Kvantu procesors: apraksts, darbības princips

Kvantu skaitļošanas, vismaz teorētiski, pieminēt dažus gadu desmitus. Mūsdienu veidu mašīnām, kas izmanto ne-klasisko mehāniku darbam potenciāli neminēts datu apjomu, ir kļuvuši liels sasniegums. Saskaņā ar izstrādātājiem, to īstenošana bija iespējams vismodernākie tehnoloģiju jebkad radīts. Kvantu procesori darbojas līmeņos jautājumu, no kuriem cilvēce ir pazīstams tikai pirms 100 gadiem. Šādu aprēķinu potenciāls ir milzīgs. Izmantojot savāda kvantu īpašības paātrinās aprēķinus, tik daudz uzdevumus, kas pašlaik ir klasiskie datorus nevar atļauties jāatrisina. Un ne tikai ķīmijas jomā un materiālu zinātnes. Wall Street ir arī izrāda interesi.

Ieguldīšana nākotnē

CME grupa ir ieguldījusi Vancouver uzņēmumu 1QB Informācijas tehnoloģijas Inc., izstrādā programmatūru Quantum tipa procesoriem. Saskaņā ar investoriem, šie aprēķini varētu būt vislielākā ietekme uz nozari, kas strādā ar lielu daudzumu jutīgiem datiem pa laikam. Piemērs šādiem klientiem ir finanšu iestādes. Goldman Sachs ieguldījuši D-Wave Systems, un uzņēmums In-Q-Tel finansē CIP. Pirmais ražo iekārtas, kas padara to, ko sauc par "kvantu rūdīšana", ti. E. nolemj zema līmeņa optimizācijas problēmas, izmantojot kvantu procesors. Intel ir arī iesaistīta ieguldīt šo tehnoloģiju, lai gan tā uzskata īstenošanu nākotnes biznesu.

Kāpēc tā?

Iemesls, ka kvantu skaitļošana ir tik aizraujoša, slēpjas to perfektā kombinācijā ar mašīnu mācībām. Pašlaik tas ir galvenais pieteikums šādiem aprēķiniem. Daļēji tas ir sekas no idejas par kvantu datoru - izmantojot fizisku ierīci, lai meklētu risinājumus. Dažreiz koncepcija izskaidrot ar piemēru spēļu Angry Birds. Lai modelētu mijiedarbību smaguma un sadūrušās objekti CPU tablete izmanto matemātiskus vienādojumus. Kvantu Procesori nodot šo pieeju savā galvā. Viņi "mest" dažus putnus, un skatīties, kas notiek. Pie mikročips rakstīts uzdevums: tā ir putns, viņi mest kāda optimālā trajektorija? Tad pārbaudīja visus iespējamos risinājumus, vai vismaz ļoti liela kombinācija no viņiem, un atbilde ir sniegta. Kvantu datoru problēmas atrisinātas nav matemātiķis, fizikas likumiem darba vietā.

Kā tas darbojas?

Pamata celtniecības blokus mūsu pasaulē - kvantu un mehāniskās. Ja paskatās uz molekulām, iemesls, par kuru tie veidojas un paliek stabils - mijiedarbība elektronu orbitāļu. Visi kvantu mehāniskā aprēķini ir katrā no tiem. To skaits pieaug eksponenciāli palielina skaitu modelētām elektroni. Piemēram, 50 elektroni pastāv divi 50 grādu iespējas. Šī fenomenāli liels skaitlis, tāpēc tas nevar aprēķināt jau šodien. Savienojuma informācijas teorija fizikā var norādīt ceļu uz šādu problēmu risināšanā. 50 kubitovnomu dators var darīt to.

Dawn jaunu ēru

Saskaņā ar Landon Downs, prezidents un līdzdibinātājs 1QBit, kvantu procesors - tas ir iespējams izmantot apstrādes jaudu subatomisko pasaulē, ir ļoti svarīgi, lai iegūtu jaunus materiālus vai jaunu medikamentu. Ir pāreja no paradigmas atklājumu uz jaunu ēru dizaina. Piemēram, kvantu skaitļošanas var izmantot, lai modelētu katalizatori, kas ļauj iegūt oglekli un slāpekli no atmosfēras, un tādējādi palīdzēt apturēt globālo sasilšanu.

Pie priekšgalā progresa

kopiena izstrādātājiem šīs tehnoloģijas ir ļoti satraukti un aizņemts aktivitāte. Komandas visā pasaulē uzsācēju, korporācijām, universitātēm un valdības laboratoriju veidojam sacīkšu auto, kas izmanto dažādas pieejas kvantu informācijas apstrādi. Izveidotie qubit supravadītāju qubits un mikroshēmas par uzņemto joniem, kas iesaistīti pētnieki no Merilendas universitātes un valsts institūts Standartu un tehnoloģijas. Microsoft izstrādā topoloģisko pieeju sauc stacija Q, kura mērķis ir piemērot ārpus abelian anjonu, kuru pastāvēšana nav pārliecinoši pierādīts.

Gads iespējams sasniegums

Un tas ir tikai sākums. Beigās 2017. maija skaits kvantu tipa procesoriem ir unikāli dara kaut ko ātrāk, vai labāk, nekā klasiskā datora, ir nulle. Šis pasākums būs noteikt "kvantu pārākumu", taču līdz šim tas nav noticis. Lai gan tas ir iespējams, ka tas varētu notikt jau šajā gadā. Lielākā daļa iekšējā teica, ka Google ir izteikts favorīts grupas, kuru profesors fizikas, Kalifornijas universitātē Santa Barbara, John Martin vadībā. Tās mērķis - panākt augstāko skaitļošanas, izmantojot 49-qubit procesoru. Līdz maija beigām 2017 komanda veiksmīgi izmēģinājuši 22 qubit mikroshēmu kā starpposms ceļā demontāžu klasiskā superdatoru.

Kā tas viss sākās?

Ideja izmantot kvantu mehāniku par informācijas apstrādei gadu desmitiem. Viens no galvenajiem notikumiem notika 1981. gadā, kad IBM un MIT kopīgi organizēja konferenci par skaitļošanas fizikā. Slavenais fiziķis Ričards Fainmens ierosināja veidot kvantu datoru. Pēc viņa teiktā, par simulāciju vajadzētu izmantot līdzekļiem kvantu mehānikā. Un tas ir liels izaicinājums, jo tas neizskatās tik viegli. Kvantu procesors darbības princips balstās uz vairākiem svešām īpašību atomu - pārklāšanās un saitēm. Daļiņu var būt divās valstīs vienlaicīgi. Tomēr, mērot tā būs tikai viens no tiem. Un tas ir iespējams paredzēt, kurā, izņemot no viedokļa teorijas varbūtību. Šis efekts ir pamats domāja eksperimenta Šrēdingera kaķis, kas ir kastē vienlaicīgi miris un dzīvs tik ilgi, kamēr novērotājs nav ložņāt palūrēt. Nekas strādā ikdienā šādā veidā. Tomēr aptuveni 1 miljonu veikto eksperimentu kopš divdesmitā gadsimta liecina, ka sastāvs eksistē. Un nākamais solis ir norādītas, kā izmantot šo koncepciju.

Quantum procesors: darba apraksts

Klasiskās biti var būt vērtību 0 vai 1, tad ir iespējams pavairot numurus, zīmēt attēlus un tā tālāk. N. qubit var būt arī 0, ja viņi garām līniju caur "loģikas vārti" (d. AND, OR, NOT, uc), 1 vai abus. Ja, teiksim, 2. qubit sapinušies, tas padara perfekti sabalansēta. tips kvantu procesors var izmantot loģika vārtiem. T. N. Hadamard vārti, piemēram, liek qubit ar superpozīcijas stāvoklī perfekta. Ja superpozīcija un mudžeklis apvienojumā ar gudri novieto kvantu vārti, kas sāk risināties potenciālu sub-atomu aprēķiniem. 2 ļauj pētījumu par qubit 4 valstīm: 00, 01, 10 un 11. darbības princips kvantu procesors tādā, ka izpilde loģiskajām operācijām ļauj strādāt ar visām pozīcijām uzreiz. Un skaits pieejamo valstīm ir 2 pakāpē skaita qubits. Tātad, ja jūs veicat 50 qubit universāla kvantu datoru, tas ir teorētiski iespējams izvērtēt visus 1125 septiljoni kombinācijas vienlaicīgi.

Kudity

Kvantu procesors Krievijā redzēt nedaudz savādāk. Zinātnieki no MIPT un Krievijas kvantu centrs izveidots "kudity" apzīmē vairākas "virtuālo" qubits ar dažādiem "enerģijas" līmeni.

amplitūda

tipa quantum procesors priekšrocība ir tā, ka quantum mechanics balstās uz amplitūdas. Varbūtība amplitūdas ir līdzīgi, bet tie var būt arī negatīva, un kompleksi skaitļi. Tātad, ja jūs vēlaties, lai aprēķinātu varbūtību notikumu, varat pievienot visu veidu amplitūdu no to attīstības iespējas. Ideja par kvantu skaitļošanas ir mēģināt setup interferences ainas tā, ka daži no veidiem, kā nepareizu atbilžu bija pozitīva amplitūdas ir, un daži - negatīva, lai viņi varētu viena otru. Ceļš ved uz pareizo atbildi būtu amplitūdas, kas sinhroni ar otru. Triks ir, ka jums ir nepieciešams, lai organizētu visu, nezinot iepriekš, kāda atbilde ir pareiza. Tātad straujais kvantu valstis kopā ar potenciālu iejaukšanās starp pozitīvo un negatīvo amplitūdu, ir priekšrocība šāda veida datortehnoloģijas.

Īsā algoritms

Ir daudzi uzdevumi, ka dators ir spējīgs atrisināt. Piemēram, šifrēšanu. Problēma ir tā, ka tas nav tik viegli atrast prime faktorus 200 ciparu numuru. Pat tad, ja klēpjdators darbojas ar lielisku programmatūru, jums var nākties gaidīt gadiem ilgi, lai atrastu atbildi. Tāpēc vēl pavērsiena kvantu skaitļošanas ir kļuvusi algoritms publicēts 1994. gadā Peter Shore tagad ir profesors matemātikā at MIT. Viņa metode ir atrast faktorus lielu skaitu, izmantojot kvantu datoru, kas nebija vēl neeksistē. Faktiski algoritms veic darbību, kas norāda uz šo zonu ar pareizo atbildi. Nākamajā gadā, Shore atklāja metodi kvantu kļūdu labošanu. Tad daudzi ir sapratuši, ka tas ir - alternatīva metode, aprēķinu, kas dažos gadījumos var būt spēcīgs. Tad sekoja pieaugums interesi no fiziķu radīt qubits un loģika vārti starp tām. Un tagad, divus gadu desmitus vēlāk, cilvēce ir uz draudēja radīt pilnvērtīgu kvantu datoru.