Quantum procesor: opis, princíp činnosti

Quantum computing, aspoň teoreticky, aby sme spomenuli niekoľko desaťročí. Moderné typy strojov, ktoré používajú non-klasickej mechaniky pre zaobchádzanie s potenciálne nebezpečnými nespočetné množstvo dát, sa stali veľký prielom. Podľa vývojárov, ich realizácia bola možná najdokonalejšie technológie aký bol kedy vytvorený. Kvantové procesory pracujú na úrovni hmoty, z ktorých ľudstvo známych iba pred 100 rokmi. Potenciál týchto výpočtoch je obrovský. Používanie bizarné kvantovej vlastnosti urýchli výpočty, tak veľa úloh, ktoré sú v súčasnej dobe klasické počítače nemôžu dovoliť byť vyriešené. A to nielen v oblasti chémie a vedy o materiáloch. Wall Street sa tiež prejavujú záujem.

Investícia do budúcnosti

CME Group investovala spoločnosť Vancouver 1QB Information Technologies Inc., vyvíja softvér pre procesory typu Quantum. Podľa investorov, tieto výpočty môžu mať najväčší vplyv na výrobné odvetvie, ktoré pracujú s veľkým množstvom citlivých údajov času. Príkladom takýchto zákazníkov sú finančné inštitúcie. Goldman Sachs investuje do D-Wave Systems a spoločnosť In-Q-Tel financovaný CIA. Prvý vyrába stroje, ktoré tvoria to, čo sa nazýva "kvantový žíhanie", tj. E. rozhodol optimalizačné problém nízkoúrovňové pomocou kvantovej procesor. Intel sa zaoberá tiež investovať do tejto technológie, aj keď sa domnieva, že vykonávanie budúce podnikanie.

Prečo to urobil?

Dôvod, že kvantová práca na počítači je tak vzrušujúce, spočíva v ich dokonalej kombinácii s strojového učenia. V súčasnej dobe je hlavné aplikácie pre takéto výpočty. Čiastočne je to dôsledok myšlienky kvantového počítača - pomocou fyzické zariadenie k hľadaniu riešení. Niekedy je pojem vysvetliť na príklade hre Angry Birds. Pre simuláciu interakcie gravitácie a tablety kolidujúce objekty procesor používa matematické rovnice. Kvantové procesory dal tento prístup na jeho hlave. Oni "hodiť" pár vtákov, a sledujte, čo sa stane. Na mikročipom písomné úloha: to je vták, vrhajú čo optimálne trajektórie? Potom skontroloval všetky možné riešenia, alebo aspoň veľmi veľký kombináciou oboch, a odpoveď je daná. V kvantového počítača sú problémy vyriešené nie je matematik, zákony fyziky práce miesto.

Ako to funguje?

Základnými stavebnými kameňmi nášho sveta - kvantovo-mechanický. Ak sa pozriete na molekulách, dôvod, pre ktoré sú vytvorené a zostávajú stabilné - interakcia elektrónových orbitálov. Všetky výpočty kvantovej-mechanické sú obsiahnuté v každom z nich. Ich počet rastie exponenciálne zvyšovať počet simulovaných elektrónov. Napríklad, 50 elektróny existovať v dvoch variantoch 50 stupňov. Tento neobyčajne veľké množstvo, takže sa nemôže počítať aj dnes. Spojenie teória informácie k fyzike môže ukazovať cestu k riešeniu týchto problémov. 50 kubitovnomu počítač môže robiť.

Úsvit novej éry

Podľa Landon Downs, prezident a spoluzakladateľ 1QBit, kvantový procesor - je možné využiť výpočtový výkon na subatomárnej svet, je veľmi dôležité pre získanie nových materiálov alebo vytvorenie nových liekov. Dochádza k posunu od paradigmy objavu do novej éry designu. Napríklad, kvantová práca na počítači môže byť použitý pre modelovanie katalyzátorov, ktoré umožňujú získať uhlík a dusík z atmosféry, a tým pomôcť zastaviť globálne otepľovanie.

V čele pokroku

komunita vývojárov tejto technológie je veľmi vzrušený a zaneprázdnený aktivitou. Oba tímy po celom svete v zakladaných podnikov, firiem, univerzít a štátnych laboratórií sa stavia pretekárske auto, ktoré používajú rôzne prístupy k kvantového spracovania informácie. Vytvorené qubit supravodivé qubits a čipy na zachytených iónov, ktoré sa podieľajú vedci z University of Maryland a Národného inštitútu pre štandardy a technológie. Microsoft vyvíja topologické prístup zvaný Station Q, ktorého cieľom je uplatniť non-Ábela anión, ktorého existencia nebola presvedčivo preukázané.

Rok pravdepodobné prielom

A to je len začiatok. Na konci mája 2017 sa počet procesorov kvantovej typu sú jednoznačne niečo rýchlejšie a lepšie ako klasický počítač, je nulová. Táto akcia nastaví "kvantový nadradenosť", ale zatiaľ sa to nestalo. Aj keď je pravdepodobné, že sa to mohlo stať už v tomto roku. Väčšina zasvätenci povedal, že Google je jasným favoritom skupiny, ktorú vedie profesor fyziky, University of California v Santa Barbare, John Martin. Jeho účelom - aby sa dosiahlo vyšší výpočtový pomocou 49-qubit procesora. Ku koncu mája 2017 tím úspešne testoval 22-qubit čip, ako medzistupeň k demontáži klasického superpočítač.

Ako to všetko začalo?

Myšlienka využitie kvantovej mechaniky pre spracovanie informácií po celé desaťročia. Jednou z kľúčových udalostí došlo v roku 1981, kedy IBM a MIT spoločne zorganizovali konferenciu o počítačovej fyziky. Slávny fyzik Richard Feynman navrhol postaviť kvantový počítač. Podľa neho pre simuláciu by mali využiť prostriedky z kvantovej mechaniky. A je to veľká výzva, pretože to nevyzerá tak jednoduché. V kvantovej procesora Princíp funkcie na základe série podivných vlastností atómov - superpozícia a zapletenie. Častice môžu byť v dvoch stavoch súčasne. Avšak pri meraní bude len jeden z nich. A to je nemožné predpovedať, v ktorej, okrem z hľadiska teórie pravdepodobnosti. Tento účinok je základom myšlienkový experiment Schrödingerova mačka, ktorá je v poli súčasne mŕtvy a nažive tak dlho, ako pozorovateľ nie je plížiť nahliadnuť. Nič nefunguje v každodennom živote týmto spôsobom. Avšak, asi 1 milión z pokusov vykonávaných od začiatku dvadsiateho storočia, ukazujú, že prostriedok neexistuje. A ďalším krokom je prísť na to, ako používať tento pojem.

Kvantový procesor: popis práce

Klasické bitov môže mať hodnotu 0 alebo 1, je možné násobiť čísla, kresliť obrázky a tak ďalej. N. qubit môže byť tiež 0, ak chýba čiary cez "logická hradla" (d. AND, OR, NOT, atď), 1 alebo oboje. V prípade, povedzme, 2 qubit zapletený, to z nich robí perfektne korelované. typ kvantový procesor použiť logická hradla. T. N. Hadamard brána, napríklad stavia qubit v superpozícii stave perfektné. Ak superpozícia a zapletenie v kombinácii s dômyselne umiestnenými kvantových brán, ktoré začínajú odvíjať potenciál sub-atómová výpočty. 2 umožňujú štúdii qubit 4 stavy: 00, 01, 10 a 11. Zásada prevádzku kvantového procesora tak, že vykonávanie logických operácií umožňuje pracovať so všetkými pozíciami naraz. A počet dostupných stavov je 2 až moc počtu qubits. Takže ak urobíte 50-qubit univerzálny kvantový počítač, je teoreticky možné preskúmať všetky 1125 biliard kombinácií súčasne.

Kudity

Quantum procesor v Rusku vidieť trochu inak. Vedci z MIPT a ruského kvantového centra vytvoril "kudity" predstavujúce niekoľko "virtuálnych" qubits s rôznymi úrovňami "energie".

amplitúda

typ kvantový procesor má tú výhodu, že kvantová mechanika je založená na amplitúd. Amplitúda pravdepodobnosti sú podobné, ale môžu byť aj negatívne, a komplexné čísla. Takže, ak chcete vypočítať pravdepodobnosť udalosti, môžete pridať všetky druhy amplitúdy svojich možností vývoja. Myšlienka kvantovej práce na počítači je pokúsiť sa nastaviť interferenčné obrazec tak, že niektoré zo spôsobov, ako zlé odpovede mala pozitívny amplitúdu, a niektoré z nich - negatívne, takže by sa navzájom rušia. Cesta vedie k správnej odpovede by mali amplitúd, ktoré sú vo fáze so sebou. Trik je v tom, že je potrebné usporiadať všetko, bez toho aby vedel dopredu, čo je odpoveď je správna. Takže exponenciálny kvantovej stavy v kombinácii s potenciálom rušenia medzi pozitívnymi a negatívnymi amplitúd Výhodou tohto typu výpočtu.

Shorův algoritmus

Existuje mnoho úloh, ktoré je počítač schopný vyriešiť. Napríklad šifrovanie. Problém je v tom, že to nie je tak ľahké nájsť prvočísla určitého počtu 200 číslice. Dokonca aj keď je notebook beží s vynikajúcou softvér, budete možno musieť počkať rokov nájsť odpoveď. Preto je ďalší míľnik v kvantovej výpočtovej techniky sa stala algoritmus publikoval v roku 1994 Peter Shore, je teraz profesorom matematiky na MIT. Jeho metóda je nájsť faktory veľkého počtu pomocou kvantový počítač, ktorý ešte neexistoval. V skutočnosti je algoritmus vykoná operáciu, ktorá indikuje oblasť s správnu odpoveď. Nasledujúci rok, Shore objavil metódu korekcie kvantovej chýb. Potom, mnohé z nich si uvedomil, že to je - alternatívna metóda výpočtu, čo v niektorých prípadoch môže byť silnejší. Nasledoval nárast záujmu od fyzikov vytvoriť qubits a logická hradla medzi nimi. A teraz, o dvadsať rokov neskôr, je ľudstvo na pokraji vytvorenie plnohodnotného kvantový počítač.