Quantum processor: ang paghulagway, baruganan sa operasyon

Quantum Computing, labing menos sa teoriya, sa paghisgot sa pipila ka dekada. Modernong matang sa makina nga gamiton non-klasikal nga mekaniko sa pagdumala kalagmitan di-maihap nga kantidad sa data, nahimong usa ka dako nga breakthrough. Sumala sa developers, ang ilang pagpatuman mao tingali ang labing komplikado nga teknolohiya nga walay katapusan gibuhat. Quantum processors operate sa lebel sa butang, nga ang katawhan nga nailhan lamang sa 100 ka tuig na ang milabay. Ang potensyal sa maong mga kalkulasyon mao ang dakong. Pinaagi sa paggamit sa bizarre kabtangan quantum ang SPEED sa kalkulasyon, mao nga sa daghan nga mga buluhaton nga karon klasikal computer dili maabut sa masulbad. Ug dili lamang sa natad sa chemistry ug mga materyal sa siyensiya. Wall Street nga nagpakita usab sa interes.

Pagpamuhunan sa sa umaabot

CME Group nga puhunan sa Vancouver kompaniya sa 1QB Information Technologies Inc., og software alang sa quantum matang processors. Sumala sa mga investors, kini nga mga kalkulasyon lagmit nga ang mga labing dako nga epekto sa industriya, nga sa pagtrabaho uban sa dako nga kantidad sa sensitibo data sa panahon. Usa ka panig-ingnan sa maong mga kustomer mao ang mga pinansyal nga mga institusyon. Goldman Sachs puhunan sa D-Wave Systems, ug ang mga panon sa-Q-Tel gipundohan sa CIA. Ang una manupaktura makina nga sa paghimo sa unsa ang gitawag nga usa ka "quantum annealing", ie. E. mohukom sa ubos-level pagkamalaumon problema sa paggamit sa usa ka quantum processor. Intel usab nga moapil diha sa pagpamuhunan sa niini nga teknolohiya, bisan tuod kini giisip sa pagpatuman sa mga umaabot nga negosyo.

Nganong buhaton?

Ang rason nga ang quantum Computing mao ang sa ingon kulbahinam, anaa sa ilang mga hingpit nga kombinasyon uban sa makina sa pagkat-on. Sa pagkakaron, kini mao ang nag-unang aplikasyon alang sa maong mga kalkulasyon. Bahin kini mao ang usa ka sangputanan sa ideya sa usa ka quantum computer - sa paggamit sa usa ka pisikal nga device sa pagpangita alang sa mga solusyon. Usahay ang konsepto gipatin-aw sa panig-ingnan sa mga duwa Angry Birds. Kopya sa mga interaction sa grabidad ug magkabanggaay butang CPU papan naggamit sa matematika pagbalanse. Quantum processors gibutang niini nga paagi sa ibabaw sa iyang ulo. Sila "ilabay" sa pipila ka mga langgam, ug motan-aw unsa ang mahitabo. Sa microchip nga gisulat nga buluhaton: kini mao ang usa ka langgam, sila ilabay unsa ang kamalaumon trajectory? Unya gitan-aw sa tanan nga mga posible nga mga solusyon, o sa labing menos sa usa ka dako kaayo nga kombinasyon sa kanila, ug ang tubag nga gihatag. Sa usa ka quantum computer mga problema masulbad dili usa ka matematiko, sa mga balaod sa physics nga buhat sa baylo.

Unsang paagi kini sa trabaho?

Ang nag-unang mga building blocks sa atong kalibutan - ang quantum-mekanikal. Kon kamo motan-aw sa mga molekula, ang rason nga sila nag-umol ug magpabilin nga lig-on - ang interaction sa mga orbitals electron. Ang tanan nga quantum-mekanikal nga kalkulasyon nga anaa sa matag usa kanila. Ang ilang gidaghanon motubo exponentially sa pagdugang sa gidaghanon sa mga patootoo, paaronaron electron. Pananglitan, 50 electron sa anaa sa duha ka mga kapilian 50-degree. Kini phenomenally dako nga gidaghanon, mao nga kini dili kuwentahon karon. Koneksyon sa impormasyon teoriya sa pisika mahimong motudlo sa dalan sa pagsulbad sa maong mga problema. 50 kubitovnomu computer mahimo sa pagbuhat niini.

Dawn sa usa ka bag-o nga panahon

Sumala sa Landon mga Kalisdanan, presidente ug co-founder sa 1QBit, quantum processor - kini mao ang posible nga sa paggamit sa pagproseso sa gahum sa atomo kalibutan, kini mao ang importante sa pag-angkon sa bag-ong mga materyales o sa paglalang sa bag-ong mga tambal. Adunay usa ka pagbalhin gikan sa paradigm sa pagdiskobre sa usa ka bag-ong panahon sa disenyo. Pananglitan, quantum Computing mahimong gamiton kalkulahon catalysts nga motugot sa pagkuha sa carbon ug sa nitroheno gikan sa atmospera, ug sa ingon makatabang sa paghunong sa global warming.

Sa atubangan sa nawong sa pag-uswag

komunidad sa mga developers sa niini nga teknolohiya mao ang hilabihan excited ug busy nga kalihokan. Teams sa tibuok kalibutan diha sa pagsugod-ups, mga korporasyon, mga unibersidad ug sa gobyerno lab ang pagtukod sa usa ka lumba sa sakyanan, nga sa paggamit sa lain-laing mga pamaagi sa quantum impormasyon pagproseso. Gilalang qubit dako kaayong qubits ug chips sa nadakpan ion, nga nalambigit tigdukiduki gikan sa University of Maryland ug sa National Institute sa Sumbanan ug Technology. Microsoft og topological nga paagi nga gitawag Station Q, ang katuyoan sa nga mao ang sa paggamit sa non-Abelian anion kansang paglungtad wala nga tino napamatud-an.

Tuig posibleng breakthrough

Ug kini mao lamang ang sinugdanan. Sa katapusan sa Mayo 2017 ang gidaghanon sa mga quantum-type processors nga talagsaong pagbuhat sa usa ka butang nga mas paspas o mas maayo pa kay sa usa ka klasikal nga computer, mao ang zero. Kini nga panghitabo igabutang sa "quantum pagkalabaw", apan sa ingon nga layo nga kini wala nahitabo. Samtang kini mao ang lagmit nga kini mahitabo nga ingon sa sayo pa sa sini nga tuig. Kadaghanan sa kapolisan miingon nga ang Google mao ang tin-aw nga paborito sa mga grupo, nga gipangulohan ni Propesor sa Physics, University of California sa Santa Barbara, Juan Martin. Ang katuyoan niini - sa pagkab-ot labaw nga Computing uban sa tabang sa 49-qubit processor. Pinaagi sa katapusan sa Mayo 2017 team malampuson nga gisulayan sa 22-qubit chip ingon nga usa ka intermediate nga lakang paingon ngadto sa pagbungkag sa klasikal nga supercomputer.

Sa unsa nga paagi kini sa tanan nga nagsugod?

Ang ideya sa paggamit sa quantum mechanics alang sa impormasyon sa pagproseso alang sa mga dekada. Usa sa mga yawe mga panghitabo nahitabo sa 1981, sa diha nga IBM ug MIT hiniusang gipasiugdahan sa usa ka komperensya sa computational pisika. Ang bantog nga pisiko Richard Feynman gisugyot sa pagtukod sa usa ka quantum computer. Sumala kaniya, kay ang simulation kinahanglan pahimuslan sa mga paagi sa mechanics quantum. Ug kini usa ka dakong hagit, tungod kay kini dili tan-awon mao nga sayon. Sa quantum processor operating baruganan gibase sa usa ka gidaghanon sa mga dumuloong nga mga kabtangan sa mga atomo - superposition ug pagkagumon. tipik sa mahimong sa duha ka nag-ingon sa samang higayon. Apan, sa dihang pagsukod kini mahimong usa lamang ka kanila. Ug kini mao ang dili gayud mahimo sa pagtagna sa diin, gawas sa gikan sa sa mga panglantaw sa teoriya sa kalagmitan. epekto Kini mao ang basehan sa usa ka hunahuna eksperimento ni Schrödinger iring, nga anaa sa kahon dungan patay ug buhi samtang ang observer dili sa sekreto nga moduol peep. Walay buhat sa adlaw-adlaw nga kinabuhi sa niini nga paagi. Apan, mahitungod sa 1 ka milyon sa mga eksperimento nga gihimo sukad sa sinugdanan sa sa ikakaluhaan ka siglo, nagpakita nga ang komposisyon anaa. Ug sa sunod nga lakang mao ang paghulagway sa unsa nga paagi sa paggamit sa niini nga konsepto.

Quantum processor: paghulagway sa trabaho

Classic tipik mahimo nga makabaton sa bili 0 o 1, kini mao ang posible nga sa pagpadaghan numero, sa pagkalos mga hulagway ug sa ingon sa. N. Qubit mahimo usab nga 0 kon mingawon sila sa usa ka linya pinaagi sa "katarungan mga ganghaan" (d. UG, O, DILI, ug uban pa), 1 o ang duha. Kon, ingon, 2 qubit nangagapus, kini naghimo kanila nga hingpit nga ipahiangay. type quantum processor makagamit lohika ganghaan. T. N. Hadamard ganghaan, alang sa panig-ingnan, nagabutang sa qubit sa usa ka superposition kahimtang sa hingpit. Kon superposition ug pagkagumon inubanan sa inabtik nga posisyon sa mga ganghaan quantum, nga magsugod sa pagpadayag sa mga potensyal sa sub-atomic kalkulasyon. 2 motugot sa pagtuon sa qubit 4 nag-ingon: 00, 01, 10 ug 11. Ang operasyon baruganan sa processor quantum sa ingon nga pagpatay sa operasyon katarungan kini nga posible nga sa pagtrabaho uban sa tanan nga mga posisyon sa makausa. Ug ang gidaghanon sa mga anaa nag-ingon mao ang 2 ngadto sa gahum sa gidaghanon sa mga qubits. Busa, kon ang usa ka 50-qubit universal quantum computer, kini mao ang teoriya posible nga sa pagsusi sa tanang mga 1.125 quadrillion kalihokan dungan.

Kudity

Quantum processor sa Russia makita ang usa ka gamay nga lahi. Mga siyentipiko gikan sa MIPT ug Russian quantum center gilalang "kudity" nga naghawas sa pipila ka "virtual" qubits uban sa nagkalain-laing "enerhiya" nga lebel.

amplitude

type quantum processor ang bentaha nga quantum mechanics gibase sa mga kadako. Kalagmitan kadako susama, apan mahimo usab sila nga negatibo, ug komplikado nga mga numero. Busa, kon kamo gusto nga kuwentahon ang kalagmitan sa usa ka hitabo, ikaw makadugang sa tanan nga mga matang sa amplitude sa ilang mga kapilian kalamboan. Ang ideya sa quantum Computing mao ang aron sa pagsulay sa setup sa paghilabut sumbanan aron nga ang pipila sa mga paagi sa sayop nga mga tubag may usa ka positibo nga amplitude, ug ang uban - sa usa ka negatibo, aron sila pagkanselar sa usag usa. Usa ka dalan padulong sa husto nga tubag adunay kadako nga anaa sa hugna sa usag usa. Ang lansis mao nga kamo kinahanglan nga sa pag-organisar sa tanang butang, nga wala mahibalo daan kon unsa ang tubag mao ang husto. Busa exponential quantum estado sa kombinasyon uban sa potensyal sa pagpanghilabot sa taliwala sa mga positibo ug negatibo nga kadako mao ang usa ka pagpahimulos sa niini nga matang sa pagkuwenta.

algorithm ni Shor

Adunay daghan nga mga buluhaton nga sa computer dili sa pagsulbad. Sama sa encryption. Ang problema mao nga kini dili sayon sa pagpangita sa prime mga hinungdan sa usa ka 200-digit nga numero. Bisan kon ang laptop nga nagdagan uban sa labing maayo nga software, nga kamo mahimo nga maghulat alang sa tuig sa pagpangita sa tubag. Busa, sa laing hitabo sa quantum Computing nahimong usa ka algorithm nga gipatik sa 1994 pinaagi sa Pedro Shore, mao ang usa ka propesor sa matematika sa MIT karon. Ang iyang pamaagi mao ang sa pagpangita sa mga butang sa usa ka dako nga gidaghanon sa pinaagi sa paggamit sa usa ka quantum computer, nga wala maglungtad pa. Sa pagkatinuod, ang algorithm nagabuhat sa operasyon, nga nagpakita sa dapit sa mga husto nga tubag. Ang mosunod nga mga tuig, Baybayon nadiskobrehan ang usa ka pamaagi sa quantum sayop pagtul-id. Unya, daghan ang nakaamgo nga kini mao ang - ang usa ka alternatibo nga pamaagi sa pagtantiya, pagbanabana, nga sa pipila ka kaso mahimong mas gamhanan. Dayon misunod ang usa ka pagsulbong sa interes gikan sa mga pisiko sa paghimo qubits ug katarungan ganghaan sa taliwala kanila. Ug karon, duha ka dekada ang milabay, ang katawhan anaa sa ibabaw sa verge sa paghimo sa usa ka bug-os-fledged quantum computer.