Квантын процессор: тодорхойлолт, үйл ажиллагааны зарчим

Квантын тооцоолох, онолын хувьд наад зах нь хэдэн арван жил энд дурьдах нь. болзошгүй мэдээлэл цаглашгуй хэмжээний харьцах бус сонгодог механик хэрэглэдэг машинууд Орчин үеийн төрөл, том нээлт болсон байна. хөгжүүлэгчдийн дагуу, тэдгээрийн хэрэгжилт, магадгүй хэзээ ч бий хамгийн төвөгтэй технологи юм. Квантын процессорууд нь хүн төрөлхтөн зөвхөн 100 жилийн өмнө мэдсэн материйн түвшинд ажилладаг. Ийм тооцоо болзошгүй асар их юм. Одоогийн байдлаар сонгодог компьютер нь маш олон ажлуудыг хийж, хачин квант шинж чанарыг ашиглан тооцоог хурдасгах болно шийдвэрлэж чадахгүй юм. Биш, зөвхөн хими, материал шинжлэх ухааны салбарт. Wall Street нь бас сонирхолтой байгаа юм.

ирээдүйд хөрөнгө оруулалт хийх

CME Group Ванкувер компани 1QB Мэдээллийн технологи Inc-ийн хөрөнгө оруулалт, Квантын төрөл боловсруулагч програм хангамжийг боловсруулж байна. хөрөнгө оруулагчдад дагуу, эдгээр тооцоо аж үйлдвэр, цаг хугацааны мэдрэмжтэй их хэмжээний өгөгдөл хамтран ажиллах хамгийн их нөлөө үзүүлэх төлөвтэй байна. Ийм хэрэглэгчдийн нэг жишээ нь санхүүгийн байгууллагууд байна. Goldman Sachs D-Wave Systems хөрөнгө оруулалт, компанийн In-Q-Утас ТТГ-ын санхүүжүүлсэн. Эхнийх нь "квант annealing", өөрөөр хэлбэл гэгддэг хийх машин үйлдвэрлэдэг. E. квант процессор ашиглан бага хэмжээний оновчтой асуудлыг шийднэ. Intel мөн ирээдүйн бизнесийн хэрэгжилтийг гэж үзсэн хэдий ч, энэ технологийн хөрөнгө оруулалт хийдэг байна.

Яагаад энэ вэ?

Квант тооцоолох маш сонирхолтой байгаа шалтгаан, машин суралцах нь тэдний төгс хослол оршино. Одоогийн байдлаар ийм тооцоо гол програм юм. Ихэвчлэн энэ нь үр дагавар нь юм шийдэл хайх нь физик төхөөрөмж ашиглан - квант компьютер санаа. Заримдаа ойлголт тоглоомын Angry Birds-ийн жишээгээр тайлбарласан. таталцлын харилцан дүр болон мөргөлдөж объектууд нь CPU-ийн таблет нь математикийн тэгшитгэл ашигладаг. Квантын процессоруудыг өөрийн толгой дээр энэ хандлагыг тавьсан. Тэд хэд хэдэн шувуу "хаях", болон юу харж байна. microchip бичсэн үед үүрэг: Энэ бол шувуу, тэд юу оновчтой замнал хаях? Дараа нь бүх л боломжит шийдлийг шалгаж, эсвэл тэдний наад зах нь маш том хослол, мөн хариулт өгсөн байна. квант компьютерийн асуудлыг шийдвэрлэж байгаа нь математикч, оронд физикийн ажлын хууль биш.

Энэ нь хэрхэн ажилладаг вэ?

Манай дэлхийн үндсэн барилгын тоосго - квант механик. Та молекулуудын харах юм бол, үүний төлөө тэд байгуулагдсан байдаг бөгөөд шалтгаан нь тогтвортой хэвээр байна - Электрон orbitals нь харилцан. Бүх квант механик тооцоо тэдэнд тус бүрт агуулагдаж байдаг. Тэдний тоо эрс загварчилсан электроны тоог нэмэгдүүлэх ургадаг. Жишээ нь, 50 электрон хоёр 50 градусын тохируулгуудын талаар байх юм. Энэ нь гайхмаар их хэмжээний тоо, тиймээс энэ нь өнөөдөр тооцоолж чадахгүй. физик холболт мэдээллийн онол зэрэг асуудлыг шийдвэрлэх арга замыг зааж болно. 50 kubitovnomu компьютер үүнийг хийж чадна.

шинэ эрин Dawn

Landon Downs, ерөнхийлөгч, 1QBit хамтран үүсгэн байгуулагч, квант процессор дагуу - энэ нь атомаас жижиг дэлхийн боловсруулах хүчийг ашиглах боломжтой юм, энэ нь шинэ материал, шинэ эм бий олж авах нь чухал байна. загвар шинэ эрин нээлт загварт нь өөрчлөх байдаг. Жишээ нь, квант тооцоолох агаар мандлаас нүүрстөрөгч, азотын гаргаж, улмаар дэлхийн дулаарлыг зогсоох нь туслах боломж катализатор загварыг ашиглаж болно.

дэвшлийн тэргүүн эгнээнд

Энэ технологийн хөгжүүлэгчдийн олон нийтийн маш их сэтгэл ихэд догдолж, завгүй үйл ажиллагаа юм. Гарааны, корпораци, их дээд сургуулиуд, засгийн газрын лабораторид дэлхий даяар багууд нь уралдааны машин, квант мэдээлэл боловсруулах янз бүрийн арга хэрэглэдэг барьж байна. баригдсан ион, Мэрилэндийн их сургууль, стандарт, технологийн үндэсний хүрээлэнгийн судлаачид оролцсон Үүсгэсэн qubit superconducting qubits болон чипс. Microsoft станц Q гэж нэрлэдэг топологи хандлагыг, үүний зорилго нь оршин эцэслэн батлагдсан байна гэсэн бус Abelian анион хэрэглэх явдал юм боловсруулдаг.

Он магадлалтай нээлт

Мөн энэ нь зөвхөн эхлэл юм. Тавдугаар 2017 оны эцэст квант төрлийн процессор тоо хосгүй сонгодог компьютер илүү хурдан эсвэл илүү ямар нэг зүйл хийж байгаа, тэг байна. Энэ үйл явдал "квант давуу" гэж тохируулах болно, гэхдээ өнөөг хүртэл энэ нь болсон байна. Энэ нь аль эрт энэ жил шиг болох болно гэсэн үг юм байна. Ихэнх еерсдее Google-ийн бүлэг, физикийн профессор, Санта Барбара дахь Калифорнийн их сургуулийн Жон Мартин тэргүүтэй тодорхой дуртай байна гэж хэлсэн байна. Үүний зорилго нь - 49 qubit процессор тусламжтайгаар дээд зэргийн тооцоолох хүрэхийн тулд. Тавдугаар сарын эцэс гэхэд 2017 баг амжилттай сонгодог суперкомпьютер нь задарсан талаар дундын шат болгон 22-qubit чип туршсан байна.

бүх хэрхэн эхэлсэн?

Хэдэн арван жилийн турш мэдээлэл боловсруулах квант механикийг ашиглах санаа. IBM болон MIT хамтран тооцоолох физикийн бага хурал зохион байгуулж байх үед гол үйл явдлын нэг нь, 1981 онд гарсан. алдарт физикч Ричард Feynman квант компьютер барих санал болгосон. Түүний хэлснээр, симуляци нь квант механикийн аргаар давуу талыг ашиглах хэрэгтэй. Мөн энэ нь тийм хялбар харагдах биш юм, учир нь агуу сорилт юм. давамгайллаас болон орооцолдон - квант процессор нь үйлдлийн зарчим нь атомын хачин шинж чанар нь хэд хэдэн дээр суурилсан байна. бөөмийн нэгэн зэрэг хоёр мужид байх болно. Гэсэн хэдий ч, хэмжих үед энэ нь тэдний л нэг байх болно. Мөн энэ нь магадлалын онолын талаас нь бусад нь урьдчилан таамаглах боломжгүй юм. Энэ нөлөө нь бодол туршилтын Schrödinger муур, ажиглагч зүрхлэхгүй гэтэх биш юм шиг хайрцаг урт нь нэгэн зэрэг нас барсан, амьд байх гол үндэс юм. Юу ч энэ замаар өдөр тутмын амьдралд ажилладаг. Гэсэн хэдий ч, ХХ зууны эхнээс хойш явуулсан туршилт 1 сая, найрлага байх вэ гэдгийг харуулж байна. Дараагийн алхам бол энэ үзэл баримтлалыг хэрхэн ашиглах талаар ерөөсөө байна.

Квантын процессор: ажлын байрны тодорхойлолт

Сонгодог бит, утга 0 эсвэл 1 байх энэ тоо нэмэгдэх боломжтой болно зураг зурах гэх мэт. Н. Qubit Мөн тэд "логик дааман хаалгануудын" (С. БА, эсвэл биш, гэх мэт) дамжуулан шугам алдвал 0 байж болох юм, 1 эсвэл аль аль нь. хэлэх, 2 qubit орооцолдох, бол, энэ нь тэднийг төгс шууд хамааралтай байдаг. логик хаалга ашиглаж болно квант процессор бичнэ. T. Н. Hadamard хаалга, жишээ нь, төгс төгөлдөр нь суперпозицын мужид qubit оруулж байна. суперпозицын болон орооцолдох ухаалаг байр сууриа квант дааман хаалгаар, дэд атомын тооцоонд боломжийг өрнөж эхлэх хослуулан бол. логик үйл ажиллагааны гүйцэтгэл нь байж болох нэг дор бүх албан тушаалд ажиллах боломжтой болгодог гэж 00, 01, 10, 11. ийм квант процессор үйл ажиллагаа зарчим: 2 qubit 4 орнуудын судалгаа олгодог. Тэгээд байгаа улс орнуудын тоо qubits тоо хүчээр 2 юм. Тэгэхээр та 50-qubit нийтийн квантын компьютер хийх бол энэ нь онолын хувьд боломжтой бүх 1,125 квадриллион хослол нэгэн зэрэг судлах явдал юм.

Kudity

ОХУ-д квантын процессор нь бага зэрэг өөрөөр харж байна. MIPT, ОХУ-ын квантын төвийн эрдэмтэд янз бүрийн "эрчим хүч" гэж түвшинд хэд хэдэн удаа "виртуал" qubits төлөөлж "kudity" бий болгосон байна.

далайц

бичиж квант процессор квант механик amplitudes дээр үндэслэсэн давуу талтай юм. Магадлалын amplitudes адил нарийн төвөгтэй тоо байдаг ч тэд ч мөн адил сөрөг байж болох бөгөөд. Тэгэхээр та үйл явдлын магадлалыг тооцох гэж байгаа бол та бүх төрлийн тэдний хөгжлийн хувилбаруудыг далайц нь нэмж болно. Квант компьютерийн санаа тохиргоон оролдох явдал юм хөндлөнгийн загварыг болохоор буруу хариултыг арга замуудын зарим нь эерэг далайц байсан, зарим нь - нь сөрөг, тиймээс тэд бие биенээ цуцлах болно. Зөв хариултыг хүргэж A зам өөр хоорондоо үе шатанд байна amplitudes байх болно. трик Та хариулт зөв гэж юу болохыг урьдчилан мэдэх ямар ч бүхнийг зохион байгуулах хэрэгтэй байгаа юм. Эерэг болон сөрөг amplitudes хооронд хөндлөнгийн боломжтой хослуулан Тиймээс огцом квант-ын тооцоолол энэ төрлийн нэг давуу тал юм.

Сөүл-ийн алгоритм

Компьютерийн шийдвэрлэж чадахгүй байгаа олон ажлууд бий. Шифрлэлтийн гэх мэт. асуудал нь 200 оронтой тооны Ерөнхий хүчин зүйлсийг олох тийм ч амар биш юм байна. зөөврийн маш сайн программ хангамж нь ажиллаж байгаа ч гэсэн, та хариултыг олохын тулд жил хүлээх хэрэгтэй болох юм. Тиймээс, квант компьютерийн өөр амжилт гаргасан Петр Shore 1994 онд хэвлэгдсэн алгоритм болж байна, одоо MIT-д математикийн профессор юм. Түүний арга нь квантын компьютер, хараахан байхгүй байгаа юм бэ ашиглан олон тооны хүчин зүйлсийг олох юм. Үнэн хэрэгтээ, алгоритм үйл ажиллагааг зөв хариулт нь газар нутгийг зааж хийдэг. Дараа жил нь Shore квант алдаа засах аргыг нээжээ. зарим тохиолдолд илүү хүчирхэг байж болно тооцоолох өөр нэг арга, - Дараа нь олон юм гэдгийг ойлгосон байна. Дараа нь тэдний хооронд qubits, логик хаалга бий болгох физикчид нь ашиг сонирхлын хэмнэж дагав. Мөн эдүгээ, хоёр жилийн дараа хүн төрөлхтөн бүрэн эрхт квант компьютер бий даваан дээр байна.