Quantum protsessor: kirjeldus, tööpõhimõte

Quantum computing, vähemalt teoreetiliselt, rääkimata paar aastakümmet. Modern tüüpi masinad, mis kasutavad mitte-klassikalise mehaanika käitlemise potentsiaalselt ütlemata andmemahtude, on saanud suur läbimurre. Vastavalt arendajad, nende rakendamine oli ehk kõige keerukamaid tehnoloogia kunagi loodud. Quantum töötlejad tegutsevad taseme küsimuses, mille inimkond on teada ainult 100 aastat tagasi. Võimalikku need arvutused on tohutu. Kasutades veider quantum omadused kiirendab arvutusi, nii palju ülesandeid, mis on praegu klassikalise arvutid ei saa lahendada. Ja mitte ainult keemia valdkonnas ja materjaliteadus. Wall Street on ka näitab huvi.

Investeerimine tulevikku

CME Group on investeerinud Vancouver firma 1QB infotehnoloogia Inc., arendab tarkvara Quantum tüüpi protsessorid. Vastavalt investorid need arvutused on tõenäoliselt kõige suurem mõju tööstuse, mis töötavad suure koguse tundlikke andmeid ajalt. Näiteks sellise kliendid on finantsasutused. Goldman Sachs investeerinud D-Wave Systems ja ettevõtte-Q-Tel rahastatud CIA. Esimene toodab masinaid, mis teevad, mida nimetatakse "quantum lõõmutamine", st. E. otsustab madala taseme optimeerimine probleem kasutades quantum protsessor. Intel tegeleb ka investeerides seda tehnoloogiat, kuigi leiab rakendamist tulevikus äri.

Miks seda teha?

Põhjusel, et kvantarvutustehnika on nii põnev, peitub nende täiuslik koos Masinõppimise. Praegu on peamine taotlus sellise arvutusi. Osaliselt on see tagajärg idee kvant arvuti - kasutades füüsilise seadmega otsida lahendusi. Vahel mõeldakse seletada näiteks mängu Angry Birds. Simuleerida interaktsiooni raskusastme ja põrgata objektide CPU tablett kasutab matemaatilisi võrrandeid. Quantum protsessorid kasutusele selline lähenemine oma peaga. Nad "visata" paar linnud, ja vaadata, mis juhtub. At mikrokiip kirjaliku ülesande: see on lind, nad viskavad mida optimaalne trajektoor? Siis kontrollitakse kõiki võimalikke lahendusi või vähemalt väga suur kombinatsioon neist, ja vastus on antud. In quantum arvuti probleemid on lahendatud ei matemaatik, füüsikaseaduste töö asemel.

Kuidas see toimib?

Põhialuse meie maailmas - kvantmehhaaniliste. Kui te vaatate molekulid, mis põhjusel nad on moodustatud ning stabiilselt - koostoime elektronide orbitaale. Kõik kvantmehhaaniliste arvutused sisalduvad iga neist. Nende arv kasvab eksponentsiaalselt arvu suurendada simuleeritud elektronid. Näiteks 50 elektrone olemas kaks 50-kraadise võimalusi. See fenomenaalselt suur hulk, nii et see ei saa arvutada täna. Connection teavet teooria füüsika Suuna viis lahendada selliseid probleeme. 50 kubitovnomu arvuti saab seda teha.

Dawn uue ajastu

Vastavalt Landon Downs, president ja asutaja 1QBit, quantum protsessor - see on võimalik kasutada töötlemise võimsus elementaarosakeste maailmas, on oluline, et saada uusi materjale või uute ravimite. On üleminekut paradigma avastus uue ajastu disain. Näiteks kvantarvutustehnika saab modelleerida katalüsaatorid, mis võimaldavad eraldada süsiniku ja lämmastiku atmosfääris ja seega aidata peatada globaalne soojenemine.

Esirinnas edusamme

kogukonna arendajad selle tehnoloogia on väga põnevil ja hõivatud aktiivsus. Võistkonnad üle maailma start-ups, ettevõtted, ülikoolid ja valitsuse labs on hoone võidusõiduauto, mis kasutavad erinevaid lähenemisviise quantum teavet töötlemiseks. Loodud Kvantbitt ülijuhtivad qubits ja kiibid pildistatud ioonid, mis on seotud teadlaste Ülikooli Maryland ja National Institute of Standards and Technology. Microsoft arendab topoloogiline lähenemisviisi nimetatakse Station Q, mille eesmärk on kasutada mitte-Abeli anioon, mille olemasolu ei ole veenvalt tõestatud.

Aasta tõenäoline läbimurre

Ja see on alles algus. Lõpus mai 2017 arv quantum-tüüpi protsessorid on üheselt midagi kiiremini või paremini kui klassikalise arvuti on null. See sündmus loob "quantum paremus", kuid siiani ei ole juhtunud. Kuigi on tõenäoline, et see võib juhtuda juba sel aastal. Enamik siseringi ütles, et Google on selge lemmik rühma eesotsas professor füüsika, University of California Santa Barbara, John Martin. Selle eesmärk - saavutada parem arvuti abiga 49-Kvantbitt protsessor. Aasta lõpuks mai 2017 meeskond edukalt katsetatud 22-Kvantbitt kiip nagu vaheetapp lammutamine klassikalise superarvuti.

Kuidas see kõik algas?

Mõte kasutada kvantmehaanika teabe töötlemise aastakümneid. Üks olulisemaid sündmusi aastal 1981, kui IBM ja MIT ühiselt korraldatud konverentsil teoreetiline füüsika. Kuulus füüsik Richard Feynman ettepanek ehitada kvantarvuti. Tema sõnul simuleerimiseks peaks ära abil kvantmehaanika. Ja see on suur väljakutse, sest see ei tundu nii lihtne. In quantum protsessor tööpõhimõte põhineb mitmete kummaline omadusi aatomit - superpositsiooni ja hukkumine. Osakeste võib olla kahes olekus samal ajal. Samas, kui mõõtmine on see vaid üks neist. Ja see on võimatu ennustada, kus, välja arvatud vaatenurgast teooria tõenäosusega. See efekt on aluseks mõtteeksperimendiga Schrödinger kass, mis on kasti korraga surnud ja elus nii kaua kui vaatleja ei vargsi Peep. Miski töötab igapäevaelus sel viisil. Kuid umbes 1 miljon läbi viidud eksperimendid algusest kahekümnendal sajandil, näitavad, et kompositsioon ei eksisteeri. Ja järgmine samm on välja selgitada, kuidas kasutada seda mõistet.

Quantum protsessor: ametijuhend

Classic bitti võib olla väärtus 0 või 1, siis on võimalik, et korrutada numbrid, joonistada pilte ja nii edasi. N. Kvantbitt võib olla ka 0, kui nad ei pane läbiv joon "loogika väravad" (d. AND, OR, NOT, jne), 1 või mõlemad. Kui, ütleme, 2 Kvantbitt takerdunud, see teeb neid täiesti korrelatsioonis. kirjuta quantum protsessor saab kasutada loogika väravad. T. N. Hadamard'i värava, näiteks paneb Kvantbitt on superpositsiooni seisundi täiuslik. Kui superpositsioon ja takerdumine kombineerida oskuslikult paigutatud quantum väravad, mis algavad paljastama potentsiaali aatomiseseid arvutused. 2 võimaldab uuring Kvantbitt 4 sätestab: 00, 01, 10 ja 11. tööpõhimõtet quantum protsessor selline, et täitmise loogikaoperatsioone võimaldab töötada kõigis asendites korraga. Ja arv olekud on 2 astmes arvu qubits. Niisiis, kui sa teed 50-Kvantbitt universaalne quantum arvuti, see on teoreetiliselt võimalik uurida kõiki 1,125 Kvadriljoona kombinatsioonid üheaegselt.

Kudity

Quantum protsessor Venemaa vt natuke teistmoodi. Teadlased MIPT ja vene quantum keskus loodud "kudity" esindab mitut "virtuaalne" qubits erinevate "energia" taset.

amplituudi

kirjuta quantum protsessor on see eelis, et kvantmehaanika põhineb amplituudidega. Tõenäosus amplituudid on sarnased, kuid nad võivad olla ka negatiivne, ja keerulised numbrid. Niisiis, kui soovite arvutada sündmuse tõenäosuse, võite lisada igasuguseid amplituud nende arengut võimalusi. Idee kvantarvutustehnika on püüda setup interferentsimuster et mõned viisid, et valesid vastuseid oli positiivne amplituudi ja mõned - negatiivne, nii et nad oleksid kompenseerivad üksteist. Tee viib õige vastus oleks amplituudi, mis on kooskõlas omavahel. Trikk on selles, et teil on vaja korraldada kõik, teadmata ette, milline vastus on õige. Nii eksponentsiaalse Kvantolek koos võimalike häirete vahel positiivsed ja negatiivsed amplituudid on ära seda tüüpi arvutusvõimsus.

Shor algoritm

Seal on palju ülesandeid, et arvuti ei suuda lahendada. Nagu krüpteerimine. Probleem on selles, et see ei ole nii lihtne leida algtegurid 200-kohaline number. Isegi kui sülearvuti töötab suurepärase tarkvara, siis võib-olla oodata aastaid leida vastus. Seega, teine verstapost kvantarvutustehnika on muutunud algoritmi avaldatud 1994. aastal Peter Shore, on nüüd professor matemaatika MIT. Tema meetod on leida tegurid suur hulk kasutades quantum arvuti abil, mis ei ole veel olemas. Tegelikult algoritm teostab operatsiooni, mis näitavad ala õige vastus. Järgmisel aastal Shore avastanud meetodi quantum veaparandus. Siis paljud mõistnud, et see on - teist arvutusmeetodit, mis mõnel juhul võib olla võimsam. Järgnesid lisandus huvi füüsikud luua qubits ja loogika väravad nende vahel. Ja nüüd, kaks aastat hiljem, inimkonna on äärel luua täieõiguslik quantum arvuti.