Quantum επεξεργαστή: η περιγραφή, η αρχή της λειτουργίας

Κβαντικούς υπολογιστές, τουλάχιστον θεωρητικά, να αναφέρουμε μερικές δεκαετίες. Σύγχρονη τύπους μηχανημάτων που χρησιμοποιούν μη-κλασική μηχανική για το χειρισμό δυνητικά ανείπωτη ποσά των δεδομένων, έχουν γίνει ένα μεγάλο επίτευγμα. Σύμφωνα με τους προγραμματιστές, η εφαρμογή τους ήταν ίσως η πιο εξελιγμένη τεχνολογία που δημιουργήθηκε ποτέ. Quantum επεξεργαστές λειτουργούν σε επίπεδα της ύλης, του οποίου η ανθρωπότητα έχει γνωρίσει μόλις πριν από 100 χρόνια. Το δυναμικό αυτών των υπολογισμών είναι τεράστια. Χρησιμοποιώντας παράξενες κβαντικές ιδιότητες θα επιταχύνει τους υπολογισμούς, τόσα πολλά καθήκοντα που είναι σήμερα κλασική υπολογιστές δεν μπορούν να αντέξουν οικονομικά να επιλυθούν. Και όχι μόνο στον τομέα της χημείας και επιστήμης των υλικών. Wall Street είναι επίσης παρουσιάζει ενδιαφέρον.

Επένδυση στο μέλλον

CME Group έχει επενδύσει η εταιρεία Βανκούβερ 1QB Information Technologies Inc., αναπτύσσει λογισμικό για επεξεργαστές τύπου Quantum. Σύμφωνα με τους επενδυτές, οι υπολογισμοί αυτοί είναι πιθανό να έχουν το μεγαλύτερο αντίκτυπο στη βιομηχανία, η οποία λειτουργεί με μεγάλες ποσότητες ευαίσθητων δεδομένων σε καιρό. Ένα παράδειγμα τέτοιων πελάτες είναι τα χρηματοπιστωτικά ιδρύματα. Goldman Sachs επένδυσε σε D-Wave Systems, και η εταιρεία In-Q-Tel χρηματοδοτείται από τη CIA. Το πρώτο κατασκευάζει μηχανήματα που κάνουν αυτό που ονομάζεται «κβαντική ανόπτησης», δηλαδή. Ε Αποφασίζει το πρόβλημα βελτιστοποίησης χαμηλού επιπέδου χρησιμοποιώντας ένα κβαντικό επεξεργαστή. Η Intel επίσης ασχολούνται με την επένδυση στην τεχνολογία αυτή, αν και θεωρεί ότι η εφαρμογή της μελλοντικής επιχείρησης.

Γιατί το κάνει;

Ο λόγος για τον οποίο η κβαντική πληροφορική είναι τόσο συναρπαστικό, έγκειται στο τέλειο συνδυασμό τους με μηχανική μάθηση. Επί του παρόντος, είναι η κύρια αίτηση για τέτοιους υπολογισμούς. Εν μέρει αυτό είναι συνέπεια της ιδέας ενός κβαντικού υπολογιστή - χρησιμοποιώντας μια φυσική συσκευή για να αναζητήσετε λύσεις. Μερικές φορές η έννοια εξηγείται από το παράδειγμα του παιχνιδιού Angry Birds. Για την προσομοίωση της αλληλεπίδρασης της βαρύτητας και δισκίου συγκρουόμενα αντικείμενα CPU χρησιμοποιεί μαθηματικές εξισώσεις. Quantum Επεξεργαστές θέσει αυτή την προσέγγιση στο κεφάλι του. Θα «ρίξει» μερικές πουλιά, και να παρακολουθήσουν τι συμβαίνει. Στο μικροτσίπ γραπτή εργασία: είναι ένα πουλί, ρίχνουν ποια είναι η βέλτιστη τροχιά; Στη συνέχεια ελέγξει όλες τις πιθανές λύσεις, ή τουλάχιστον ένα πολύ μεγάλο συνδυασμό αυτών, και η απάντηση είναι δεδομένη. Σε έναν κβαντικό υπολογιστή τα προβλήματα επιλύονται όχι μαθηματικός, τους νόμους της φυσικής εργασίας αντ 'αυτού.

Πώς λειτουργεί;

Τα βασικά δομικά στοιχεία του κόσμου μας - η Κβαντομηχανική. Αν κοιτάξετε τα μόρια, ο λόγος για τον οποίο σχηματίζονται και παραμένουν σταθερές - η αλληλεπίδραση των τροχιακών ηλεκτρονίων. Όλοι οι υπολογισμοί κβαντομηχανικό που περιέχονται σε καθένα από αυτά. Ο αριθμός τους αυξάνεται εκθετικά την αύξηση του αριθμού των ηλεκτρονίων προσομοίωση. Για παράδειγμα, 50 ηλεκτρόνια να υπάρχουν σε δύο επιλογές 50 μοιρών. Αυτό το φαινομενικά μεγάλο αριθμό, έτσι ώστε να μην μπορεί να υπολογίσει σήμερα. Πληροφορίες σύνδεσης της θεωρίας της φυσικής μπορεί να δείξει το δρόμο για την επίλυση αυτών των προβλημάτων. 50 kubitovnomu υπολογιστή μπορεί να το κάνει.

Αυγή μιας νέας εποχής

Σύμφωνα με τον Landon Downs, πρόεδρος και συνιδρυτής της 1QBit, η κβαντική επεξεργαστή - είναι δυνατό να χρησιμοποιήσετε την επεξεργαστική ισχύ του υποατομικού κόσμου, είναι ζωτικής σημασίας για τη λήψη νέων υλικών ή τη δημιουργία νέων φαρμάκων. Υπάρχει μια στροφή από το πρότυπο της ανακάλυψης σε μία νέα εποχή του σχεδιασμού. Για παράδειγμα, η κβαντική υπολογιστική μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μοντελοποίηση καταλύτες που επιτρέπουν την εκχύλιση άνθρακα και του αζώτου από την ατμόσφαιρα, και έτσι να βοηθήσει να σταματήσει η υπερθέρμανση του πλανήτη.

Στην πρώτη γραμμή της προόδου

κοινότητα των προγραμματιστών αυτής της τεχνολογίας είναι πολύ ενθουσιασμένοι και πολυσύχναστες. Οι ομάδες σε όλο τον κόσμο σε νεοσύστατες επιχειρήσεις, εταιρείες, πανεπιστήμια και τα κρατικά εργαστήρια οικοδόμηση ενός αγωνιστικού αυτοκινήτου, που χρησιμοποιούν διαφορετικές προσεγγίσεις για την κβαντική επεξεργασία των πληροφοριών. Δημιουργήθηκε qubits υπεραγώγιμων qubit και μάρκες στις καταγεγραμμένες ιόντα, τα οποία συμμετέχουν ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Μέριλαντ και το Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας. Η Microsoft αναπτύσσει τοπολογικές προσέγγιση που ονομάζεται σταθμό Q, σκοπός της οποίας είναι η εφαρμογή μη Abelian ανιόν του οποίου η ύπαρξη δεν έχει αποδειχθεί αδιαμφισβήτητα.

Έτος πιθανή σημαντική ανακάλυψη

Και αυτό είναι μόνο η αρχή. Στα τέλη Μαΐου του 2017, η σειρά των επεξεργαστών κβαντικής τύπου είναι μοναδικά κάνουν κάτι πιο γρήγορα ή καλύτερα από ό, τι ένα κλασικό υπολογιστή, είναι μηδέν. Το γεγονός αυτό θα θέσει την «κβαντική ανωτερότητα», αλλά μέχρι στιγμής δεν έχει συμβεί. Αν και είναι πιθανό ότι αυτό θα μπορούσε να συμβεί ήδη από το τρέχον έτος. Οι περισσότεροι γνώστες δήλωσε ότι η Google είναι το ξεκάθαρο φαβορί του ομίλου, με επικεφαλής τον καθηγητή Φυσικής του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στη Σάντα Μπάρμπαρα, John Martin. Σκοπός του - για την επίτευξη υψηλού επιπέδου υπολογιστών με τη βοήθεια του επεξεργαστή 49-qubit. Μέχρι το τέλος του Μάη του 2017 η ομάδα δοκιμάστηκε με επιτυχία το τσιπ 22-qubit ως ενδιάμεσο βήμα προς την κατάργηση της κλασικής υπερυπολογιστή.

Πώς ξεκίνησαν όλα;

Η ιδέα της χρήσης της κβαντικής μηχανικής επεξεργασίας πληροφοριών για δεκαετίες. Ένα από τα βασικά γεγονότα συνέβησαν το 1981, όταν η IBM και του ΜΙΤ διοργάνωσαν από κοινού συνέδριο με θέμα υπολογιστικής φυσικής. Ο διάσημος φυσικός Richard Feynman πρότεινε για την κατασκευή ενός κβαντικού υπολογιστή. Σύμφωνα με τον ίδιο, για την προσομοίωση θα πρέπει να επωφεληθούν από τα μέσα της κβαντικής μηχανικής. Και είναι μια μεγάλη πρόκληση, γιατί δεν είναι και τόσο εύκολο. Στην κβαντική επεξεργαστής αρχή λειτουργίας βασίζεται σε μια σειρά από παράξενα ιδιότητες των ατόμων - επαλληλίας και εμπλοκής. Το σωματίδιο μπορεί να είναι σε δύο καταστάσεις ταυτόχρονα. Ωστόσο, κατά τη μέτρηση θα είναι μόνο ένας από αυτούς. Και είναι αδύνατο να προβλεφθεί κατά την οποία, εκτός από τη σκοπιά της θεωρίας των πιθανοτήτων. Η επίδραση αυτή είναι η βάση ενός νοητικό πείραμα της γάτας του Schrödinger, που είναι στο κουτί ταυτόχρονα νεκρή και ζωντανή όσο διάστημα ο παρατηρητής δεν είναι να γλιστρήσει peep. Τίποτα δεν λειτουργεί στην καθημερινή ζωή με αυτόν τον τρόπο. Ωστόσο, περίπου 1 εκατομμύριο των πειραμάτων που πραγματοποιούνται από την αρχή του εικοστού αιώνα, δείχνουν ότι δεν υπάρχει η σύνθεση. Και το επόμενο βήμα είναι να αναφέρονται για το πώς να χρησιμοποιήσετε αυτήν την έννοια.

Quantum επεξεργαστή: περιγραφή της θέσης εργασίας

Κλασικό bits μπορεί να έχει την τιμή 0 ή 1, είναι δυνατόν να πολλαπλασιάσει αριθμούς, σύρουν τις εικόνες και ούτω καθεξής. N. qubit μπορεί επίσης να είναι 0 εάν χάνουν μια γραμμή μέσω της «λογικές πύλες» (d. AND, OR, NOT, κ.λπ.), 1 ή και τα δύο. Αν, ας πούμε, 2 qubit εμπλακεί, το καθιστά απόλυτα συσχετισμένη. Τύπος κβαντική επεξεργαστής μπορεί να χρησιμοποιήσει λογικές πύλες. Τ Ν Hadamard πύλη, για παράδειγμα, βάζει το qubit σε μια κατάσταση υπέρθεση τέλεια. Αν υπέρθεση και εμπλοκή σε συνδυασμό με έξυπνα τοποθετημένο κβαντικές πύλες, που αρχίζουν να ξετυλίγουν το δυναμικό των υπο-ατομικό υπολογισμούς. 2 επιτρέπουν τη μελέτη των qubit 4 πολιτείες: 00, 01, 10 και 11. Η αρχή λειτουργίας της κβαντικής επεξεργαστή έτσι ώστε η εκτέλεση των λογικών πράξεων καθιστά δυνατή την εργασία με όλες τις θέσεις με τη μία. Και ο αριθμός των διαθέσιμων καταστάσεων είναι 2 στη δύναμη του αριθμού των qubits. Έτσι, αν κάνετε ένα 50-qubit καθολική κβαντικού υπολογιστή, είναι θεωρητικά δυνατό να εξεταστούν όλα τα 1.125 τετράκις εκατομμύρια συνδυασμοί ταυτόχρονα.

Kudity

Quantum επεξεργαστή στη Ρωσία δούμε λίγο διαφορετικά. Επιστήμονες από MIPT και της Ρωσίας κβαντική κέντρο δημιουργήθηκε «kudity» που αντιπροσωπεύουν πολλές «εικονικά» qubits με διάφορα επίπεδα «ενέργεια».

πλάτος

Τύπος κβαντική επεξεργαστής έχει το πλεονέκτημα ότι η κβαντική μηχανική βασίζεται στα πλάτη. πλάτη πιθανότητα είναι παρόμοια, αλλά μπορεί επίσης να είναι αρνητική, και μιγαδικών αριθμών. Έτσι, αν θέλετε να υπολογίσετε την πιθανότητα ενός γεγονότος, μπορείτε να προσθέσετε όλα τα είδη του πλάτους του τους επιλογές ανάπτυξης. Η ιδέα των κβαντικών υπολογιστών είναι να προσπαθήσουμε να ρυθμίσετε το πρότυπο παρέμβασης , έτσι ώστε μερικοί από τους τρόπους για λάθος απαντήσεις είχε θετική πλάτος, και μερικοί - αρνητική, κι έτσι θα αλληλοεξουδετερώνονται. Ένα μονοπάτι που οδηγεί στην σωστή απάντηση θα έχουν πλάτη που βρίσκονται σε φάση μεταξύ τους. Το κόλπο είναι ότι χρειάζεστε για να οργανώσετε τα πάντα, χωρίς να γνωρίζει εκ των προτέρων ποια είναι η απάντηση είναι σωστή. Έτσι εκθετική κβαντικών καταστάσεων σε συνδυασμό με τις δυνατότητες των παρεμβολών μεταξύ των θετικών και αρνητικών ευρών είναι ένα πλεονέκτημα αυτού του τύπου υπολογισμού.

αλγόριθμο του Shor

Υπάρχουν πολλές εργασίες που ο υπολογιστής δεν είναι σε θέση να επιλύσει. Όπως η κρυπτογράφηση. Το πρόβλημα είναι ότι δεν είναι τόσο εύκολο να βρει τους πρωταρχικούς παράγοντες του 200-ψήφιο αριθμό. Ακόμη και αν το laptop τρέχει με το άριστο λογισμικό, ίσως χρειαστεί να περιμένουν για χρόνια να βρει την απάντηση. Ως εκ τούτου, ένα άλλο ορόσημο στην κβαντική πληροφορική έχει γίνει ένας αλγόριθμος που δημοσιεύθηκε το 1994 από τον Peter Shore, είναι σήμερα καθηγητής των μαθηματικών στο MIT. Η μέθοδός του είναι να βρει τους παράγοντες του μεγάλου αριθμού χρησιμοποιώντας ένα κβαντικό υπολογιστή, το οποίο δεν υπάρχει ακόμα. Στην πραγματικότητα, ο αλγόριθμος εκτελεί τη λειτουργία, που υποδεικνύουν την περιοχή με τη σωστή απάντηση. Το επόμενο έτος, Shore ανακάλυψε μια μέθοδο της κβαντικής διόρθωσης σφάλματος. Στη συνέχεια, πολλοί έχουν συνειδητοποιήσει ότι είναι - μια εναλλακτική μέθοδο υπολογισμού, η οποία σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να είναι πιο ισχυρό. Στη συνέχεια ακολούθησε ένα κύμα ενδιαφέροντος από τους φυσικούς να δημιουργήσει qubits και λογικές πύλες μεταξύ τους. Και τώρα, δύο δεκαετίες αργότερα, η ανθρωπότητα είναι στα πρόθυρα της δημιουργίας ενός ολοκληρωμένο κβαντικό υπολογιστή.