Prosesydd Quantum: disgrifiad, egwyddor o weithredu

cyfrifiadura cwantwm, o leiaf mewn egwyddor, i enwi ychydig o ddegawdau. mathau modern o beiriannau sy'n defnyddio mecaneg heb fod yn glasurol ar gyfer ymdrin â symiau aruthrol o ddata a allai, wedi dod yn llwyddiant mawr. Yn ôl y datblygwyr, eu rhoi ar waith o bosibl oedd y dechnoleg fwyaf soffistigedig a grëwyd erioed. proseswyr Quantum yn gweithredu ar lefelau o fater, y mae dynoliaeth wedi hysbys yn unig 100 mlynedd yn ôl. Mae potensial cyfrifiadau o'r fath yn aruthrol. Ni all ddefnyddio priodweddau cwantwm rhyfedd yn cyflymu'r y cyfrifiadau, cymaint o dasgau sy'n cyfrifiaduron clasurol ar hyn o bryd fforddio eu datrys. Ac nid yn unig ym maes cemeg a deunyddiau gwyddoniaeth. Wall Street hefyd yn dangos diddordeb.

Buddsoddi yn y dyfodol

Grŵp CME wedi buddsoddi mae'r cwmni Vancouver Technolegau Gwybodaeth 1QB Inc, yn datblygu meddalwedd ar gyfer proseswyr math Quantum. Yn ôl i fuddsoddwyr, y cyfrifiadau hyn yn debygol o gael yr effaith fwyaf ar y diwydiant, sy'n gweithio gyda symiau mawr o ddata sensitif i amser. Enghraifft o gwsmeriaid o'r fath yn sefydliadau ariannol. buddsoddi Goldman Sachs yn D-Wave Systems, ac mae'r cwmni yn-Q-Tel ariennir gan y CIA. Mae'r cyntaf yn gweithgynhyrchu peiriannau sy'n gwneud yr hyn a elwir yn "anelio cwantwm", hy. E. Penderfynu broblem optimization lefel isel gan ddefnyddio prosesydd cwantwm. Intel hefyd yn cymryd rhan mewn buddsoddi yn y dechnoleg hon, er ei fod yn ystyried y busnes yn y dyfodol ar waith.

Pam gwneud hyn?

Y rheswm y cyfrifiadurol cwantwm mor gyffrous, yn gorwedd yn eu cyfuniad perffaith gyda dysgu peiriant. Ar hyn o bryd, ei fod yn y prif gais ar gyfer cyfrifiadau o'r fath. Yn rhannol mae hyn yn ganlyniad i'r syniad o cyfrifiadur cwantwm - gan ddefnyddio dyfais corfforol i chwilio am atebion. Weithiau, bydd y cysyniad esbonio hyn gan yr enghraifft y gêm Adar Angry. I efelychu y rhyngweithio disgyrchiant a gwrthrychau gwrthdaro CPU tabled yn defnyddio hafaliadau mathemategol. Quantum Proseswyr rhoi dull gweithredu hwn ar ei ben. Maent yn "taflu" ychydig adar, a gwyliwch beth sy'n digwydd. Ar microsglodyn ysgrifenedig dasg: mae'n aderyn, maent yn taflu beth y llwybr gorau posibl? Yna gwirio'r holl atebion posibl, neu o leiaf cyfuniad mawr iawn ohonynt, ac mae'r ateb yn cael ei roi. Mewn cwantwm cyfrifiadurol problemau'n cael eu datrys Nid mathemategydd, y deddfau ffiseg gwaith yn lle hynny.

Sut mae'n gweithio?

Mae'r blociau adeiladu sylfaenol ein byd - cwantwm-mecanyddol. Os ydych yn edrych ar y moleciwlau, y rheswm dros y maent yn cael eu ffurfio ac yn parhau i fod yn sefydlog - y rhyngweithio rhwng y orbitalau electron. Mae'r holl gyfrifiadau cwantwm-mecanyddol wedi'u cynnwys ym mhob un ohonynt. Mae eu rhif yn tyfu gynt a chynt cynyddu nifer yr electronau ffug. Er enghraifft, 50 o electronau i fodoli mewn dau opsiwn 50-gradd. Mae hyn yn hynod nifer fawr, felly ni ellir ei gyfrifo heddiw. Gall theori gwybodaeth Cysylltiad i ffiseg yn dangos y ffordd i ddatrys problemau o'r fath. Gall 50 cyfrifiadur kubitovnomu yn ei wneud.

Drothwy cyfnod newydd

Yn ôl Landon Downs, llywydd a chyd-sylfaenydd 1QBit, prosesydd cwantwm - mae'n bosibl defnyddio grym prosesu y byd is-atomig, mae'n hanfodol i gael deunyddiau newydd neu meddyginiaethau newydd. Mae symudiad oddi wrth y patrwm o ddarganfod i gyfnod newydd o ddylunio. Er enghraifft, gall cyfrifiadura cwantwm yn cael ei ddefnyddio i fodelu gatalyddion sy'n caniatáu i echdynnu carbon a nitrogen o'r atmosffer, ac felly helpu i atal cynhesu byd-eang.

Ar flaen y gad o gynnydd

cymuned o ddatblygwyr y dechnoleg hon yn hynod o gyffrous a gweithgarwch prysur. Timau o gwmpas y byd mewn busnesau newydd, corfforaethau, prifysgolion a labordai llywodraeth yn adeiladu car hil, sy'n defnyddio dulliau gwahanol i brosesu gwybodaeth cwantwm. qubits Crëwyd qubit superconducting a sglodion ar yr ïonau eu dal, a oedd yn cynnwys ymchwilwyr o Brifysgol Maryland a'r Sefydliad Cenedlaethol Safonau a Thechnoleg. Microsoft yn datblygu ymagwedd topolegol enw Station Q, diben yr hwn yw i fod yn gymwys anion nad ydynt yn Abelian eu bodolaeth heb ei profi'n ddigamsyniol.

Blwyddyn breakthrough tebygol

A dyma dim ond y dechrau. Ar ddiwedd mis Mai 2017 mae nifer y proseswyr-fath cwantwm yn gwneud rhywbeth unigryw yn gyflymach neu'n well na gyfrifiadur glasurol, yn sero. Bydd y digwyddiad hwn yn gosod y "rhagoriaeth cwantwm", ond hyd yma nid yw wedi digwydd. Er ei bod yn debygol y gallai hyn ddigwydd mor gynnar â flwyddyn hon. Dywedodd y rhan fwyaf insiders bod Google yw'r ffefryn clir o'r grŵp, dan arweiniad yr Athro Ffiseg, Prifysgol Califfornia yn Santa Barbara, John Martin. Ei ddiben - i gyflawni cyfrifiadura uwch gyda chymorth prosesydd 49-qubit. Erbyn diwedd mis Mai 2017 tîm yn llwyddiannus profi y sglodion 22-qubit fel cam canolradd tuag at datgymalu uwchgyfrifiadur clasurol.

Sut y dechreuodd?

Mae'r syniad o ddefnyddio mecaneg cwantwm ar gyfer prosesu gwybodaeth am ddegawdau. Un o'r digwyddiadau allweddol a ddigwyddodd yn 1981, pan drefnwyd IBM a MIT cyd cynhadledd ar ffiseg cyfrifiadol. Mae'r ffisegydd enwog Richard Feynman cynnig i adeiladu cyfrifiadur cwantwm. Yn ôl iddo, ar gyfer y efelychiad Dylai fanteisio ar y dull o mecaneg cwantwm. Ac mae'n her fawr, gan nad yw'n edrych mor hawdd. Mewn prosesydd cwantwm egwyddor gweithredu yn seiliedig ar nifer o eiddo rhyfedd o atomau - arosodiad a mynd yn sownd. Gall y gronynnau fod mewn dwy wladwriaeth ar yr un pryd. Fodd bynnag, wrth fesur y bydd yn dim ond un ohonynt. Ac mae'n amhosibl rhagweld lle, ac eithrio o safbwynt theori tebygolrwydd. Mae'r effaith yn sail i feddwl arbrawf cath Schrödinger, sef yn y blwch ar yr un pryd ac yn marw yn fyw cyn belled ag y mae'r sylwedydd yw peidio â sleifio peep. Nid oes dim yn gweithio mewn bywyd bob dydd yn y modd hwn. Fodd bynnag, mae tua 1 filiwn o arbrofion a gynhaliwyd ers dechrau'r ugeinfed ganrif, yn dangos bod y cyfansoddiad yn bodoli. A'r cam nesaf yn figuring sut i ddefnyddio'r cysyniad hwn.

prosesydd Quantum: Disgrifiad swydd

Gall darnau clasurol yn cael y gwerth 0 neu 1, mae'n bosibl i luosi rhifau, tynnu lluniau ac yn y blaen. Gall N. Qubit hefyd fod yn 0 os byddant yn colli linell drwy "adwyon rhesymeg" (m. AC, NEU, NID, ac ati), 1 neu ddau. Os, yn dweud, 2 qubit entangled, mae'n gwneud iddynt berffaith cydberthyn. teipiwch prosesydd cwantwm gallu defnyddio adwyon rhesymeg. T. N. Hadamard giât, er enghraifft, yn rhoi'r qubit mewn cyflwr arosodiad o berffaith. Os arosodiad a entanglement cyfuno â gatiau cwantwm lleoli gelfydd, sy'n dechrau unfold potensial cyfrifiadau is-atomig. 2 yn caniatáu astudiaeth o qubit 4 yn datgan: 00, 01, 10 a 11. Mae'r egwyddor gweithrediad y prosesydd cwantwm fel bod gweithredu gweithrediadau rhesymeg yn ei gwneud yn bosibl i weithio gyda'r holl swyddi ar yr un pryd. Ac mae nifer o wladwriaethau sydd ar gael yw 2 i bŵer y nifer o qubits. Felly, os byddwch yn gwneud 50-qubit cyfrifiadur cwantwm cyffredinol, mae'n bosibl mewn egwyddor i archwilio pob 1,125 quadrillion gyfuniadau ar yr un pryd.

Kudity

prosesydd cwantwm yn Rwsia yn gweld ychydig yn wahanol. Mae gwyddonwyr o MIPT a chanolfan cwantwm Rwsia a grëwyd "kudity" yn cynrychioli nifer "rhithwir" qubits gyda gwahanol lefelau "ynni".

osgled

Mae gan deipio prosesydd cwantwm y fantais fod mecaneg cwantwm yn seiliedig ar y amplitudes. amplitudes Tebygolrwydd yn debyg, ond gallant hefyd fod yn negyddol, a rhifau cymhlyg. Felly, os ydych am i gyfrifo'r tebygolrwydd o ddigwyddiad, gallwch ychwanegu pob math o osgled eu opsiynau datblygu. Mae'r syniad o gyfrifiadura cwantwm yw ceisio setup patrwm ymyrraeth fel bod rhai o'r ffyrdd o atebion anghywir yn amplitude cadarnhaol, ac mae rhai - yn negyddol, felly byddent yn canslo ei gilydd. Byddai llwybr sy'n arwain at yr ateb cywir yn cael amplitudes sydd yn cam â'i gilydd. Y gamp yw bod angen i chi drefnu popeth, heb wybod ymlaen llaw beth yw'r ateb yn gywir. wladwriaethau cwantwm Felly esbonyddol mewn cyfuniad gyda'r potensial o ymyrraeth rhwng y amplitudes cadarnhaol a negyddol yn fantais o'r math hwn o gyfrifiannu.

algorithm Shor yn

Mae yna nifer o dasgau y mae'r cyfrifiadur yn gallu datrys. O'r fath fel amgryptio. Y broblem yw nad yw mor hawdd dod o hyd i'r ffactorau cysefin o nifer 200-digid. Hyd yn oed os bydd y gliniadur yn rhedeg gyda meddalwedd ardderchog, efallai y bydd rhaid i chi aros am flynyddoedd i ddod o hyd i'r ateb. Felly, carreg filltir arall mewn cyfrifiadureg cwantwm wedi dod yn algorithm a gyhoeddwyd yn 1994 gan Peter Shore, erbyn hyn yn athro mathemateg yn MIT. Mae ei dull yn dod o hyd i'r ffactorau o nifer fawr drwy ddefnyddio cyfrifiadur cwantwm, nad oedd yn bodoli eto. Mewn gwirionedd, mae'r algorithm yn perfformio y llawdriniaeth, sy'n dangos yr ardal gyda'r ateb cywir. Y flwyddyn ganlynol, darganfu Shore dull o cywiro gwall cwantwm. Yna, mae llawer wedi sylweddoli ei fod yn - dull arall o gyfrifo, a all, mewn rhai achosion, fod yn fwy pwerus. Yna yn dilyn ymchwydd o ddiddordeb gan ffisegwyr i greu qubits ac adwyon rhesymeg rhyngddynt. Ac yn awr, ddau ddegawd yn ddiweddarach, ddynoliaeth ar fin o greu cyfrifiadur cwantwm llawn-fledged.