Quantum prosessor: beskrivelsen, prinsippet for operasjon

Quantum computing, i hvert fall i teorien, for å nevne noen få tiår. Moderne typer maskiner som bruker ikke-klassisk mekanikk for håndtering av potensielt utallige mengder data, har blitt en stor gjennombrudd. Ifølge utviklerne, gjennomføringen var kanskje den mest sofistikerte teknologien noensinne er laget. Quantum prosessorer opererer på nivåer av materie, hvorav menneskeheten har kjent bare 100 år siden. Potensialet for slike beregninger er enorm. Ved hjelp av bisarre quantum eiendommer vil øke hastigheten på beregningene, så mange oppgaver som i dag klassiske datamaskiner kan ikke råd til å være løst. Og ikke bare innen kjemi og materialvitenskap. Wall Street viser også interesse.

Investering i fremtiden

CME Group har investert Vancouver selskap 1QB Information Technologies Inc., utvikler programvare for Quantum typen prosessorer. Ifølge investorer, disse beregningene er sannsynlig å ha størst innvirkning på bransjen, som arbeider med store mengder sensitive data til annen. Et eksempel på slike kunder er finansinstitusjoner. Goldman Sachs investert i D-Wave Systems, og selskapet In-Q-Tel finansiert av CIA. Den første produserer maskiner som gjør det som kalles en "quantum annealing", altså. E. beslutter optimaliseringsproblemet lavt nivå ved hjelp av et kvantesprang prosessor. Intel er også engasjert i å investere i denne teknologien, selv om den anser gjennomføringen av fremtidige virksomhet.

Hvorfor gjøre det?

Grunnen til at quantum computing er så spennende, ligger i deres perfekt kombinasjon med maskinlæring. Foreløpig er det den viktigste applikasjonen for slike beregninger. Delvis er dette en konsekvens av ideen om en kvantedatamaskin - ved hjelp av en fysisk enhet for å søke etter løsninger. Noen ganger begrepet forklart av eksempel på spillet Angry Birds. For å simulere samspillet av tyngdekraften og kolliderende objektene CPU tablett bruker matematiske ligninger. Quantum Prosessorer sette denne tilnærmingen på hodet. De "kaste" noen fugler, og se hva som skjer. På mikrobrikke skrevet oppgave: det er en fugl, kaster de hva den optimale banen? Deretter sjekket alle mulige løsninger, eller i det minste en veldig stor kombinasjon, og svaret er gitt. I en kvantedatamaskin problemer løses ikke en matematiker, fysikkens lover arbeid i stedet.

Hvordan virker det?

De grunnleggende byggesteinene i vår verden - den kvantemekanisk. Hvis du ser på molekylene, grunnen som de er dannet og forbli stabil - samspillet mellom elektron orbitaler. Alle kvantemekanisk beregninger er inneholdt i hver av dem. Deres antall vokser eksponentielt øke antall simulerte elektroner. For eksempel vil 50 elektroner eksisterer i to 50-graders alternativer. Dette fenomenalt stort antall, så det kan ikke regne i dag. Tilkobling informasjonsteori til fysikk kan peke ut veien til å løse slike problemer. 50 kubitovnomu datamaskin kan gjøre det.

Begynnelsen på en ny æra

Ifølge Landon Downs, president og medgrunnlegger av 1QBit, quantum prosessor - det er mulig å bruke prosessorkraften til subatomære verden, er det avgjørende å skaffe nye materialer eller etablering av nye medisiner. Det er et skifte fra paradigmet av funn til en ny æra av design. For eksempel kan kvantum databehandling brukes for å modellere katalysatorer som gjør det mulig å trekke ut karbon og nitrogen fra atmosfæren, og således bidra til å stoppe global oppvarming.

I forkant av fremgang

fellesskapet av utviklere av denne teknologien er svært glade og opptatt aktivitet. Lagene rundt om i verden i start-ups, bedrifter, universiteter og offentlige laboratorier bygger en racerbil, som bruker ulike tilnærminger til quantum informasjonsbehandling. Opprettet qubit superledende qubits og chips på de fangede ioner, som involverte forskere fra University of Maryland og National Institute of Standards and Technology. Microsoft utvikler topologisk tilnærming kalt Station Q, der formålet er å bruke ikke-abelsk anion hvis eksistens har ikke blitt bevist.

År sannsynlig gjennombrudd

Og dette er bare begynnelsen. Ved utgangen av mai 2017 antall kvante-type prosessorer er unikt gjør noe raskere eller bedre enn en klassisk datamaskin, er null. Dette arrangementet vil sette "quantum overlegenhet", men så langt har det ikke skjedd. Selv om det er sannsynlig at dette kan skje så tidlig som i år. De fleste innsidere sa at Google er klar favoritt i gruppen, ledet av professor i fysikk ved Universitetet i California i Santa Barbara, John Martin. Sin hensikt - å oppnå overlegen databehandling ved hjelp av 49-qubit prosessor. Ved slutten av mai 2017 lag testet 22-qubit brikke som et mellomliggende trinn mot demontering av klassisk superdatamaskin.

Hvordan det hele begynte?

Ideen om å bruke kvantemekanikk for informasjonsbehandling i flere tiår. En av de viktigste hendelsene skjedde i 1981, da IBM og MIT fellesskap organisert en konferanse om beregningsorientert fysikk. Den berømte fysikeren Richard Feynman foreslått å bygge en kvantedatamaskin. Ifølge ham, for simulering bør dra nytte av gjennomsnittet for kvantemekanikk. Og det er en stor utfordring, fordi det ser ikke så lett. I quantum prosessor driftsprinsipp er basert på en rekke merkelige egenskaper av atomer - superposisjon og sammenfiltring. Partikkelen kan være i to tilstander samtidig. Men når man måler det vil være bare ett av dem. Og det er umulig å forutsi hvor, bortsett fra perspektivet av teorien om sannsynlighet. Denne effekten er grunnlaget for et tankeeksperiment Schrödingers katt, som er i boksen samtidig døde og levende så lenge observatør er ikke å snike kikke. Ingenting fungerer i hverdagen på denne måten. Men om lag 1 million av eksperimenter utført siden begynnelsen av det tjuende århundre, viser at sammensetningen eksisterer. Og det neste trinnet er å finne ut hvordan du bruker dette konseptet.

Quantum prosessor: stillingsbeskrivelse

Klassiske biter kan ha verdien 0 eller 1, er det mulig å multiplisere antall, tegne bilder og så videre. N. qubit kan også være 0, når de går glipp av en linje gjennom "logic gates" (d. AND, OR, NOT, etc.), en eller begge deler. Hvis for eksempel to qubit viklet, det gjør dem perfekt korrelerte. skriver quantum prosessoren kan bruke logiske porter. T. N. Hadamard gate, for eksempel, setter qubit i en superposisjon tilstand av perfekt. Ved superposisjon og sammenfiltring kombinert med smart plasserte kvante-porter, som begynner å brette den potensielle sub-atom beregninger. 2 tillater studiet av qubit 4 tilstander: 00, 01, 10 og 11. Virkemåten prinsipp kvante-prosessoren, slik at utføringen av logiske operasjoner gjør det mulig å arbeide med alle stillinger samtidig. Og antallet tilgjengelige tilstander er 2 opphøyd i antall qubits. Så, hvis du gjør en 50-qubit universell kvantedatamaskin, er det teoretisk mulig å undersøke alle 1125 kvadrillion kombinasjoner samtidig.

Kudity

Quantum prosessor i Russland se litt annerledes. Forskere fra MIPT og russisk quantum sentrum skapt "kudity" representerer flere "virtuelle" qubits med ulike "energi" nivåer.

amplitude

skriver quantum prosessor har den fordel at kvantemekanikk er basert på amplitudene. Sannsynlighets amplituder er like, men de kan også være negativ, og komplekse tall. Så, hvis du ønsker å beregne sannsynligheten for en hendelse, kan du legge til alle typer av amplitude av sine utviklingsmuligheter. Ideen om quantum computing er å prøve å sette interferensmønsteret slik at noen av måtene å gale svar hadde en positiv amplitude, og noen - en negativ, så de ville avbryte hverandre. En bane som fører til det riktige svaret vil ha amplituder som er i fase med hverandre. Trikset er at du trenger å organisere alt, uten å vite på forhånd hva svaret er riktig. Så eksponensielle kvantetilstander i kombinasjon med mulighetene for interferens mellom de positive og negative amplituder er en fordel ved denne type beregning.

Shor algoritme

Det er mange oppgaver at datamaskinen ikke er i stand til å løse. Slik som kryptering. Problemet er at det er ikke så lett å finne de viktigste faktorene for en 200-sifret nummer. Selv om den bærbare datamaskinen kjører med god programvare, kan du måtte vente i årevis for å finne svaret. Derfor har en annen milepæl i kvantum databehandling bli en algoritme utgitt i 1994 av Peter Shore, er nå professor i matematikk ved MIT. Hans metode er å finne faktorene til et stort antall ved hjelp av en kvantedatamaskin, som ikke finnes ennå. Faktisk utfører algoritmen operasjonen, noe som indikerer området med det riktige svaret. Året etter, Shore oppdaget en metode for quantum feilretting. Så mange har innsett at det er - en alternativ metode for beregning, som i noen tilfeller kan være kraftigere. Deretter fulgte en bølge av interesse fra fysikere for å skape qubits og logiske porter mellom dem. Og nå, to tiår senere, er menneskeheten i ferd med å skape et fullverdig kvantedatamaskin.