Kvantna procesor: opis, princip rada

Kvantno računanje, barem u teoriji, da spomenemo samo nekoliko desetljeća. Moderne vrste strojeva koji koriste ne-klasične mehanike za rukovanje potencijalno neizrecive količine podataka, postali su veliki proboj. Prema programere, njihova primjena je možda najviše sofisticirane tehnologije ikada stvoren. Kvantna procesori rade na razinama materije, od kojih je čovječanstvo poznate tek prije 100 godina. Potencijal takvim izračunima je ogromna. Korištenje bizarne kvantna svojstva će ubrzati izračune, toliko zadataka koji su trenutno klasična računala ne može priuštiti da bude riješen. I ne samo u području kemije i znanosti o materijalima. Wall Street se također pokazuje interes.

Ulaganje u budućnost

CME Group uložila u Vancouver tvrtku 1QB Information Technologies Inc, razvija softver za kvantnu tipa procesora. Prema investitorima, ti izračuni su vjerojatno da će imati najveći utjecaj na industriju, koja rade s velikim količinama osjetljivih podataka na vrijeme. Primjer takvih kupaca su financijske institucije. Goldman Sachs uložio u D-Wave Systems, a tvrtka In-Q-Tel financira CIA. Prvi proizvodi strojeve koji čine ono što se naziva „kvantni žarenje”, tj. E. odlučuje optimizacije problema niske razine pomoću kvantni procesor. Intel je također angažiran za ulaganja u ovu tehnologiju, iako smatra da je provedba budućeg poslovanja.

Zašto to učiniti?

Razlog da kvantno računanje je tako uzbudljivo, leži u njihovom savršenom kombinaciji s strojnog učenja. Trenutno, to je glavni zahtjev za takve izračune. Djelomično je to posljedica ideje kvantna računala - koristeći fizički uređaj za traženje rješenja. Ponekad se pojam objasniti na primjeru igre Angry Birds. Za simulaciju interakcije gravitacije i sudaraju objekti CPU tableta koristi matematičke jednadžbe. Kvantna Procesori staviti ovaj pristup na glavi. Oni „baciti” na nekoliko ptica i gledati što se događa. U mikročip napisan zadatak: što je ptica, oni bacaju ono što je optimalna putanja? Zatim provjerava sve moguće rješenja, ili barem vrlo velik kombinacija od njih, a odgovor je dao. U kvantno računalo problemi su riješeni nije matematičar, zakone fizike rada umjesto.

Kako se to radi?

Osnovni građevni elementi našeg svijeta - kvantno-mehanička. Ako pogledate molekula, razlog zbog kojeg su formirani i ostati stabilan - interakcija elektrona orbitala. Svi kvantno-mehaničkom izračuni nalaze se u svakoj od njih. Njihov broj raste eksponencijalno povećati broj simuliranim elektrona. Na primjer, 50 elektroni postoje dvije opcije 50 stupnjeva. Ovo fenomenalno veliki broj, pa se ne može izračunati i danas. Povezivanje teorije informacije u fizici može pokazati put za rješavanje takvih problema. 50 kubitovnomu računalo može to učiniti.

Zora novog doba

Prema Landon Downs, predsjednik i suosnivač 1QBit, kvantne procesor - moguće je koristiti snagu obrade subatomskoj svijeta, što je presudno za dobivanje novih materijala ili stvaranje novih lijekova. Tu je pomak od paradigme otkrića u novu eru dizajna. Na primjer, kvantno računanje može se koristiti za modeliranje katalizatore koji omogućuju izdvajanje ugljika i dušika iz atmosfere, i na taj način pomoći zaustaviti globalno zagrijavanje.

Na čelu napretka

zajednica programera ove tehnologije je vrlo uzbuđen i prometnu djelatnost. Timovi širom svijeta u start-up, korporacija, sveučilišta i vladinih laboratorija grade auto utrka, koja koriste različite pristupe kvantne obrade informacija. Created qubit supravodljivi kvantnih bitova i čips na snimljenim iona koji su uključeni istraživači sa Sveučilišta Maryland i Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju. Microsoft razvija topološki pristup, nazvan stanica P, od kojih je svrha da se prijave ne abelovski anion čije postojanje nije nepobitno dokazana.

Godina vjerojatno proboj

A to je samo početak. Krajem svibnja 2017. godine broj kvantno tipa procesora jedinstveno rade nešto brže ili bolje nego klasičnom računalu, je nula. Ovaj događaj će se postaviti „kvantni superiornost”, ali do sada se to nije dogodilo. Iako je vjerojatno da se to moglo dogoditi već ove godine. Većina insidera, rekao je da je Google je jasno favorit grupe, pod vodstvom profesora fizike, University of California u Santa Barbari, John Martin. Njegova je svrha - kako bi se postigla vrhunske računalstvo uz pomoć 49-qubit procesor. Do kraja svibnja 2017. godine tim je uspješno testirao 22-qubit čip kao srednji korak ka razbijanja klasičnog superračunalo.

Kako je sve počelo?

Zamisao o korištenju kvantne mehanike za obradu informacija desetljećima. Jedan od ključnih događaja dogodila 1981. godine, kada je IBM i MIT zajednički organizirali konferenciju o računalnom fizike. Poznati fizičar Richard Feynman predložio za izgradnju kvantnog računala. Prema njegovim riječima, za simulaciju treba iskoristiti sredstva kvantne mehanike. I to je veliki izazov, jer to ne izgleda tako lako. Na kvantnoj procesor princip rada temelji se na broj ugljikovih neobičnim svojstvima - superpozicije i sprezanje. Čestica može biti u dva stanja u isto vrijeme. Međutim, kada se mjeri to će biti samo jedan od njih. A to je nemoguće predvidjeti u kojem je, osim iz perspektive teorije vjerojatnosti. Ovaj efekt je osnova misaonog eksperimenta Schrödingerova mačka, koji je u okvir istodobno mrtav i živ kao čeznuti kao promatrač nije ušuljati zavirivati. Ništa ne radi u svakodnevnom životu na ovaj način. Međutim, oko milijun eksperimenata provedenih od početka dvadesetog stoljeća, pokazuju da sastav ne postoji. A sljedeći korak je figuring out kako iskoristiti ovaj koncept.

Kvantna procesor: opis posla

Klasična bita može imati vrijednost 0 ili 1, moguće je da se množe brojeve, crtanje slike i tako dalje. N. Qubit također može biti 0 ako im nedostaje pravac kroz „logičkih vrata” (d. I, ili, ne, itd), 1 ili oboje. Ako, recimo, 2 qubit isprepletene, što ih čini savršeno povezane. tip kvantni procesor može koristiti logičkih vrata. T.N. Hadamard vrata, na primjer, stavlja qubit u superpozicije stanju savršen. Ako superpozicije i zaplitanja u kombinaciji s pametno postavljenih kvantnim vrata, koji počinju razvijati potencijal sub-atomske proračunima. 2. omogućiti proučavanje qubit 4 država: 00, 01, 10 i 11. Princip rada kvantnog procesor takav da izvršenje logičkih operacija omogućuje rad sa svim pozicijama odjednom. A broj dostupnih država je 2 na potenciju broja kvantnih bitova. Dakle, ako bi se 50-qubit univerzalni kvantno računalo, to je teoretski moguće ispitati sve 1.125 bilijardi kombinacije istovremeno.

Kudity

Kvantna procesor u Rusiji vidi malo drugačije. Znanstvenici iz MIPT i ruskog kvantnog centra stvorio „kudity” predstavlja nekoliko „virtualni” kvantnih bitova s različitim razinama „energija”.

amplituda

tip kvantni procesor ima prednost da kvantne mehanike se temelji na amplitude. Vjerojatnosti amplitude su slični, ali oni također mogu biti negativan, a kompleksni brojevi. Dakle, ako želite izračunati vjerojatnost događaja, možete dodati sve vrste amplitude njihovih razvojnih mogućnosti. Ideja kvantnog računarstva je pokušati postaviti uzorak interferencije , tako da su neki od načina na pogrešne odgovore imao pozitivan amplitude, a neki - negativna, tako da će otkazati jedni druge. Put koji vodi do točnog odgovora bi amplitude koje su u fazi jedni s drugima. Trik je u tome da trebate organizirati sve, ne znajući unaprijed što je odgovor točan. Tako eksponencijalnog kvantna stanja u kombinaciji s potencijalom interferencije između pozitivnih i negativnih amplituda je prednost ove vrste računanja.

Shor algoritam

Postoje mnogi zadaci koje računalo ne može riješiti. Kao što su šifriranje. Problem je u tome što to nije tako lako naći osnovne množitelje 200-znamenkastim brojem. Čak i ako je laptop radi s odličnim softverom, možda ćete morati čekati godinama kako bi pronašli odgovor. Dakle, još jedna prekretnica u kvantno računanje postao algoritam objavljen u 1994 Peter Shore, sada je profesor matematike na MIT-u. Njegova metoda je pronaći čimbenike velikog broja pomoću kvantno računalo, koje još nije postojao. U stvari, algoritam obavlja rad, koji upućuju na područje s točnim odgovorom. Sljedeće godine, Priključak otkrio metodu kvantnog ispravljanje pogrešaka. Zatim, mnogi su shvatili da je to - alternativna metoda izračuna, što u nekim slučajevima može biti snažniji. Potom slijedi val interesa od fizičara za stvaranje kvantnih bitova I logičkih vrata između njih. A sada, dva desetljeća kasnije, čovječanstvo je na rubu stvaranja punopravni kvantno računalo.