processore Quantum: la descrizione, principio di funzionamento

computazione quantistica, almeno in teoria, per citare alcuni decenni. moderni tipi di macchine che utilizzano meccanismi non classici per gestire potenzialmente quantità incalcolabile di dati, sono diventati un grande passo avanti. Secondo gli sviluppatori, la loro attuazione è stata forse la più sofisticata tecnologia mai creato. processori quantici operano a livelli di materia, di cui l'umanità ha conosciuto solo 100 anni fa. Il potenziale di questi calcoli è immenso. Utilizzando le proprietà quantistiche bizzarre permetterà di accelerare i calcoli, tanti compiti che sono attualmente i computer classici non può permettersi di essere risolto. E non solo nel campo della chimica e della scienza dei materiali. Wall Street è anche mostrando interesse.

Investire nel futuro

CME Group ha investito l'azienda di Vancouver 1QB Information Technologies Inc., sviluppa software per i processori di tipo Quantum. Secondo gli investitori, questi calcoli sono suscettibili di avere il maggiore impatto sul settore, che lavorano con grandi quantità di dati sensibili in volta. Un esempio di tali clienti sono le istituzioni finanziarie. Goldman Sachs ha investito in D-Wave Systems, e la società In-Q-Tel finanziato dalla CIA. La prima produce macchine che compongono quello che viene chiamato un "annealing quantistico", cioè. E. decide il problema di ottimizzazione di basso livello utilizzando un processore quantistico. Intel è anche impegnata ad investire in questa tecnologia, anche se ritiene che l'attuazione del business futuro.

Perché farlo?

La ragione per cui l'informatica quantistica è così eccitante, sta nella loro perfetta combinazione con l'apprendimento della macchina. Attualmente, è l'applicazione principale per tali calcoli. In parte questo è una conseguenza dell'idea di un computer quantistico – utilizzando un dispositivo fisico per la ricerca di soluzioni. A volte il concetto spiegato con l'esempio del gioco Angry Birds. Per simulare l'interazione di gravità e tablet oggetti in collisione CPU usa equazioni matematiche. Quantum Processori mettere questo approccio sulla sua testa. Essi "gettano" alcuni uccelli, e guardare cosa succede. A microchip scritta compito: è un uccello, gettano quello che la traiettoria ottimale? Poi controllato tutte le possibili soluzioni, o almeno una grande combinazione di essi, ed è dato la risposta. In un quantum di computer problemi sono risolti , non un matematico, le leggi della fisica, invece lavoro.

Come funziona?

Gli elementi di base del nostro mondo – la meccanica quantistica. Se si guardano le molecole, la ragione per la quale essi si formano e rimangono stabili – l'interazione degli orbitali di elettroni. Tutti i calcoli della meccanica quantistica sono contenuti in ciascuno di essi. Il loro numero cresce esponenzialmente aumentare il numero di elettroni simulati. Ad esempio, 50 elettroni esistono in due opzioni di 50 gradi. Questo fenomenale gran numero, in modo che non può calcolare oggi. Informazioni di connessione teoria alla fisica può indicare la strada per risolvere tali problemi. 50 del computer kubitovnomu può farlo.

L'alba di una nuova era

Secondo Landon Downs, presidente e co-fondatore di 1QBit, processore quantistico – è possibile utilizzare la potenza di elaborazione del mondo subatomico, è fondamentale per ottenere nuovi materiali o la creazione di nuovi farmaci. C'è uno spostamento dal paradigma della scoperta di una nuova era di design. Ad esempio, la computazione quantistica può essere usata per modellare catalizzatori che permettono di estrarre carbonio e azoto dall'atmosfera, e quindi contribuire a fermare il riscaldamento globale.

In prima linea del progresso

comunità di sviluppatori di questa tecnologia è estremamente eccitato e intensa attività. Le squadre di tutto il mondo in start-up, aziende, università e laboratori governativi stanno costruendo una macchina da corsa, che utilizzano diversi approcci per l'elaborazione dell'informazione quantistica. Creati qubit superconduttori qubit e patatine sul ioni catturati, che ha coinvolto i ricercatori dell'Università del Maryland e del National Institute of Standards and Technology. Microsoft sviluppa approccio topologico chiamato Q Station, il cui scopo è quello di applicare anione non-abeliana la cui esistenza non è stata definitivamente provata.

Anno probabile svolta

E questo è solo l'inizio. Alla fine di maggio 2017 il numero di processori quantum-tipo stanno facendo in modo univoco qualcosa di più veloce o meglio di un computer classico, è pari a zero. Questo evento sarà impostare la "superiorità di qualità", ma finora non è successo. Mentre è probabile che questo potrebbe accadere già quest'anno. La maggior parte degli addetti ai lavori ha detto che Google è il chiaro favorito del gruppo, guidato dal Professore di Fisica, Università della California a Santa Barbara, John Martin. Il suo scopo – per ottenere di calcolo superiore con l'aiuto di processori 49-qubit. Alla fine di maggio 2017 squadra testato con successo il chip 22 qubit come passo intermedio verso lo smantellamento di supercomputer classica.

Come tutto ebbe inizio?

L'idea di usare la meccanica quantistica per l'elaborazione dell'informazione per decenni. Uno degli eventi chiave si è verificato nel 1981, quando IBM e il MIT hanno organizzato congiuntamente una conferenza sulla fisica computazionale. Il famoso fisico Richard Feynman ha proposto di costruire un computer quantistico. Secondo lui, per la simulazione dovrebbe approfittare dei mezzi di meccanica quantistica. Ed è una grande sfida, perché non sembra così facile. Nel processore quantistico principio di funzionamento si basa su una serie di strane proprietà di atomi – sovrapposizione e entanglement. La particella può essere in due stati contemporaneamente. Tuttavia, quando si misura sarà solo uno di loro. Ed è impossibile prevedere in cui, se non dal punto di vista della teoria della probabilità. Questo effetto è la base di un esperimento mentale gatto di Schrödinger, che è nella casella contemporaneamente morto e vivo finché l'osservatore non è quello di intrufolarsi peep. Niente funziona nella vita di tutti i giorni in questo modo. Tuttavia, circa 1 milione di esperimenti condotti dagli inizi del XX secolo, mostrano che la composizione esiste. E il passo successivo è capire come utilizzare questo concetto.

processore Quantum: Descrizione job

bit classici possono avere il valore 0 o 1, è possibile moltiplicare numeri, disegnare immagini e così via. N. qubit può anche essere 0 se manca una linea attraverso "porte logiche" (d. AND, OR, NOT, ecc), 1 o entrambi. Se, per esempio, 2 qubit impigliato, li rende perfettamente correlato. digitare processore quantistico possono utilizzare porte logiche. T. N. Hadamard cancello, per esempio, mette il qubit in uno stato di sovrapposizione di perfetta. Se sovrapposizione e entanglement combinati con porte quantistiche posizionati in modo intelligente, che iniziano a dispiegare il potenziale di calcoli subatomiche. 2 consentire lo studio dei qubit 4 stati: 00, 01, 10 e 11. Il principio di funzionamento del processore quantistico tale che l'esecuzione di operazioni logiche consente di lavorare con tutte le posizioni in una volta. E il numero di stati disponibili è 2 elevato alla potenza del numero di qubit. Quindi, se si effettua un computer quantistico universale 50-qubit, è teoricamente possibile esaminare tutti i 1.125 quadrilioni combinazioni simultaneamente.

Kudity

processore Quantum in Russia vedi un po 'diverso. Scienziati provenienti da MIPT e dal centro quantistica russo creò "kudity" che rappresenta diversi qubit "virtuali" con i vari livelli di "energia".

ampiezza

tipo di processore quantistico ha il vantaggio che la meccanica quantistica si basa sulle ampiezze. ampiezze di probabilità sono simili, ma possono anche essere negativo, e numeri complessi. Quindi, se si vuole calcolare la probabilità di un evento, è possibile aggiungere tutti i tipi di ampiezza delle loro opzioni di sviluppo. L'idea di informatica quantistica è quello di cercare di impostare la figura di interferenza in modo che alcuni dei modi per risposte sbagliate hanno avuto un'ampiezza positiva, e alcuni – un negativo, in modo che si annullano a vicenda. Un percorso che porta alla risposta corretta avrebbe ampiezze che sono in fase tra loro. Il trucco è che avete bisogno di organizzare tutto, senza sapere in anticipo quale sia la risposta corretta. stati quantici modo esponenziale in combinazione con il potenziale di interferenza tra le ampiezze positive e negative è un vantaggio di questo tipo di calcolo.

l'algoritmo di Shor

Ci sono molte attività che il computer sia in grado di risolvere. Come ad esempio la crittografia. Il problema è che non è così facile trovare i fattori primi di un numero di 200 cifre. Anche se il portatile è in esecuzione con software eccellente, potrebbe essere necessario attendere per anni per trovare la risposta. Pertanto, un'altra pietra miliare nella computazione quantistica è diventato un algoritmo pubblicato nel 1994 da Peter Shore, ora è un professore di matematica al MIT. Il suo metodo è quello di trovare i fattori di un gran numero utilizzando un computer quantistico, che non esisteva ancora. Infatti, l'algoritmo esegue l'operazione, che indica la zona con la risposta corretta. L'anno successivo, Shore ha scoperto un metodo di correzione degli errori quantistica. Poi, molti hanno capito che è – un metodo alternativo di calcolo, che in alcuni casi può essere più potente. Poi seguito un aumento di interesse da fisici per creare qubit e porte logiche tra loro. E ora, due decenni più tardi, l'umanità è sul punto di creare un computer quantistico a tutti gli effetti.