Quantum procesor: popis, princip činnosti

Quantum computing, alespoň teoreticky, abychom zmínili několik desetiletí. Moderní typy strojů, které používají non-klasické mechaniky pro zacházení s potenciálně nebezpečnými nesčetné množství dat, se staly velký průlom. Podle vývojářů, jejich realizace byla možná nejdokonalejší technologie jaký byl kdy vytvořen. Kvantové procesory pracují na úrovni hmoty, z nichž lidstvo známých teprve před 100 lety. Potenciál těchto výpočtů je obrovský. Používání bizarní kvantové vlastnosti urychlí výpočty, tak mnoho úkolů, které jsou v současné době klasické počítače nemohou dovolit být vyřešeny. A to nejen v oblasti chemie a vědy o materiálech. Wall Street se také projevují zájem.

Investice do budoucnosti

CME Group investovala společnost Vancouver 1QB Information Technologies Inc., vyvíjí software pro procesory typu Quantum. Podle investorů, tyto výpočty mohou mít největší dopad na výrobní odvětví, které pracují s velkým množstvím citlivých údajů času. Příkladem takových zákazníků jsou finanční instituce. Goldman Sachs investuje do D-Wave Systems a společnost In-Q-Tel financován CIA. První vyrábí stroje, které tvoří to, co se nazývá „kvantový žíhání“, tj. E. rozhodl optimalizační problém nízkoúrovňové pomocí kvantové procesor. Intel se zabývá také investovat do této technologie, i když se domnívá, že provádění budoucí podnikání.

Proč to udělal?

Důvod, že kvantová práce na počítači je tak vzrušující, spočívá v jejich dokonalé kombinaci s strojového učení. V současné době je hlavní aplikace pro tyto výpočty. Částečně je to důsledek myšlenky kvantového počítače - pomocí fyzické zařízení k hledání řešení. Někdy je pojem vysvětlit na příkladu hře Angry Birds. Pro simulaci interakce gravitace a tablety kolidující objekty procesor používá matematické rovnice. Kvantové procesory dal tento přístup na jeho hlavě. Oni „hodit“ pár ptáků, a sledujte, co se stane. Na mikročipem písemné úkol: to je pták, vrhají co optimální trajektorie? Pak zkontroloval všechny možné řešení, nebo alespoň velmi velký kombinací obou, a odpověď je dána. V kvantového počítače jsou problémy vyřešeny není matematik, zákony fyziky práce místo.

Jak to funguje?

Základními stavebními kameny našeho světa - kvantově-mechanický. Podíváte-li se na molekulách, důvod, pro které jsou vytvořeny a zůstávají stabilní - interakce elektronových orbitalů. Všechny výpočty kvantové-mechanické jsou obsaženy v každém z nich. Jejich počet roste exponenciálně zvyšovat počet simulovaných elektronů. Například, 50 elektrony existovat ve dvou variantách 50 stupňů. Tento neobyčejně velké množství, takže se nemůže počítat i dnes. Spojení teorie informace k fyzice může ukazovat cestu k řešení těchto problémů. 50 kubitovnomu počítač může dělat.

Úsvit nové éry

Podle Landon Downs, prezident a spoluzakladatel 1QBit, kvantový procesor - je možné využít výpočetní výkon na subatomární svět, je velmi důležité pro získání nových materiálů nebo vytvoření nových léků. Dochází k posunu od paradigmatu objevu do nové éry designu. Například, kvantová práce na počítači může být použit pro modelování katalyzátorů, které umožňují získat uhlík a dusík z atmosféry, a tím pomoci zastavit globální oteplování.

V čele pokroku

komunita vývojářů této technologie je velmi vzrušený a zaneprázdněný aktivitou. Oba týmy po celém světě v zakládaných podniků, firem, univerzit a státních laboratoří se staví závodní auto, které používají různé přístupy k kvantového zpracování informace. Vytvořené qubit supravodivé qubits a čipy na zachycených iontů, které se podílejí vědci z University of Maryland a Národního institutu pro standardy a technologie. Microsoft vyvíjí topologické přístup zvaný Station Q, jehož cílem je uplatnit non-Ábela aniont, jehož existence nebyla přesvědčivě prokázáno.

Rok pravděpodobné průlom

A to je jen začátek. Na konci května 2017 se počet procesorů kvantové typu jsou jednoznačně něco rychlejší a lepší než klasický počítač, je nulová. Tato akce nastaví „kvantový nadřazenost“, ale zatím se to nestalo. I když je pravděpodobné, že se to mohlo stát již v tomto roce. Většina zasvěcenci řekl, že Google je jasným favoritem skupiny, kterou vede profesor fyziky, University of California v Santa Barbaře, John Martin. Jeho účelem - aby se dosáhlo vyšší výpočetní pomocí 49-qubit procesoru. Ke konci května 2017 tým úspěšně testoval 22-qubit čip, jako mezistupeň k demontáži klasického superpočítač.

Jak to všechno začalo?

Myšlenka využití kvantové mechaniky pro zpracování informací po celá desetiletí. Jednou z klíčových událostí došlo v roce 1981, kdy IBM a MIT společně uspořádaly konferenci o počítačové fyziky. Slavný fyzik Richard Feynman navrhl postavit kvantový počítač. Podle něj pro simulaci by měly využít prostředků z kvantové mechaniky. A je to velká výzva, protože to nevypadá tak snadné. V kvantové procesoru Princip funkce na základě řady podivných vlastností atomů - superpozice a zapletení. Částice mohou být ve dvou stavech současně. Avšak při měření bude jen jeden z nich. A to je nemožné předpovědět, ve které, kromě z hlediska teorie pravděpodobnosti. Tento účinek je základem myšlenkový experiment Schrödingerova kočka, která je v poli současně mrtvý a naživu tak dlouho, jak pozorovatel není plížit nahlédnout. Nic nefunguje v každodenním životě tímto způsobem. Nicméně, asi 1 milion z pokusů prováděných od počátku dvacátého století, ukazují, že prostředek neexistuje. A dalším krokem je přijít na to, jak používat tento pojem.

Kvantový procesor: popis práce

Klasické bitů může mít hodnotu 0 nebo 1, je možné násobit čísla, kreslit obrázky a tak dále. N. qubit může být také 0, pokud chybí čáry přes „logická hradla“ (d. AND, OR, NOT, atd), 1 nebo obojí. V případě, řekněme, 2 qubit zapletený, to z nich dělá perfektně korelované. typ kvantový procesor použít logická hradla. T. N. Hadamard brána, například staví qubit v superpozici stavu perfektní. If superpozice a zapletení v kombinaci s důmyslně umístěnými kvantových bran, které začínají odvíjet potenciál sub-atomová výpočty. 2 umožňují studii qubit 4 stavy: 00, 01, 10 a 11. Zásada provoz kvantového procesoru tak, že provádění logických operací umožňuje pracovat se všemi pozicemi najednou. A počet dostupných stavů je 2 až moc počtu qubits. Takže pokud uděláte 50-qubit univerzální kvantový počítač, je teoreticky možné přezkoumat všechny 1125 biliard kombinací současně.

Kudity

Quantum procesor v Rusku vidět trochu jinak. Vědci z MIPT a ruského kvantového centra vytvořil „kudity“ představující několik „virtuálních“ qubits s různými úrovněmi „energie“.

amplituda

typ kvantový procesor má tu výhodu, že kvantová mechanika je založena na amplitud. Amplituda pravděpodobnosti jsou podobné, ale mohou být také negativní, a komplexní čísla. Takže, pokud chcete vypočítat pravděpodobnost události, můžete přidat všechny druhy amplitudy svých možností vývoje. Myšlenka kvantové práce na počítači je pokusit se nastavit interferenční obrazec tak, že některé ze způsobů, jak špatné odpovědi měla pozitivní amplitudu, a některé z nich - negativní, takže by se navzájem ruší. Cesta vede ke správné odpovědi by měly amplitud, které jsou ve fázi s sebou. Trik je v tom, že je třeba uspořádat vše, aniž by věděl předem, co je odpověď je správná. Takže exponenciální kvantové stavy v kombinaci s potenciálem rušení mezi pozitivními a negativními amplitud Výhodou tohoto typu výpočtu.

Shorův algoritmus

Existuje mnoho úkolů, které je počítač schopen vyřešit. Jako je šifrování. Problém je v tom, že to není tak snadné najít prvočísla určitého počtu 200 číslice. Dokonce i když je notebook běží s vynikající software, budete možná muset počkat let najít odpověď. Proto je další milník v kvantové výpočetní techniky se stala algoritmus publikoval v roce 1994 Peter Shore, je nyní profesorem matematiky na MIT. Jeho metoda je najít faktory velkého počtu pomocí kvantový počítač, který ještě neexistoval. Ve skutečnosti je algoritmus provede operaci, která indikuje oblast s správnou odpověď. Následující rok, Shore objevil metodu korekce kvantové chyb. Potom, mnohé z nich si uvědomil, že to je - alternativní metoda výpočtu, což v některých případech může být silnější. Následoval nárůst zájmu od fyziků vytvořit qubits a logická hradla mezi nimi. A teď, o dvacet let později, je lidstvo na pokraji vytvoření plnohodnotného kvantový počítač.