak të zakonshme, "kompjuteri kuantik" është i ngjashëm me "motorin foton", por është edhe më kompleks dhe fantastik. Po lexoj për të në lajme - "një kompjuter kuantik po i shitet kujtdo që e dëshiron". Është e mahnitshme që nën këtë virus ata tani pretendojnë respekt për diçka tjetër, dhe pse është thjesht një fallco?

Le të shohim më nga afër raportin...

SI PËRFUNDOI GJITHA?

Vetëm deri në mesin e viteve 1990, teoria e kompjuterëve kuantikë dhe informatikës kuantike u vendos si një koncept i ri në shkencë. Si dikush që shpesh vjen me ide të shkëlqyera, është e vështirë të shohësh dorën e parë. Natyrisht, i pari që vlerësoi mundësinë e zhvillimit të logjikës kuantike ishte matematikani Ugrik I. von Neumann. Megjithatë, në atë kohë nuk u krijuan ata kuantikë, por kompjuterët bazë, klasikë. Dhe me shfaqjen e forcave kryesore të mbetura, u shfaq zhvillimi i elementeve të rinj (tranzistorë, dhe më pas qarqet e integruara), dhe jo në krijimin e pajisjeve llogaritëse thelbësisht të ndryshme.

Në vitet 1960, fizikani amerikan R. Landauer, i cili punonte për korporatën IBM, donte të rriste respektin e botës shkencore për ata që llogaritja është gjithmonë një proces fizik, dhe për këtë arsye, është e pamundur të kuptohen kufijtë e llogaritjeve tona. aftësitë, duke mos specifikuar se çfarë zbatimi fizik tregojnë erërat. Është për të ardhur keq që në atë kohë, midis shkencëtarëve, ata filluan ta shikonin llogaritjen si një procedurë logjike abstrakte, si matematikanët, jo fizikanët.

Me zgjerimin e kompjuterëve, tani që ata janë marrë me objekte kuantike, ata kanë arritur të kuptojnë pamundësinë praktike të zgjerimit të plotë të zhvillimit të një sistemi revolucionar që përbëhet nga vetëm disa dhjetëra pjesë që ndërveprojnë atje, për shembull, molekula. të metanit (CH4). Shpjegohet se për një përshkrim të plotë të sistemit të palosjes është e nevojshme të ruhet në kujtesën e kompjuterit një numër eksponencialisht i madh (mbi një numër frekuencash) të ndryshueshme, të ashtuquajturat amplituda kuantike. Vinikla është një situatë paradoksale: duke ditur historinë e evolucionit, duke njohur me saktësi të mjaftueshme të gjitha potencialet e bashkëveprimit të grimcave një nga një dhe mullirin e kallirit të sistemit, është praktikisht e pamundur të llogaritet e ardhmja e tyre, pasi sistemi po zhvillohet me 30 elektrone në një pus potencial, dhe në një gjendje normale ekziston një superkompjuter me RAM, numri i biteve është i barabartë me numrin e atomeve në rajonin e dukshëm të Universit (!). Dhe në të njëjtën kohë, për të monitoruar dinamikën e një sistemi të tillë, thjesht mund të vendosni një eksperiment me 30 elektrone, duke i vendosur ato në një potencial të caktuar dhe mulli kalli. Në vend, zokrema, me shumë respekt, matematikani rus Yu I. Manin, i cili në vitet 1980 vuri në dukje nevojën për të zhvilluar teorinë e pajisjeve kompjuterike kuantike. Në vitet 1980, ky problem u trajtua nga fizikani amerikan P. Benev, i cili tregoi qartë se një sistem kuantik mund të llogaritet, si dhe nga shkencëtari anglez D. Deutsch, i cili teorikisht zhvilloi një kompjuter kuantik universal që do të kalonte atë klasik. analoge.

Fituesi i çmimit Nobel në fizikë R. Feynman i kushtoi vëmendje të madhe problemit të zhvillimit të kompjuterëve kuantikë. Falë thirrjes së tij autoritare, numri i fakivtëve, të cilët kanë fituar respekt për llogaritjet kuantike, është rritur shumë herë.

Baza e algoritmit të Shor: numri i kubitëve mund të ruhet në orë)

E megjithatë, për një kohë të gjatë është bërë e pamundur të kuptohet se si është e mundur të përdoret metoda hipotetike e llogaritjes së një kompjuteri kuantik për të përshpejtuar detyrat praktike. Në vitin 1994, një matematikan amerikan, një shkencëtar në Lucent Technologies (SHBA) P. Shore, frymëzoi dritën shkencore duke propozuar një algoritëm kuantik që lejon faktorizimin e shpejtë të numrave të mëdhenj (rëndësia e të cilit u përmend tashmë në hyrje). Krahasuar me metodat moderne klasike, algoritmi kuantik i Shor jep llogaritje shumë më të shpejta dhe sa më i madh të jetë numri që faktorizohet, aq më i madh është fitimi për çmimin. Algoritmi suedez i faktorizimit po bëhet me interes të madh praktik për agjenci të ndryshme të inteligjencës, pasi ato kanë grumbulluar banka mesazhesh të pakriptuara.

Në vitin 1996, kolegu i Shore në Lucent Technologies, L. Grover, përhapi algoritmin kuantik të kërkimit në një bazë të dhënash të çrregullt. (Një shembull i një databaze të tillë është një libër telefonik, në të cilin emrat e pajtimtarëve janë rregulluar jo sipas alfabetit, por sipas rendit.) Detyra e zgjedhjes së elementit optimal midis opsioneve numerike shpesh bëhet më komplekse në ekonomi, ushtarak, departamentet e inxhinierisë, në lojërat kompjuterike. Algoritmi i Grover lejon jo vetëm të shpejtojë procesin e kërkimit, por edhe të rrisë afërsisht dyfishin e numrit të parametrave në mënyrë që të sigurohet se zgjidhet optimali.

Krijimi i vërtetë i kompjuterëve kuantikë është lënë në hije, padyshim, nga një problem serioz - problemet dhe problemet. Në të djathtë është se i njëjti raven ndryshon procesin e llogaritjeve kuantike, në vend të atyre klasike, shumë më intensivisht.

Për ta thënë me fjalë të thjeshta, atëherë: " Sistemi kuantik jep rezultat vetëm me drejtësi dhe korrektësi. Me fjalë të tjera, nëse llogaritni 2+2, atëherë 4 do të jetë më pak e saktë. Pikërisht 4 nuk i heq asnjë. Logjika e këtij procesori nuk është aspak e ngjashme me procesorin primar.

Ka metoda për të përmirësuar rezultatin nga saktësia e përcaktuar më parë, natyrisht me rritjen e kostove të orës së makinës.
Kjo veçori tregohet nga tejmbushja e detyrës. Kjo veçori nuk reklamohet dhe publiku ka përshtypjen se një kompjuter kuantik, i cili është gjithashtu një PC bazë (i njëjti 0 dhe 1), është vetëm i lirë dhe i shtrenjtë. Jo ashtu.

Pra, edhe një herë - për një kompjuter kuantik dhe kompjuter kuantik në përgjithësi, veçanërisht për të kapërcyer "vështirësinë dhe shpejtësinë" e llogaritjes kuantike - ka nevoja të veçanta, veçanërisht për specifikat e llogaritjes kuantike, algoritme dhe modele të fragmentuara. Prandaj, kompleksiteti i stagnimit të një kompjuteri kuantik nuk është vetëm në "kulmin" e dukshëm, por në zhvillimin e teknikave të reja që ende nuk kanë ngecur. "

Dhe tani le të kalojmë përsëri në zbatimin praktik të një kompjuteri kuantik: procesori komercial 512-qubit D-Wave ka qenë në shitje për mjaft kohë!!!

Aksi, dukej sikur kishte një humnerë të drejtë! Dhe një grup studimesh me reputacion nga revista jo më pak e njohur Physical Review konfirmon se D-Wave me të vërtetë ka zbuluar efektet e grumbullimit kuantik.

Me sa duket, kjo pajisje ka të drejtë të quhet një kompjuter kuantik i vërtetë, arkitektonikisht lejon një rritje të numrit të kubitëve dhe, për rrjedhojë, ka perspektiva të mrekullueshme për muajin e ardhshëm... (T. , 021041 (201 4 ) (http://dx .doi.org/10.1103/PhysRevX.4.021041))

Sidoqoftë, pak më vonë, një grup tjetër shkencëtarësh me reputacion nga revista jo më pak e njohur Science, të cilët studiuan të njëjtin sistem kompjuterik D-Wave, e vlerësuan atë në një mënyrë praktike: sa e mirë është kjo pajisje në funksionet e saj llogaritëse. Ky grup testesh demonstron në mënyrë të plotë dhe të plotë si i pari që në testet e vërtetimit real se kompjuteri kuantik D-Wave është i përshtatshëm në mënyrë optimale për këtë dizajn dhe nuk i jep shumë një nxitje shpejtësisë së tregut kompjuterë primar, klasik. (T.F. Ronnow, M. Troyer et al. Përcaktimi dhe zbulimi i shpejtësisë kuantike. SCIENCE, qershor 2014 Vol. 344 #6190 (http://dx.doi.org/10.1126/science.1252319))

Në fakt, nuk kishte kohë që "makina e së ardhmes" e shtrenjtë, por jo e specializuar, të demonstronte epërsinë e saj kuantike. Përndryshe, duket se, nën dyshime të mëdha, vetë kostoja e ndërtimit të një pajisjeje të tillë është shumë e shtrenjtë.
Supozimet janë si më poshtë: në të njëjtën kohë, komuniteti shkencor tashmë ka shumë dyshime se procesori kompjuterik D-Wave në të vërtetë gjeneron elementë robotikë të bazuar në efektet reale kuantike midis kubitëve.

Ale (dhe jo shumë seriozisht ALE) tiparet kryesore në hartimin e procesorit D-Wave janë të tilla që në funksionimin real, e gjithë fizika kuantike e tij nuk i jep të njëjtën sasi fitimi kompjuterit mesatar të rëndë, kështu që ekziston një program i veçantë sigurie i përshtatur për detyrat e optimizimit.

Duket më e thjeshtë, jo vetëm për një kohë të gjatë, pasi ata testuan D-Wave, ata ende nuk kanë arritur të arrijnë qëllimin e dëshiruar real, ku një kompjuter kuantik mund të demonstrojë epërsinë e tij llogaritëse, por vetë kompania prodhuese nuk e ka idenë se mund te kete nje problem...

Gjithçka në të djathtë bazohet në tiparet e projektimit të procesorit D-Wave 512-qubit, i cili përbëhet nga grupe prej 8 kubitësh. Në këtë rast, në mes të këtyre grupeve prej 8 kubitësh, të gjithë janë të lidhur drejtpërdrejt me njëri-tjetrin, dhe boshti midis këtyre grupeve është edhe më i dobët (në mënyrë ideale, TË GJITHA kubitët e procesorit janë përgjegjës për komunikimin drejtpërdrejt midis jush). Kjo, natyrisht, ul ndjeshëm kompleksitetin e procesorit kuantik... ALE, shumë probleme të tjera po rriten që përfundojnë në pajisjen kriogjenike, e cila është shumë e shtrenjtë në funksionim, e cila ftoh qarkun në temperatura të tilla.

Pra, çfarë duhet të predikojmë tani?

Kompania kanadeze D-Wave njoftoi fillimin e shitjes së kompjuterit kuantik D-Wave 2000Q, i shpallur pranverën e kaluar. Duke ndjekur analogun e ligjit të Moore, varësisht nga sa transistorë në qarkun e integruar janë të lidhur me njëri-tjetrin, D-Wave vendosi 2048 metra kub në CPU (pajisje përpunimi kuantik). Dinamika e rritjes së numrit të kubitëve në CPU gjatë viteve të fundit duket si kjo:

2007 — 28
…
— 2013 — 512
— 2014 — 1024
— 2016 — 2048.

Për më tepër, përveç procesorëve tradicionalë, CPU-ve dhe GPU-ve, nënlufta e kubitëve shoqërohet me rritje jo 2-fish, por 1000-fish të produktivitetit. Bazuar në një kompjuter që ka një arkitekturë dhe konfigurim tradicional si CPU me një bërthamë dhe një GPU me 2500 bërthama, diferenca në kodin e shpejtësisë bëhet 1000 deri në 10000 herë. Të gjitha këto shifra janë jashtëzakonisht fyese, madje edhe më keq.

Para së gjithash, D-Wave 2000Q është jashtëzakonisht i shtrenjtë - 15 milion dollarë kushton një pajisje e rëndë dhe e palosshme. Ky CPU i fuqizuar nga truri nga metali me ngjyra i quajtur niobium, fuqia superpërçuese (e nevojshme për kompjuterët kuantikë) ngrin në vakum në temperatura afër zeros absolute nën 15 milikelvin (çmimi 180 herë më i ulët se temperatura në hapësirën e hapur).

Ruajtja e një temperature kaq të ulët do të kërkojë një sasi të madhe energjie, 25 kW. Por megjithatë, është 100 herë më pak se produktiviteti i superkompjuterëve tradicionalë. Pra, produktiviteti i D-Wave 2000Q për vat energji të ruajtur është 100 herë më i madh. Sapo kompanitë të kenë sukses në respektimin e "Ligjit të Moores" të tyre, atëherë në kompjuterët e tyre të fundit ndryshimi do të rritet në përparimin gjeometrik dhe kursimin e energjisë në botë.

Para së gjithash, kompjuterët kuantikë kanë qëllime shumë specifike. Kontrolluesi D-Wave 2000Q flet për të ashtuquajturat. kompjuterët adiabatikë dhe zgjidhja e problemeve të normalizimit kuantik. Erë e keqe, zokrema, faji në fushat e mëposhtme:

Mësimi i makinerisë:

Identifikimi i anomalive statistikore
- Njohuri për këto modele
- Njohja e imazheve dhe imazheve
- Trajnim Neuromerge
- Verifikimi dhe konfirmimi i sigurisë së softuerit
- Klasifikimi i të dhënave të pastrukturuara
- Diagnoza e defekteve në skemë

Siguria dhe planifikimi

Identifikimi i viruseve dhe masat e liga
— shpërndarja e burimeve dhe gjetja e mënyrave optimale
- Rëndësia e përkatësisë ndaj impersonalitetit
- Analiza e grafikëve të autoriteteve
- Faktorizimi i numrave të plotë (i futur në kriptografi)

Modelimi financiar

Demonstrimet e paqëndrueshmërisë së tregut
- Zhvillimi i strategjive tregtare
- Optimizimi i trajektoreve tregtare
- Optimizimi i çmimit të aseteve dhe mbrojtjes
- Optimizimi i portofolit

Kujdesi shëndetësor dhe mjekësia

Duke zbuluar shakhrayystvo (po flasim për sigurimin shëndetësor)
- gjenerimi i terapisë medikamentoze të synuar (“i synuar molekularisht”).
- Optimizimi i trajtimit të kancerit duke përdorur radioterapi
- Krijimi i modeleve proteinike.

Blerësi i parë i D-Wave 2000Q ishte kompania TDS (Temporal Defense Systems), e angazhuar në sigurinë kibernetike. Disa nga kompanitë që përdorin produktet D-Wave përfshijnë Lockheed Martin, Google, Ames Post-Secondary Center të NASA-s, Universitetin e Kalifornisë dhe Laboratorin Kombëtar Los Alamos në Departamentin e Energjisë të SHBA-së.

Pra, po flasim për teknologji të rrallë (D-Wave është e vetmja kompani në botë që prodhon versione komerciale të kompjuterëve kuantikë) dhe teknologji të shtrenjtë me aplikime të ngushta dhe specifike. Nëse shkalla e rritjes dhe e produktivitetit bëhet më e theksuar dhe nëse kjo dinamikë ruhet, atëherë kompjuterët adiabatikë të D-Wave (derisa disa kohë mund të bashkohen edhe kompani të tjera) së shpejti do të jenë në gjendje të na kontrollojnë me të drejtë në shkencë dhe teknologji. Me interes të veçantë është lidhja e kompjuterëve kuantikë me një teknologji kaq premtuese, e cila po zhvillohet me shpejtësi, si inteligjenca artificiale - veçanërisht pasi një shkencëtar kaq autoritar si Endi Rubin mund të ofrojë perspektivë.

Pra, përpara fjalimit, ju e dinit se IBM i lejonte përdoruesit e internetit të lidhen pa probleme me kompjuterin kuantik universal që krijoi dhe të eksperimentonin me algoritme kuantike. Kjo pajisje nuk do të duhet të shqetësohet për prishjen e sistemeve kriptografike me një çelës privat, përndryshe IBM planifikon ta bëjë këtë kur ardhja e kompjuterëve kuantikë të palosshëm është afër.

Kompjuteri kuantik, në të cilin IBM ka fituar akses, ka pesë kubit: një përdoret për të punuar me të dhëna dhe pesë të tjera për korrigjimin e gabimeve në orën e llogaritjes. Korrigjimi i faljeve është një risi krejt e re, për të cilën shkruajnë botuesit tanë. Ju do të jeni në gjendje të falni një numër të shtuar kubitësh nga e ardhmja.

IBM thekson se kompjuteri i saj kuantik është universal dhe mund të përdoret për të krijuar algoritme kuantike. Këtu përfshihen kompjuterët kuantikë adiabatikë, të zhvilluar nga kompania D-Wave. Kompjuterët kuantikë adiabatikë janë krijuar për të kërkuar zgjidhje optimale për funksionet dhe nuk janë të përshtatshëm për qëllime të tjera.

Është e rëndësishme që kompjuterët kuantikë universalë t'ju lejojnë të kryeni detyra që nuk janë të mundshme për kompjuterët bazë. Shembulli më popullor i një detyre të tillë është zbërthimi i numrave në shumëzues të thjeshtë. Një kompjuter bazë, madje edhe një suedez, ka nevojë për qindra burime për të gjetur shumëzues të thjeshtë me përmasa të mëdha. Një kompjuter kuantik mund t'i njohë ato duke përdorur algoritmin e Shor sa më shpejt që të jetë e mundur, pasi shumëzon numrat e plotë.

Pamundësia e zbërthimit të shpejtë të numrave në shumëzues të thjeshtë është baza e sistemeve kriptografike që përdorin një çelës privat. Sapo ky operacion të fillojë të reduktohet në shpejtësinë që premtojnë algoritmet kuantike, atëherë pjesa më e madhe e kriptografisë aktuale do të harrohet.

Në një kompjuter kuantik IBM, mund të ekzekutoni algoritmin e Shor, por numri i kubitëve nuk do të bëhet më i madh dhe kostoja do të jetë e kufizuar. Gjatë dhjetë viteve të ardhshme, situata do të ndryshojë. Deri në vitin 2025, IBM planifikon të ndërtojë një kompjuter kuantik që do të ketë nga pesëdhjetë deri në njëqind kube. Sipas Fakhivts, kompjuterët kuantikë tashmë në pesëdhjetë kubitë mund të kryejnë detyra praktike.

Pak më shumë rreth teknologjisë kompjuterike: lexoni si, dhe boshti Dhe çfarë është e mundur dhe për çfarë është