Xử lý lượng tử: mô tả, nguyên tắc hoạt động

máy tính lượng tử, ít nhất là về mặt lý thuyết, đề cập đến một vài thập kỷ. loại hiện đại của máy có sử dụng cơ chế phi cổ điển để xử lý có khả năng lượng chưa được kể về dữ liệu, đã trở thành một bước đột phá lớn. Theo các nhà phát triển, thực hiện của họ có lẽ là công nghệ tinh vi nhất từng được tạo ra. xử lý lượng tử hoạt động ở mức độ của vấn đề, trong đó nhân loại đã biết chỉ có 100 năm về trước. Tiềm năng tính toán như vậy là bao la. Sử dụng tính chất lượng tử kỳ lạ sẽ tăng tốc độ tính toán, rất nhiều công việc mà hiện nay là các máy tính cổ điển không thể đủ khả năng để được giải quyết. Và không chỉ trong lĩnh vực hóa học và khoa học vật liệu. Phố Wall cũng tỏ ra thích thú.

Đầu tư vào tương lai

CME Group đã đầu tư công ty Vancouver 1QB Thông tin Technologies Inc., phát triển phần mềm cho các bộ xử lý loại Quantum. Theo chủ đầu tư, những tính toán này có thể có ảnh hưởng lớn nhất đến ngành công nghiệp, mà làm việc với một lượng lớn dữ liệu nhạy cảm với thời gian. Một ví dụ về khách hàng như vậy là các tổ chức tài chính. Goldman Sachs đầu tư vào D-Wave Systems, và công ty In-Q-Tel tài trợ bởi CIA. Là người đầu tiên sản xuất máy móc mà làm những gì được gọi là "ủ lượng tử", tức là. E. Quyết định các vấn đề tối ưu hóa ở mức độ thấp sử dụng một bộ xử lý lượng tử. Intel cũng đang tham gia vào việc đầu tư vào công nghệ này, mặc dù nó xem xét việc thực hiện các công việc kinh doanh trong tương lai.

Tại sao làm điều đó?

Lý do mà máy tính lượng tử là rất thú vị, nằm trong sự kết hợp hoàn hảo của họ với máy học. Hiện nay, nó là ứng dụng chính cho các tính toán như vậy. Phần này là kết quả của ý tưởng của một máy tính lượng tử - sử dụng một thiết bị vật lý để tìm kiếm giải pháp. Đôi khi khái niệm giải thích bằng ví dụ của trò chơi Angry Birds. Để mô phỏng sự tương tác của lực hấp dẫn và các đối tượng va chạm CPU tablet sử dụng các phương trình toán học. Xử lý lượng tử đưa phương pháp này trên đầu của nó. Họ "ném" một vài loài chim, và xem những gì sẽ xảy ra. Tại microchip viết nhiệm vụ: đó là một con chim, họ ném những gì quỹ đạo tối ưu? Sau đó, kiểm tra tất cả các giải pháp khả thi, hoặc ít nhất là một sự kết hợp rất lớn trong số họ, và câu trả lời được đưa ra. Trong một lượng tử máy tính vấn đề được giải quyết không phải là một nhà toán học, pháp luật của công việc vật lý để thay thế.

Làm thế nào nó hoạt động?

Các khối xây dựng cơ bản của thế giới chúng ta - các lượng tử-cơ khí. Nếu bạn nhìn vào các phân tử, lý do mà họ được hình thành và duy trì ổn định - sự tương tác của các orbital electron. Tất cả các tính toán cơ học lượng tử được chứa trong mỗi trong số họ. số của họ phát triển theo cấp số nhân tăng số lượng các electron mô phỏng. Ví dụ, 50 electron tồn tại trong hai lựa chọn 50 độ. phi thường này số lượng lớn, vì vậy nó không thể tính toán ngày hôm nay. Kết nối thông tin lý thuyết vật lý để có thể vạch ra con đường để giải quyết vấn đề như vậy. 50 máy tính kubitovnomu có thể làm điều đó.

Bình minh của một kỷ nguyên mới

Theo Landon Downs, chủ tịch và đồng sáng lập của 1QBit, xử lý lượng tử - đó là có thể sử dụng sức mạnh xử lý của thế giới hạ nguyên tử, nó là rất quan trọng để có được vật liệu mới hoặc tạo ra các loại thuốc mới. Có một sự thay đổi từ mô hình khám phá một kỷ nguyên mới của thiết kế. Ví dụ, máy tính lượng tử có thể được sử dụng để mô hình hóa các chất xúc tác cho phép để trích xuất carbon và nitơ từ khí quyển, và do đó giúp ngăn chặn sự ấm lên toàn cầu.

Đi đầu trong tiến trình

cộng đồng các nhà phát triển của công nghệ này là vô cùng phấn khởi và hoạt động bận rộn. Đội trên toàn thế giới trong khởi nghiệp, các tập đoàn, các trường đại học và phòng thí nghiệm của chính phủ đang xây dựng một chiếc xe đua, trong đó sử dụng các phương pháp khác nhau để xử lý thông tin lượng tử. Tạo qubit siêu dẫn qubit và khoai tây chiên trên các ion bị bắt, trong đó liên quan đến các nhà nghiên cứu từ Đại học Maryland và Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ. Microsoft phát triển cách tiếp cận topo gọi là Trạm Q, mục đích của nó là để áp dụng anion phi Abel mà sự tồn tại vẫn chưa được chứng minh một cách thuyết phục.

Năm bước đột phá có thể xảy ra

Và đây là chỉ là khởi đầu. Vào cuối tháng 5 năm 2017 số lượng các bộ xử lý lượng tử-type đang làm một cái gì đó độc đáo nhanh hơn hoặc tốt hơn so với một máy tính cổ điển, là zero. Sự kiện này sẽ đặt "lượng tử ưu việt", nhưng cho đến nay nó đã không xảy ra. Trong khi nó có khả năng rằng điều này có thể xảy ra càng sớm càng trong năm nay. Hầu hết người trong cuộc nói rằng Google là trang web rõ ràng về các nhóm, dẫn đầu bởi Giáo sư Vật lý, Đại học California tại Santa Barbara, John Martin. Mục đích của nó - để đạt được tính toán vượt trội với sự giúp đỡ của bộ xử lý 49-qubit. Tính đến hết tháng 5 năm 2017 nhóm nghiên cứu thử nghiệm thành công chip 22-qubit như một bước trung gian về phía tháo dỡ các siêu máy tính cổ điển.

Làm thế nào nó Tất cả bắt đầu?

Ý tưởng của việc sử dụng cơ học lượng tử xử lý thông tin trong nhiều thập kỷ. Một trong những sự kiện quan trọng xảy ra vào năm 1981, khi IBM và MIT phối hợp tổ chức một hội nghị về vật lý tính toán. Các nhà vật lý học nổi tiếng Richard Feynman đề xuất để xây dựng một máy tính lượng tử. Theo ông, đối với các mô phỏng nên tận dụng lợi thế của các phương tiện cơ học lượng tử. Và đó là một thách thức lớn, bởi vì nó không giống dễ dàng như vậy. Trong xử lý lượng tử về nguyên tắc hoạt động dựa trên một số đặc tính kỳ lạ của các nguyên tử - chồng và vướng víu. Các hạt có thể ở hai trạng thái cùng một lúc. Tuy nhiên, khi đo nó sẽ chỉ là một trong số họ. Và nó là không thể dự đoán, trong đó, ngoại trừ từ quan điểm của lý thuyết xác suất. Hiệu ứng này là cơ sở của một thí nghiệm tưởng tượng con mèo Schrödinger, đó là trong hộp đồng thời chết và còn sống càng lâu người quan sát không phải là để lẻn peep. Không có gì làm việc trong cuộc sống hàng ngày theo cách này. Tuy nhiên, khoảng 1 triệu thí nghiệm được tiến hành kể từ đầu thế kỷ XX, cho thấy thành phần không tồn tại. Và bước tiếp theo là tìm hiểu làm thế nào để sử dụng khái niệm này.

xử lý lượng tử: Mô tả công việc

bit cổ điển có thể có giá trị 0 hoặc 1, ta có thể nhân số, vẽ hình ảnh và vân vân. N. qubit cũng có thể là 0 nếu họ bỏ lỡ một dòng thông qua "cổng logic" (d. AND, OR, NOT, vv), 1 hoặc cả hai. Nếu, ví dụ, 2 qubit vướng, nó làm cho chúng hoàn toàn tương quan. gõ xử lý lượng tử có thể sử dụng cổng logic. T. N. Hadamard cửa, ví dụ, đặt qubit trong trạng thái chồng chất của hoàn hảo. Nếu chồng chất và rối kết hợp với cổng lượng tử khéo léo vị trí, mà bắt đầu mở ra tiềm năng của tính toán hạ nguyên tử. 2 cho phép nghiên cứu của các qubit 4 trạng thái: 00, 01, 10 và 11. Nguyên tắc hoạt động của bộ vi xử lý lượng tử như vậy mà thực hiện các hoạt động logic làm cho nó có thể làm việc với tất cả các vị trí cùng một lúc. Và số lượng của các quốc gia có sẵn là 2 với sức mạnh của số qubit. Vì vậy, nếu bạn thực hiện một máy tính lượng tử phổ biến 50-qubit, đó là trên lý thuyết có thể kiểm tra tất cả 1.125 nghìn triệu triệu kết hợp cùng một lúc.

Kudity

xử lý lượng tử ở Nga thấy một chút khác nhau. Các nhà khoa học từ MIPT và trung tâm học lượng tử Nga tạo "kudity" đại diện cho nhiều qubit "ảo" với nhiều mức độ "năng lượng".

độ lớn

gõ xử lý lượng tử có ưu điểm là cơ học lượng tử dựa trên biên độ. biên độ xác suất tương tự, nhưng họ cũng có thể tiêu cực, và số phức. Vì vậy, nếu bạn muốn tính toán xác suất của một sự kiện, bạn có thể thêm tất cả các loại biên độ tùy chọn phát triển của họ. Ý tưởng về máy tính lượng tử là cố gắng thiết lập các mô hình can thiệp để một số trong những cách để câu trả lời sai có một biên độ tích cực, và một số - một tiêu cực, vì vậy họ sẽ triệt tiêu lẫn nhau. Một con đường dẫn đến câu trả lời đúng sẽ có biên độ mà đang trong giai đoạn với nhau. Bí quyết là bạn cần phải sắp xếp tất cả mọi thứ, mà không biết trước những gì câu trả lời là đúng. Vì vậy, trạng thái lượng tử mũ kết hợp với tiềm năng của sự giao thoa giữa biên độ tích cực và tiêu cực là một lợi thế của loại hình này tính toán.

thuật toán Shor của

Có rất nhiều công việc mà máy tính là không thể giải quyết. Chẳng hạn như mã hóa. Vấn đề là nó không phải là dễ dàng như vậy để tìm ra thừa số nguyên tố của một số 200 chữ số. Ngay cả khi máy tính xách tay đang chạy với phần mềm tuyệt vời, bạn có thể phải chờ đợi nhiều năm để tìm ra câu trả lời. Do đó, một cột mốc quan trọng trong máy tính lượng tử đã trở thành một thuật toán được xuất bản vào năm 1994 bởi Peter Shore, bây giờ là một giáo sư toán học tại MIT. Phương pháp của ông là để tìm ra các yếu tố của một số lượng lớn bằng cách sử dụng một máy tính lượng tử, mà không tồn tại được nêu ra. Trong thực tế, thuật toán thực hiện các hoạt động, trong đó chỉ ra những khu vực có câu trả lời đúng. Năm sau đó, Shore khám phá ra một phương pháp sửa lỗi lượng tử. Sau đó, nhiều người đã nhận ra rằng nó là - một phương pháp thay thế tính toán, mà trong một số trường hợp có thể mạnh hơn. Sau đó, theo một sự đột biến của sự quan tâm từ các nhà vật lý để tạo ra các qubit và các cổng logic giữa chúng. Và bây giờ, hai thập kỷ sau đó, nhân loại đang trên bờ vực của việc tạo ra một máy tính lượng tử chính thức.