Quantum պրոցեսոր: նկարագրությունը, սկզբունքը շահագործման

Quantum computing, գոնե տեսականորեն, նշել է մի քանի տասնամյակ: Ժամանակակից տեսակի մեքենաների, որոնք օգտագործում ոչ դասական մեխանիկայի համար բեռնաթափման պոտենցիալ անթիվ քանակությամբ տվյալների, դարձել է մեծ առաջընթաց: Ըստ մշակողների, դրանց իրականացումը թերեւս առավել բարդ տեխնոլոգիաների երբեւէ ստեղծված է. Quantum պրոցեսորները գործել մակարդակներում հարցում, որոնց մարդկությունը հայտնի է միայն 100 տարի առաջ: Ներուժը նման հաշվարկների է հսկայական. Օգտագործելով արտառոց քվանտային հատկություններ կարագացնի այն հաշվարկները, այնքան շատ խնդիրներ, որոնք ներկայումս դասական համակարգիչներ չեն կարող թույլ տալ, որոնք պետք է լուծվի: Եւ ոչ միայն ոլորտում քիմիայի եւ նյութերի գիտության. Wall Street նույնպես ցույց է հետաքրքրություն:

Ներդրումներ, որ ապագայում

CME Group- ը ներդրել է Vancouver ընկերության 1QB Տեղեկատվական տեխնոլոգիաներ Inc., ծրագրային ապահովման մշակում Քվանտային տիպի պրոցեսորների. Ըստ ներդրողների, այդ հաշվարկները, ամենայն հավանականությամբ, պետք է ամենամեծ ազդեցությունը ոլորտի վրա, որոնք աշխատում են մեծ քանակությամբ զգայուն տվյալների անգամ: Դրա օրինակն հաճախորդների ֆինանսական հաստատությունները: Goldman Sachs- ը ներդրել է D-Wave համակարգերի, եւ ընկերությունը In-Q-Tel կողմից ֆինանսավորվող ԿՀՎ: Առաջին արտադրում մեքենաներ, որոնք ստիպում են այն, ինչ կոչվում է «քվանտային կռելու», այսինքն E. Որոշում է ցածր մակարդակի օպտիմալացման խնդիր օգտագործելով քվանտային պրոցեսոր: Intel զբաղվում է նաեւ ներդրումներ կատարել այս տեխնոլոգիան, չնայած այն համարում իրականացումը ապագա բիզնեսի.

Թե ինչու է դա անել.

Պատճառն այն է, որ Quantum հաշվիչ այնքան հետաքրքիր է, կայանում է նրանում, իրենց կատարյալ համադրություն հետ մեքենա ուսուցման. Ներկայումս այն հանդիսանում է հիմնական հայտը նման հաշվարկներ կատարելու համար: Մասամբ սա մի հետեւանք գաղափարի քվանտային համակարգչի օգտագործելով ֆիզիկական սարք է որոնել լուծումներ. Երբեմն հայեցակարգը - բացատրեց օրինակով խաղի Angry Birds: Կեղծել փոխգործակցության ծանրության եւ բախվող օբյեկտների CPU դեղահատ օգտագործում մաթեմատիկական հավասարումների. Quantum Պրոցեսորներ դրել այս մոտեցումը իր գլխին: Նրանք «նետում» մի քանի թռչունների, եւ հետեւել, թե ինչ է կատարվում: Ժամը միկրոսխեմաների գրված խնդիրը, այն է թռչուն, նրանք նետել, թե ինչ օպտիմալ հետագիծ. Ապա ստուգվել են բոլոր հնարավոր լուծումները, կամ գոնե մի շատ մեծ համադրություն նրանց, եւ պատասխանը տրվում: Քվանտային համակարգչային խնդիրները լուծվում են ոչ թե մաթեմատիկոս, ֆիզիկայի օրենքները աշխատանքի փոխարեն:

Ինչպես է դա աշխատում?

Հիմնական շինարարական արգելափակում մեր աշխարհի քվանտային մեխանիկական. Եթե դուք նայում մոլեկուլների, որի պատճառը, որի համար նրանք ձեւավորվել են եւ մնում են կայուն, - փոխգործակցությունը է էլեկտրոնային orbitals: Բոլոր քվանտային մեխանիկական հաշվարկները, որոնք պարունակվում են նրանցից յուրաքանչյուրը. Նրանց թիվն աճում է exponentially թիվն ավելացնելու նպատակով մոդելավորված էլեկտրոնների: Օրինակ, 50 էլեկտրոնները է գոյություն ունենալ երկու 50-աստիճան տարբերակները. Այս phenomenally մեծ թվով, այնպես որ այն չի կարող հաշվարկել այսօր. Միացման տեղեկատվությունը տեսությունը ֆիզիկայի կարող եք նշել ճանապարհը դեպի նման խնդիրների լուծմանը: 50 kubitovnomu համակարգիչը կարող է դա անել:

Dawn մի նոր դարաշրջանի

Ըստ Landon Downs, նախագահի եւ համահիմնադիր 1QBit, քվանտային պրոցեսոր, դա հնարավոր է օգտագործել վերամշակման զորությունը subatomic աշխարհում, դա շատ կարեւոր է ձեռք բերել նոր նյութեր կամ ստեղծումը նոր դեղերի: Կա մի անցումը պարադիգմի բացահայտման մի նոր դարաշրջանի դիզայնի վրա. Օրինակ, քվանտային Computing կարող է օգտագործվել մակնիշի վերաբերյալ կատալիզատորների որոնք թույլ են տալիս դուրս հանել ածխածնի եւ ազոտի մթնոլորտում, եւ դրանով օգնել դադարեցնել գլոբալ տաքացումը:

Առաջատար առաջընթացի

համայնքը մշակողների այս տեխնոլոգիայի չափազանց հուզված ու զբաղված գործունեությունը: Թիմեր ամբողջ աշխարհի սկսնակների, կորպորացիաների, համալսարանների եւ կառավարության լաբորատորիաներ են կառուցում մրցավազքի մեքենան, որը օգտագործում են տարբեր մոտեցումներ քվանտային ինֆորմացիայի մշակման. Ստեղծվել Qubit գերհաղորդական qubits եւ չիպսեր է առեւանգված իոնների, որը ներգրավված հետազոտողների համալսարանի Մերիլենդի եւ Ստանդարտների ազգային ինստիտուտը եւ տեխնոլոգիաների. Microsoft- ը մշակում է տոպոլոգիական մոտեցում կոչվում Station Q, որի նպատակն է կիրառել ոչ Աբելյանի anion որի գոյությունը չի եղել վերջնականորեն ապացուցված:

Տարի հավանական բեկում

Եվ սա միայն սկիզբն է: Վերջում մայիսի 2017 թվականի թիվը քվանտային տիպի վերամշակողների բացառիկ բան է անում ավելի արագ կամ ավելի լավ է, քան մի դասական համակարգչի, հավասար է զրոյի: Այս միջոցառումը կլինի սահմանել է «քվանտային առավելությունը», սակայն մինչ օրս դա տեղի չի ունեցել: Իսկ դա հավանական է, որ դա կարող է տեղի ունենալ, քանի դեռ այս տարվա ընթացքում: Շատ insiders ասել է, որ Google- ը հստակ ֆավորիտ է խմբի գլխավորությամբ պրոֆեսոր ֆիզիկայի, Կալիֆոռնիայի համալսարանի Սանտա Բարբարայի, Ջոն Martin. Դրա նպատակն է հասնել վերադաս computing օգնությամբ 49-Qubit պրոցեսորով. Ի վերջում մայիսի 2017 թիմը հաջողությամբ փորձարկվել է 22-Qubit chip որպես միջանկյալ քայլ ապամոնտաժման դասական գերհամակարգչի:

Ինչպես է այն ամենը սկսվեց.

Գաղափարը օգտագործելով քվանտային մեխանիկան տեղեկատվության մշակման համար տասնամյակներ. Մեկը առանցքային իրադարձությունների տեղի է ունեցել 1981 թ., Երբ IBM- ը եւ MIT համատեղ կազմակերպել է համակարգչային ֆիզիկայի. Որ հայտնի ֆիզիկոս Ռիչարդ Ֆեյնմանը առաջարկել է կառուցել քվանտային համակարգիչ: Ըստ նրա, մոդելավորում պետք է օգտվենք միջոցներով քվանտային մեխանիկայի. Եւ դա մեծ մարտահրավեր է, քանի որ դա չի նայում, այնքան էլ հեշտ. Քվանտային պրոցեսոր օպերացիոն սկզբունքը հիմնված է մի շարք տարօրինակ հատկությունների ատոմների - superposition եւ խճճվածության: Մասնիկը կարող է լինել երկու երկրների միեւնույն ժամանակ. Սակայն, երբ չափման դա կլինի ընդամենը դրանցից մեկը: Եւ դա անհնար է կանխատեսել, որոնք, բացառությամբ տեսանկյունից Հավանականությունների տեսության. Սա նաեւ հիմքն է մտքի փորձարկմամբ Շրեդինգերի կատու, որը գտնվում է վանդակում միաժամանակ մեռած եւ կենդանի է այնքան ժամանակ, քանի որ դիտորդը չէ է մատնել փայլ. Ոչինչ չի աշխատում առօրյա կյանքի այս ճանապարհով. Սակայն, մոտ 1 մլն-անցկացված փորձերի, քանի որ սկզբից քսաներորդ դարի, ցույց են տալիս, որ կազմը գոյություն ունի: Իսկ հաջորդ քայլը պետք է figuring, թե ինչպես պետք է օգտագործել այս հայեցակարգը:

Quantum պրոցեսոր: աշխատանքի նկարագրություն

Դասական bits կարող է ունենալ արժեք 0 կամ 1, դա հնարավոր է բազմապատկել համարները, նկարել եւ այլն: Ն. Qubit կարող է նաեւ լինել 0, եթե նրանք կարոտում է գծի միջոցով «տրամաբանությամբ դարպասները» (դ Եվ, կամ, ոչ, եւ այլն), 1 կամ երկուսն էլ. Եթե, ասենք, 2 Qubit entangled, որ ստիպում է նրանց կատարելապես փոխկապակցված: մուտքագրել քվանտային processor կարող եք օգտագործել տրամաբանական դարպասները: T. N. Hadamard gate, օրինակ, դնում է Qubit է superposition պետության կատարյալ. Եթե superposition եւ խճճվածություն զուգորդվում խելացիորեն դիրքերում քվանտային դարպասների, որ սկսում է մերկացնել ներուժը ենթաօրենսդրական ատոմային հաշվարկների. 2 թույլ են տալիս ուսումնասիրությունն է Qubit 4 պետությունների 00, 01, 10 եւ 11 շահագործումը սկզբունքը քվանտային պրոցեսոր այնպիսի, որ կատարումը տրամաբանական գործողությունների հնարավոր է դարձնում հետ աշխատելու բոլոր դիրքերում միանգամից. Եւ համարը առկա պետությունների 2 է իշխանության թվի qubits: Այնպես որ, եթե դուք կատարել 50-Qubit ունիվերսալ քվանտային համակարգիչը, դա տեսականորեն հնարավոր է ուսումնասիրել բոլոր 1.125 կվադրիլիոն համադրությունը միաժամանակ.

Kudity

Քվանտային պրոցեսոր Ռուսաստանում տեսնել մի քիչ այլ կերպ. Գիտնականներ ՄՖՏԻ եւ Ռուսաստանի քվանտային կենտրոնի ստեղծված «kudity» ներկայացնող մի քանի «վիրտուալ» qubits հետ տարբեր «էներգետիկ» մակարդակի:

առատություն

մուտքագրել քվանտային պրոցեսոր ունի առավելություն, որ քվանտային մեխանիկա հիմնված է amplitudes: Հավանականությունը amplitudes նման են, սակայն դրանք կարող են նաեւ լինել բացասական, եւ բարդ համարներ: Այսպիսով, եթե դուք ուզում եք հաշվարկել հավանականությունը միջոցառման, դուք կարող եք ավելացնել բոլոր տեսակի առատություն իրենց զարգացման տարբերակները. Այն գաղափարը, քվանտային computing է փորձել setup ի միջամտության օրինակը , այնպես որ որոշ եղանակներ սխալ պատասխանների ուներ դրական լիություն, եւ որոշ մի բացասական, որպեսզի նրանք չեղյալ համարել միմյանց. Ճանապարհը տանում է դեպի ճիշտ պատասխանը պետք amplitudes որոնք փուլում միմյանց հետ: Որ հնարք է, որ դուք պետք է կազմակերպել ամեն ինչ, առանց իմանալու, թե ինչ է նախապես պատասխանը ճիշտ է: Այնպես որ, էքսպոնենտալ քվանտային վիճակների միասին ներուժի միջամտության միջեւ դրական եւ բացասական amplitudes է առավելությունը այս տեսակի հաշվարկի:

Shor ալգորիթմը

Կան բազմաթիվ խնդիրներ, որոնք համակարգիչը ի վիճակի չէ լուծել: Ինչպես, օրինակ, կոդավորման. Խնդիրն այն է, որ դա այնքան էլ հեշտ չէ գտնել վարչապետ գործոնները 200-անիշ թվի. Նույնիսկ եթե laptop է առաջադրվել գերազանց ծրագրային, դուք կարող եք ունենալ սպասել տարի է գտնել այդ հարցի պատասխանը: Հետեւաբար, մեկ այլ կարեւոր իրադարձություն է քվանտ computing մասին արդեն դարձել է ալգորիթմը հրատարակվել է 1994 թ., Ըստ Պիտեր Shore, այժմ պրոֆեսոր մաթեմատիկայի ՄՏԻ. Նրա մեթոդն է գտնել այն գործոնները մեծ թվով օգտագործելով մի քվանտային համակարգիչ, որը դեռեւս գոյություն չուներ: Ըստ էության, այդ ալգորիթմը կատարում է գործողությունը, որը ցույց է տալիս, տարածքը, ինչպես ճիշտ պատասխան: Հաջորդ տարի Shore հայտնաբերել է մի մեթոդ, քվանտային սխալի ուղղման: Այնուհետեւ, շատերը հասկացել են, որ դա այլընտրանք հաշվարկման մեթոդը, որը որոշ դեպքերում կարող է լինել շատ ավելի հզոր: Ապա հետեւեց աճին հետաքրքրություն է ֆիզիկոսներ ստեղծելու qubits եւ տրամաբանական դարպասները նրանց միջեւ: Եվ հիմա, երկու տասնամյակ անց, մարդկությունը գտնվում է եզրին ստեղծելով լիարժեք քվանտային համակարգիչ: