מעבד קוונטים: התיאור, עיקרון הפעולה

מחשוב קוונטי, לפחות בתיאוריה, להזכיר עשורים ספורים. סוגים מודרניים של מכונות המשתמשות מכניקה הלא קלסית לטיפול פוטנציאלי כמויות עצומות של נתונים, הפכו את פריצה גדולה. לטענת המפתחים, יישומם היה אולי הטכנולוגיה המתוחכמת ביותר שנוצרה אי פעם. מעבדים קוונטיים לפעול ברמות של עניין, אשר האנושות ידעה רק לפני 100 שנים. הפוטנציאל של חישובים כאלה הוא עצום. באמצעות תכונות קוונטיות מוזרות יאיץ את החישובים, כל כך הרבה משימות כי כרגע במחשבים קלסיים לא יכול להרשות לעצמו להיפתר. ולא רק בתחום כימיה והנדסת חומרים. וול סטריט גם מגלה עניין.

השקעה בעתיד

CME Group השקיעה החברה ונקובר 1QB מידע טכנולוגיות בע"מ, מפתחת תוכנה עבור מעבדי סוג קוונטית. לדברי משקיעים, חישובים אלה צפויים לקבל את ההשפעה הגדולה ביותר על הענף, אשר עובד עם כמויות גדולות של נתונים רגישים זמן. דוגמא לקוחות כאלה הן מוסדות פיננסיים. גולדמן סאקס השקיע מערכות D-Wave, וחברת In-Q-Tel ממומן על ידי ה- CIA. הראשון מייצר מכונות שהופכות מה נקרא "חישול קוונטים", כלומר. א מחליטה בעיה אופטימיזציה ברמה הנמוכה באמצעות מעבד קוונטים. אינטל עוסקת גם להשקיע בטכנולוגיה הזו, למרות שזה מתייחס ליישום בעסק בעתיד.

למה לעשות את זה?

הסיבה כי מחשוב קוונטי הוא כל כך מרגש, טמון בשילוב המושלם שלהם עם למידת מכונה. נכון לעכשיו, זה הוא היישום העיקרי עבור חישובים כאלה. חלקית זו היא תוצאה של הרעיון של מחשב קוונטי - באמצעות מכשיר פיזי לחפש פתרונות. לפעמים המושג מוסבר על ידי הדוגמה של אנגרי בירדס המשחק. כדי לדמות את האינטראקציה של הכבידה לוח מעבד אובייקטים מתנגשים משתמש במשוואות מתמטיות. מעבדים קוונטיים לשים את הגישה הזו על הראש שלה. הם "זורקים" כמה ציפורים, ולראות מה קורה. באותו שבב אלקטרוני שנכתב משימה: הוא ציפור, הם זורקים מה המסלול האופטימלי? אז בדקתי את כל הפתרונות האפשריים, או לפחות שילוב מאוד גדול מהם, והתשובה ניתנת. In a קוונטי מחשב בעיות נפתרות לא מתמטיקאי, דיני עבודת פיזיקת במקום.

איך זה עובד?

אבני הבניין הבסיסיות של עולמנו - את המכניקה הקוואנטית. אם אתה מסתכל על מולקולות, הסיבה שלשמה הם נוצרו ולהישאר יציבה - האינטראקציה של אורביטלים אלקטרונים. כל החישובים-מכאניקה קוונטית מוכלים כל אחד מהם. המספר שלהם גדל להגדיל את מספר אקספוננציאלי של אלקטרונים מדומים. לדוגמא, 50 אלקטרונים להתקיים שתי אפשרויות 50 מעלות. פנומנלית זו מספר רב, ולכן הוא אינו יכול לחשב היום. תורת האינפורמציה חיבור פיזיקה יכול להראות את הדרך לפתרון בעיות כאלה. 50 מחשב kubitovnomu יכול לעשות את זה.

שחר של עידן חדש

לדברי לנדון דאונס, נשיא ומייסד משותף של 1QBit, מעבד קוונטי - אפשר להשתמש בכוח עיבוד של העולם התת-אטומי, זה חיוני כדי להשיג חומרים חדשים או ביצירת תרופות חדשות. יש שינוי מן הפרדיגמה של גילוי לעידן חדש של עיצוב. לדוגמה, ניתן להשתמש מחשוב קוונטי למדל זרזים אשר מאפשרים לחלץ פחמן וחנקן מהאטמוספירה, ובכך לעזור לעצור את התחממות כדור הארץ.

בחוד החנית של הקידמה

קהילת המפתחים של טכנולוגיה זו היא נרגשת מאוד ופעילות עסוקה. צוותי ברחבי העולם בחברות סטארט-אפ, תאגידים, אוניברסיטאות ומעבדות ממשלתיות בונים מכונית מרוץ, אשר להשתמש גישות שונות עיבוד מידע קוונטי. קווביטים וצ'יפס מוליכי קיוביט נוצר על יונים בשבי, אשר מעורבים חוקרים מאוניברסיטת מרילנד ואת המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה. מיקרוסופט מפתחת גישה טופולוגי נקרא תחנת Q, שמטרתו היא להחיל אניון הלא-אבלית שקיומה לא הוכח באופן חד-משמעי.

פריצת דרך השנה סבירה

וזה רק ההתחלה. בסוף חודש מאי 2017 מספר מעבדי קוונטיים מהסוג ייחודי עושה משהו מהר או טוב יותר מאשר מחשב קלסי, הוא אפס. אירוע זה יהיה להגדיר את "עליונות הקוונטים", אבל עד כה זה לא קרה. אמנם סביר להניח כי זה יכול לקרות כבר בשנה זו. רוב יודעי דבר אמרו כי גוגל הוא האהוב ברורה של הקבוצה, בראשות פרופ 'לפיזיקה, אוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה, ג'ון מרטין. מטרתה - כדי להשיג מחשוב מעולה בעזרת מעבד 49-קיוביט. עד סוף חודש מאי 2017 צוות בהצלחה ובדק את שבב 22-קיוביט כשלב ביניים לקראת הפירוק של מחשב-קלסי.

איך הכל התחיל?

הרעיון של שימוש מכניקת קוונטים לעיבוד מידע במשך עשרות שנים. אחד האירועים המרכזיים שהתרחשו 1981, כאשר IBM ו- MIT מאורגן במשותף כנס בנושא פיזיקה חישובית. הפיסיקאי המפורסם ריצ'רד פיינמן הציע לבנות מחשב קוונטי. לדבריו, עבור הסימולציה צריך לנצל את אמצעי מכניקת קוונטים. וזה אתגר גדול, כי זה לא נראה כל כך קל. במעבד קוונטי עיקרון הפעלה מבוסס על מספר המאפיינים המוזרים של אטומים - סופרפוזיציה ואת ההסתבכות. החלקיק יכול להיות בשני מצבים בו זמנית. עם זאת, כאשר מודדים את זה יהיה רק אחד מהם. וזה בלתי אפשרי לחזות בה, למעט מנקודת המבט של תורת ההסתברות. אפקט זה הוא הבסיס של ניסוי מחשבי החתול של שרדינגר, המהווה בתיבה זמנית חי ומת כל עוד הצופה הוא לא להתגנב להציץ. שום דבר לא עובד בחיי היומיום בדרך זו. עם זאת, כ -1 מיליון ניסויים שנערכו מאז תחילת המאה עשרים, להראות כי הרכב אכן קיים. והצעד הבא הוא להבין איך להשתמש במושג הזה.

מעבד קוונטים: תיאור התפקיד

פיסות קלאסיקה עשויות להיות ערך 0 או 1, אפשר להכפיל מספרים, לצייר תמונות וכן הלאה. נ קיוביט יכול להיות גם 0 אם הם מתגעגעים קו דרך "שערים לוגיים" (ד. AND, OR, NOT, וכו '), 1 או שניהם. אם, למשל, 2 קיוביט הסתבכו, זה גורם להם בקורלציה מושלמת. סוג מעבד קוונטים יכול להשתמש שערים לוגיים. ט נ הדמר השער, למשל, מעמיד את קיוביט במצב סופרפוזיציה של מושלם. אם סופרפוזיציה ואת ההסתבכות בשילוב עם שער קוונטים ממוקם בחוכמה, כי מתחיל להתפתח הפוטנציאל של חישובים תת-אטומי. 2 לאפשר הלימוד של קיוביט 4 מדינות: 00, 01, 10 ו 11. עיקרון הפעולה של מעבד הקוונטים כזה ביצוע פעולות לוגיות מאפשר לעבוד עם כל העמדות בבת אחת. וגם מספר המדינות הזמינות הוא 2 בחזקה מספר קווביטים. אז, אם אתם עושים במחשב קוונטי אוניברסלי 50-קיוביט, זה אפשרי תיאורטית לבחון כל 1125 קוודריליון צירופים זמנית.

Kudity

מעבד קוונטי ברוסיה לראות קצת אחרת. מדעני MIPT ומרכז קוונטים רוסים יצרו "kudity" המייצג כמה קווביטים "וירטואליים" עם רמות "אנרגיה" שונות.

משרעת

סוג המעבד הקוונטים יש יתרון כי מכניקת הקוונטים מבוססת על אמפליטודות. אמפליטודות הסתברות דומות, אך הם גם עשויים להיות שליליים, ומספרים מורכבים. אז, אם אתה רוצה לחשב את ההסתברות של אירוע, אתה יכול להוסיף כל מיני משרעת של אפשרויות הפיתוח שלהם. הרעיון של מחשוב קוונטים הוא לנסות התקנת תבנית ההתאבכות כך שחלק דרכי תשובות שגויות היה משרעת חיובי, וחלקם - שלילי, אז הם היו מבטלים זה את זה. שביל מוביל אל התשובה הנכונה יהיה אמפליטודות אשר נמצאות בשלב אחד עם השני. החוכמה היא שאתה צריך כדי לארגן את הכל, בלי לדעת מראש מה התשובה נכונה. אז מצבי קוונטיים מעריכים בשילוב עם הפוטנציאל של התערבות בין אמפליטודות החיוביות ושליליות יתרון של סוג זה של חישוב.

אלגוריתם שור

ישנן משימות רבות כי המחשב אינו מסוגל לפתור. כגון הצפנה. הבעיה היא שזה לא כל כך קל למצוא את הגורמים הראשוניים של מספר 200-ספר. גם אם המחשב הנייד פועל עם תוכנה מעולה, ייתכן שיהיה צורך להמתין שנים כדי למצוא את התשובה. לכן, אבן דרך נוספת בתחום המחשבים הקוונטים הפכה אלגוריתם שפורסם בשנת 1994 על ידי פיטר שור, כיום פרופסור למתמטיקה באוניברסיטת MIT. השיטה שלו היא למצוא את הגורמים של מספר רב באמצעות מחשב קוונטים, אשר לא היה קיים עדיין. למעשה, האלגוריתם מבצע את הפעולה, אשר מצביעה על האזור עם התשובה הנכונה. בשנה שלאחר מכן, שור גילה שיטה של תיקון שגיאות קוונטים. ואז, רבים הבינו שזה - שיטה חלופית של החישוב, אשר בחלק מהמקרים יכול להיות חזק יותר. לאחר מכן, לאחר גל של התעניינות מן הפיזיקאים ליצור והיכולים ושערים לוגיים ביניהם. ועכשיו, שני עשורים מאוחר יותר, האנושות נמצאת על סף יצירת מחשב קוונטי מניין.