پردازنده کوانتومی: توضیحات، اصل عمل

محاسبات کوانتومی، حداقل در تئوری، به ذکر چند دهه. انواع مدرن ماشین آلات که با استفاده از مکانیک های غیر کلاسیک برای دست زدن به طور بالقوه مقدار زیادی از داده ها، تبدیل شده اند دستیابی به موفقیت بزرگ است. توجه به توسعه دهندگان، اجرای آنها شاید تکنولوژی پیشرفته ترین تا کنون ایجاد شده است. پردازنده های کوانتومی در سطح ماده، که انسان تنها 100 سال پیش کار می کنند. پتانسیل چنین محاسبات بسیار زیاد است. با استفاده از خواص کوانتومی عجیب و غریب خواهد شد تا سرعت محاسبات، وظایف بسیاری است که در حال حاضر کامپیوترهای کلاسیک نمی توانیم به حل و فصل شود. و نه تنها در زمینه شیمی و علم مواد. وال استریت نیز نشان دادن علاقه.

سرمایه گذاری در آینده

گروه CME سرمایه گذاری کرده است این شرکت ونکوور 1QB اطلاعات فن آوری های شرکت، توسعه نرم افزار برای پردازنده های نوع کوانتومی. با توجه به سرمایه گذاران، این محاسبات به احتمال زیاد به بیشترین تاثیر را در صنعت، که با مقادیر زیادی از داده های حساس به زمان کار کند. یک مثال از چنین مشتریان موسسات مالی. گلدمن ساکس سرمایه گذاری در سیستم های شرکت D-Wave، و شرکت در س تلفن توسط سازمان سیا تامین می شود. اولین تولید کننده ماشین آلات که آنچه را «آنیل کوانتومی"، یعنی به نام. E. تصمیم مشکل بهینه سازی سطح پایین استفاده از یک پردازنده کوانتومی. اینتل همچنین به سرمایه گذاری در این تکنولوژی درگیر، با وجود آن اجرای کسب و کار آینده می داند.

چرا آن را انجام؟

به این دلیل که محاسبات کوانتومی بسیار هیجان انگیز است، نهفته در ترکیب کامل خود را با یادگیری ماشین است. در حال حاضر، برنامه اصلی را برای این گونه محاسبات است. تا حدودی این یک نتیجه است با استفاده از یک دستگاه فیزیکی برای جستجوی راه حل - از این ایده از یک کامپیوتر کوانتومی. گاهی اوقات مفهوم توضیح داد: این نمونه ای از بازی پرندگان عصبانی. شبیه سازی تداخل گرانش و قرص اشیاء برخورد پردازنده با استفاده از معادلات ریاضی. پردازنده کوانتومی این رویکرد بر سر آن قرار داده است. آنها "پرتاب" چند پرنده، و تماشای چه اتفاقی می افتد. در ریزتراشه نوشته شده وظیفه: آن است که یک پرنده، آنها پرتاب چه مسیر مطلوب است؟ سپس بررسی تمام راه حل های ممکن، و یا حداقل یک ترکیب بسیار زیادی از آنها، و پاسخ داده شده است. در یک کوانتوم کامپیوتر مشکلات حل نمی ریاضیدان، قوانین کار فیزیک.

چگونه کار می کند؟

بلوک های ساختمان های اساسی از جهان ما - مکانیک کوانتومی. اگر شما در مولکول نگاه کنید، به این دلیل که آنها شکل می گیرد و پایدار باقی می ماند - تعامل از اربیتال های الکترونی است. همه محاسبات مکانیک کوانتومی در هر یک از آنها موجود است. تعداد آنها نمایی رشد می کند به تعداد الکترون های شبیه سازی شده را افزایش دهد. به عنوان مثال، 50 الکترون در دو گزینه 50 درجه وجود دارد. این پدیداری تعداد زیادی، پس از آن می توانید امروز محاسبه نمی شود. تئوری اطلاعات اتصال به فیزیک می تواند راه را برای حل چنین مشکلاتی اشاره می کنند. 50 کامپیوتر kubitovnomu می توانید آن را انجام دهید.

طلوع یک عصر جدید

با توجه به لاندن داونز، رئيس جمهور و یکی از بنیانگذاران 1QBit، پردازنده کوانتومی - ممکن است به استفاده از قدرت پردازش از دنیای زیر اتمی، بسیار مهم است برای به دست آوردن مواد جدید یا ایجاد داروهای جدید. یک تغییر پارادایم از کشف به یک دوره جدید از طراحی وجود دارد. به عنوان مثال، محاسبات کوانتومی می توان مورد استفاده برای مدل سازی کاتالیزور که اجازه می دهد برای استخراج کربن و نیتروژن از اتمسفر، و در نتیجه کمک به توقف گرمایش جهانی است.

در خط مقدم پیشرفت

جامعه از توسعه دهندگان از این تکنولوژی بسیار هیجان زده و فعالیت مشغول است. تیم در سراسر جهان در استارت آپ ها، شرکت ها، دانشگاه ها و آزمایشگاه های دولتی در حال ایجاد یک ماشین مسابقه، که استفاده از روش های مختلف به پردازش اطلاعات کوانتومی. ایجاد کیوبیت ابررسانا کیوبیت ها و تراشه های به یون های اسیر شده است، که محققان از دانشگاه مریلند و موسسه ملی استاندارد و فناوری است. مایکروسافت توسعه رویکرد توپولوژیک به نام ایستگاه Q، که هدف از آن است که به درخواست آنیون غیر آبلی که وجود دارد قطعا اثبات نشده است.

سال دستیابی به موفقیت احتمالی

و این تنها آغاز است. در پایان ماه مه سال 2017 به تعداد پردازنده کوانتومی نوع منحصر به فرد انجام کاری سریع تر یا بهتر از یک کامپیوتر کلاسیک، صفر است. این رویداد "برتری کوانتومی" تنظیم شده باشد، اما تا کنون آن اتفاق افتاده است. در حالی که این احتمال وجود دارد که این می تواند به عنوان اوایل این سال اتفاق می افتد. ترین خودیها گفت که گوگل مورد علاقه واضح و روشن از گروه، توسط پروفسور فیزیک، دانشگاه کالیفرنیا در سانتا باربارا، جان مارتین منجر شده است. هدف آن - برای دستیابی به محاسبات برتر با کمک پردازنده 49-کیوبیت. در پایان مه 2017 تیم با موفقیت چیپ 22-کیوبیت به عنوان یک مرحله میانی به سمت پیاده سازی ابر رایانه کلاسیک تست شده است.

چگونه آن همه آغاز شد؟

ایده استفاده از مکانیک کوانتومی برای پردازش اطلاعات برای چند دهه. یکی از رویدادهای مهم در سال 1981 رخ داد، زمانی که IBM و MIT به طور مشترک در یک کنفرانس در فیزیک محاسباتی سازمان یافته است. فیزیکدان معروف ریچارد فاینمن پیشنهاد برای ساخت یک کامپیوتر کوانتومی. به گفته وی، برای شبیه سازی باید با استفاده از ابزار مکانیک کوانتومی است. و آن را یک چالش بزرگ است، زیرا به نظر نمی بسیار آسان است. انطباق و درهمتنیدگی - در پردازنده کوانتومی اصل عامل است در تعدادی از خواص عجیب اتم است. ذره می توانید در دو حالت در همان زمان می شود. با این حال، هنگامی که اندازه گیری آن خواهد شد فقط یکی از آنها. و غیر ممکن است برای پیش بینی که در آن، به جز از منظر نظریه احتمال. این اثر بر اساس یک آزمایش فکری گربه شرودینگر است که در جعبه به طور همزمان مرده و زنده تا زمانی که ناظر است به دزدکی حرکت کردن جوانه زدن است. هیچ چیز در زندگی روزمره کار می کند در این راه. با این حال، حدود 1 میلیون از آزمایش از آغاز قرن بیستم انجام شده است، نشان می دهد که ترکیب وجود دارد. و در گام بعدی است که بدانند چگونه به استفاده از این مفهوم است.

پردازنده کوانتومی: شرح شغل

بیت کلاسیک ممکن است مقدار 0 یا 1 را دارند، ممکن است به ضرب اعداد، نقاشی و غیره. N. کیوبیت همچنین می توانید 0 بود اگر آنها یک خط را از طریق "گیت های منطقی" (متوفی AND، OR، NOT، و غیره) را از دست ندهید، 1 و یا هر دو. اگر، مثلا، 2 کیوبیت گرفتار شده، آن را می سازد آنها را کاملا همبسته. نوع پردازشگر کوانتومی می توانید گیت های منطقی استفاده کنید. T. N. هادامارد دروازه، برای مثال، قرار می دهد کیوبیت در حالت تطابق کامل است. اگر انطباق و درهمتنیدگی کوانتومی همراه با دروازه هوشمندانه، که شروع به آشکار شدن پتانسیل محاسبات زیر اتمی. 2 اجازه مطالعه کیوبیت 4 حالت: 00، 01، 10 و 11. اصل عمل پردازنده کوانتومی است به طوری که اجرای عملیات منطقی را ممکن می سازد به کار با تمام مواضع در یک بار. و تعداد حالات در دسترس 2 به توان تعداد کیوبیت است. بنابراین، اگر شما یک کامپیوتر کوانتومی جهانی 50-کیوبیت، آن است که به لحاظ نظری ممکن به بررسی تمام 1125 کوادریلیون ترکیب به طور همزمان.

Kudity

پردازنده کوانتومی در روسیه را متفاوت ببینند کمی. دانشمندان از MIPT و مرکز کوانتومی روسی "kudity" نماینده چندین کیوبیت "مجازی" با سطوح مختلف "انرژی" ایجاد شده است.

دامنه

نوع پردازشگر کوانتومی دارای این مزیت است که مکانیک کوانتوم بر دامنه است. دامنه احتمال اعداد مختلط مشابه هستند، اما آنها نیز ممکن است منفی باشد، و. بنابراین، اگر شما می خواهید برای محاسبه احتمال یک رویداد، شما می توانید تمام انواع دامنه از گزینه های توسعه خود را اضافه کنید. ایده محاسبات کوانتومی است که سعی کنید به راه اندازی الگوی تداخل به طوری که برخی از راه هایی برای پاسخ اشتباه یک دامنه مثبت، و برخی از - یک منفی، به طوری که آنها یکدیگر را خنثی. مسیر منتهی به پاسخ درست خواهد دامنه که در فاز با یکدیگر هستند. ترفند این است که شما نیاز به سازماندهی همه چیز، بدون دانستن در پیشبرد چه پاسخ درست است. حالات کوانتومی بنابراین نمایی در ترکیب با بالقوه تداخل بین دامنه مثبت و منفی این استفاده از این نوع محاسبات است.

الگوریتم شور را

بسیاری از کارهایی است که کامپیوتر قادر به حل وجود دارد. مانند رمزنگاری. مشکل این است که آن را بسیار آسان برای پیدا کردن عوامل اول یک عدد 200 رقمی است. حتی اگر لپ تاپ در حال اجرا است با نرم افزار بسیار عالی، شما ممکن است مجبور باشید برای سال برای پیدا کردن پاسخ. بنابراین، نقطه عطف دیگری در محاسبات کوانتومی تبدیل شده است یک الگوریتم در سال 1994 توسط پیتر ساحل منتشر شده است، در حال حاضر استاد ریاضیات در دانشگاه MIT است. روش او این است که پیدا کردن عوامل از تعداد زیادی با استفاده از یک کامپیوتر کوانتومی، که وجود ندارد. در واقع، الگوریتم این عملیات، که نشان می دهد این منطقه را با پاسخ صحیح. در سال بعد، ساحل یک روش تصحیح خطا کوانتومی را کشف کردند. بعد، بسیاری از متوجه شده اند که در آن است - یک روش جایگزین محاسبه، که در برخی موارد می تواند قوی تر. سپس موجی از علاقه از فیزیکدانان به ایجاد کیوبیت و گیت های منطقی بین آنها به دنبال. و اکنون، دو دهه بعد، بشریت در آستانه ایجاد یک کامپیوتر تمام عیار کوانتومی است.