Početak prodaje njegovih 2000-qubit kvantno računalo D-Wave 2000Q i već je prodao prvi model za 15 milijuna dolara.

Kupac je bila tvrtka za kibernetičku sigurnost Temporal Defense Systems. James Burrell Tehnički direktor TDS kaže da tvrtka planira koristiti D-Wave 2000Q za razvoj novih rješenja za zaštitu od prijetnji i identifikaciju kibernetičkih kriminalaca.

D-Waveov sustav pohranjuje podatke pomoću qubita. Oni šifriraju informacije s nulom, jedinicom ili oba stanja istovremeno, za razliku od tradicionalni sustavi. Iz tog razloga, D-Wave je sposoban upravljati ogromnim kombinacijama stanja, što mu omogućuje učinkovitije rješavanje određene klase problema.

D-Wave je svoje kvantno računalo javnosti predstavio još u rujnu prošle godine, rekavši da će novo rješenje sadržavati 2 tisuće qubita. To je dvostruko više od prethodne generacije kvantnog računala, D-Wave X2, lansiranog u kolovozu.

D-wave 2000Q je tzv adijabatsko računalo, radeći na principu kvantnog žarenja.

Ovo je kvantni sustav koji se sastoji od velikog broja komponenti i kontrolirani parametri. Hlađenjem na vrlo nisku temperaturu (prethodni model računala radio je na temperaturi od 15 milikelvina - oko -273 °C), programeri pretpostavljaju da sustav postiže minimalnu energiju, a zatim, polako mijenjajući zadanih parametara, koristite zakone kvantne mehanike za pretvaranje sustava iz početno stanje u novo stanje minimalne energije zbog kvantnog tuneliranja.

Značajka novog D-Wavea je mogućnost podešavanja frekvencije žarenja pojedinačnih kubita radi poboljšanja performansi. Također novo računalo kombinira kvantne i klasične operativne algoritme za optimizaciju odabira računskih rezultata.

U intervjuu za N+1, Alexey Ustinov, voditelj grupe Superconducting Quantum Circuits pri Ruskom kvantnom centru, objasnio je za što se D-Wave može koristiti. Jedno od područja primjene je optimizacija funkcije troška.

Imate mnogo parametara, mnogo ciljeva. Recimo da trebate posjetiti milijun kupaca razna mjesta, istovremeno optimizirajući putovanja, troškove, vrijeme i tako dalje.

U priopćenju za tisak, predstavnici D-Wavea istaknuli su da je 2000Q sposoban riješiti više složeni problemi u odnosu na svog prethodnika. Također više visoke performanse treba potaknuti razvoj područja kao što su kibernetička sigurnost, strojno učenje, biotehnologija. Iz tvrtke napominju da se specijalizirani algoritmi mogu izvršavati 1 tisuću, pa čak i 10 tisuća puta brže nego na klasičnim poslužiteljima.

U isto vrijeme, D-Wave ne samo da isporučuje rješenja za svoje klijente, već nudi i najam električne energije kvantni stroj za rad na daljinu.

p.s. Evo o čemu još pišemo na našem blogu:

Kandidat fizičkih i matematičkih znanosti L. FEDICHKIN (Institut za fiziku i tehnologiju Ruska akademija Sci.

Koristeći zakone kvantne mehanike, moguće je temeljno stvarati novi tip računala, koji će vam omogućiti da riješite neke probleme koji su nedostupni čak i najmoćnijima moderna superračunala. Brzina mnogih složenih izračuna naglo će se povećati; poruke poslane preko kvantnih komunikacijskih linija bit će nemoguće presresti ili kopirati. Danas su već stvoreni prototipovi ovih kvantnih računala budućnosti.

Američki matematičar i fizičar mađarskog podrijetla Johann von Neumann (1903.-1957.).

Američki teorijski fizičar Richard Phillips Feynman (1918.-1988.).

Američki matematičar Peter Shor, stručnjak za kvantno računalstvo. Predložio kvantni algoritam za brzu faktorizaciju veliki brojevi.

Kvantni bit, ili kubit. Stanja odgovaraju, na primjer, smjeru vrtnje atomske jezgre gore ili dolje.

Kvantni registar je lanac kvantnih bitova. Implementacija kvantnih vrata s jednim ili dva kubita logičke operacije preko kubita.

UVOD, ILI MALO O ZAŠTITI INFORMACIJA

Što mislite za koji se program prodaje u svijetu? najveći broj licence? Neću riskirati inzistirajući na tome da znam pravi odgovor, ali definitivno znam jedan pogrešan: ovo Ne bilo koja od verzija Microsoft Windows. Najčešći operativni sustav je ispred skromnog proizvoda RSA Data Security, Inc. - program koji implementira algoritam šifriranja sa javni ključ RSA, nazvan po svojim autorima - američkim matematičarima Rivestu, Shamiru i Adelmanu.

Činjenica je da RSA algoritam ugrađen u većinu komercijalnih operativnih sustava, kao i mnoge druge aplikacije koje se koriste u razne uređaje- od pametnih kartica do Mobiteli. Konkretno, dostupan je i u sustavu Microsoft Windows, što znači da je očito rašireniji od ovog popularnog operacijski sustav. Za otkrivanje tragova RSA, na primjer, u Internet preglednik Explorer (program za pregled www stranica na Internetu), samo otvorite izbornik “Pomoć”, uđite u podizbornik “O Internet Exploreru” i pogledajte popis korištenih proizvoda drugih tvrtki. Drugi uobičajeni preglednik, Netscape Navigator, također koristi RSA algoritam. Općenito, teško je pronaći poznatu tvrtku koja radi na tom području visoka tehnologija, koji ne bi kupio licencu za ovaj program. Danas RSA Data Security, Inc. već je prodao više od 450 milijuna(!) licenci.

Zašto je RSA algoritam bio toliko važan?

Zamislite da trebate brzo razmijeniti poruku s osobom koja je daleko. Zahvaljujući razvoju interneta takva je razmjena danas postala dostupna većini ljudi - potrebno je samo imati računalo s modemom ili Mrežna kartica. Naravno, kada razmjenjujete informacije putem mreže, željeli biste sačuvati svoje poruke u tajnosti od stranaca. Međutim, nemoguće je u potpunosti zaštiti dugu komunikacijsku liniju od prisluškivanja. To znači da kada se poruke šalju, one moraju biti šifrirane, a kada se primaju, moraju se dešifrirati. Ali kako se vi i vaš sugovornik dogovoriti koji ćete ključ koristiti? Ako pošaljete ključ šifre preko iste linije, napadač koji prisluškuje može ga lako presresti. Ključ, naravno, možete prenijeti nekom drugom komunikacijskom linijom, na primjer, poslati ga telegramom. Ali ova metoda je obično nezgodna i, štoviše, nije uvijek pouzdana: druga linija se također može dodirnuti. Dobro je ako ste vi i vaš primatelj unaprijed znali da ćete razmijeniti enkripciju i stoga si unaprijed dali ključeve. Ali što ako, na primjer, želite poslati povjerljivo Komercijalna ponuda mogućeg poslovnog partnera ili kupiti proizvod koji vam se sviđa u novoj online trgovini putem kreditne kartice?

U 1970-ima, da bi se riješio ovaj problem, predloženi su sustavi šifriranja koji koriste dvije vrste ključeva za istu poruku: javne (ne moraju biti tajne) i privatne (strogo tajne). Javni ključ se koristi za šifriranje poruke, a privatni ključ za dešifriranje. Vi šaljete svom dopisniku javni ključ, a on ga koristi za šifriranje svoje poruke. Sve što napadač koji je presreo javni ključ može učiniti je šifrirati svoju e-poštu njime i proslijediti je nekome. Ali neće moći dešifrirati korespondenciju. Ti, znajući privatni ključ(u početku je pohranjena kod vas), možete jednostavno pročitati poruku koja vam je upućena. Za šifriranje odgovora, koristit ćete javni ključ koji vam je poslao vaš dopisnik (a on će zadržati odgovarajući privatni ključ za sebe).

Upravo je to kriptografska shema koja se koristi u RSA algoritmu, najčešćem načinu šifriranja s javnim ključem. Štoviše, za stvaranje para javnih i privatnih ključeva koristi se sljedeća važna hipoteza. Ako postoje dva velika (potrebno ih je više od stotinu decimalne znamenke za vlastitu evidenciju) jednostavan brojeva M i K, tada pronaći njihov umnožak N=MK neće biti teško (za to čak ne morate imati računalo: prilično pažljiva i strpljiva osoba moći će pomnožiti takve brojeve s olovkom i papirom). Ali odlučiti inverzni problem, odnosno znajući veliki broj N, rastavite ga na proste faktore M i K (tzv problem faktorizacije) - skoro nemoguće! Upravo je to problem s kojim će se susresti napadač odluči li “hakirati” RSA algoritam i pročitati njime kriptirane informacije: da bi saznao privatni ključ, znajući javni ključ, morat će izračunati M ili K .

Kako bi se provjerila valjanost hipoteze o praktičnoj složenosti rastavljanja velikih brojeva na faktore, provedeni su pokusi i još se provode. posebna natjecanja. Dekompozicija samo 155-znamenkastog (512-bitnog) broja smatra se zapisom. Izračuni su se provodili paralelno na mnogim računalima tijekom sedam mjeseci 1999. godine. Kad bi se ovaj zadatak izvršio na jednoj modernoj osobno računalo, trebalo bi otprilike 35 godina rada na računalu! Izračuni pokazuju da se pomoću čak tisuću modernih radnih stanica i najboljeg danas poznatog računalnog algoritma jedan 250-znamenkasti broj može faktorizirati za oko 800 tisuća godina, a 1000-znamenkasti za 10-25 (!) godina. (Za usporedbu, starost Svemira je ~10 10 godina.)

Stoga su kriptografski algoritmi poput RSA, koji rade na dovoljno dugim ključevima, smatrani apsolutno pouzdanima i korišteni su u mnogim aplikacijama. I sve je do tada bilo u redu ...sve dok se nisu pojavila kvantna računala.

Ispada da je pomoću zakona kvantne mehanike moguće izgraditi računala za koja problem faktorizacije (i mnogi drugi!) neće biti težak. Procjenjuje se da kvantno računalo sa samo oko 10 tisuća kvantnih bitova memorije može rastaviti 1000-znamenkasti broj na proste faktore u samo nekoliko sati!

KAKO JE SVE POČELO?

Tek sredinom 1990-ih teorija kvantnih računala i kvantnog računalstva postala je utemeljena kao novo područje znanosti. Kao što je često slučaj s velikim idejama, teško je točno odrediti začetnika. Navodno je mađarski matematičar J. von Neumann prvi skrenuo pozornost na mogućnost razvoja kvantne logike. No, u to vrijeme još nisu bila stvorena ne samo kvantna, nego ni obična, klasična računala. A s pojavom potonjeg, glavni napori znanstvenika bili su usmjereni prvenstveno na traženje i razvoj novih elemenata za njih (tranzistori, a zatim integrirani krugovi), a ne za stvaranje bitno različitih računalnih uređaja.

Šezdesetih godina prošlog stoljeća američki fizičar R. Landauer, koji je radio u IBM-u, pokušao je skrenuti pozornost znanstvenog svijeta na činjenicu da su izračuni uvijek neki fizički proces, što znači da je nemoguće razumjeti granice naših računalnih mogućnosti bez navodeći koja su to fizička implementacija. Nažalost, u to je vrijeme među znanstvenicima prevladavalo mišljenje da je računanje vrsta apstraktnog logičkog postupka koji bi trebali proučavati matematičari, a ne fizičari.

Kako su računala postajala sve raširenija, kvantni znanstvenici došli su do zaključka da je praktički nemoguće izravno izračunati stanje sustava u razvoju koji se sastoji od samo nekoliko desetaka međudjelovajućih čestica, kao što je molekula metana (CH 4). To se objašnjava činjenicom da za puni opis složeni sustav potrebno je u memoriju računala pohraniti eksponencijalno velik (u smislu broja čestica) broj varijabli, tzv. kvantne amplitude. Nastala je paradoksalna situacija: poznavajući jednadžbu evolucije, poznavajući s dovoljnom točnošću sve potencijale međusobne interakcije čestica i početno stanje sustava, gotovo je nemoguće izračunati njegovu budućnost, čak i ako se sustav sastoji samo od 30 elektrona u potencijalnoj jažici, a tu je i superračunalo sa radna memorija, čiji je broj bitova jednak broju atoma u vidljivom području svemira (!). A u isto vrijeme, za proučavanje dinamike takvog sustava, možete jednostavno provesti eksperiment s 30 elektrona, stavljajući ih u zadani potencijal i početno stanje. To je posebno primijetio ruski matematičar Yu. I. Manin, koji je 1980. ukazao na potrebu razvoja kvantne teorije. računalni uređaji. U 1980-ima istim problemom bavio se američki fizičar P. Benev, koji je jasno pokazao da kvantni sustav može izvoditi proračune, kao i engleski znanstvenik D. Deutsch, koji je teorijski razvio univerzalno kvantno računalo koje je superiornije od svog klasični pandan.

Dobitnik Nobelove nagrade za fiziku R. Feynman, dobro poznat redovitim čitateljima Science and Life, privukao je veliku pažnju problemu razvoja kvantnih računala. Zahvaljujući njegovom autoritativnom pozivu višestruko se povećao broj stručnjaka koji su obratili pažnju na kvantno računalstvo.

Ali ipak dugo vremena Ostalo je nejasno može li se hipotetska računalna snaga kvantnog računala upotrijebiti za ubrzavanje rješenja praktični problemi. No 1994. godine američki matematičar i zaposlenik Lucent Technologies (SAD) P. Shor zaprepastio je znanstveni svijet predloživši kvantni algoritam koji omogućuje brzu faktorizaciju velikih brojeva (o važnosti ovog problema već je bilo riječi u uvodu). U usporedbi s najboljom danas poznatom klasičnom metodom, Shorov kvantni algoritam omogućuje višestruko ubrzanje izračuna, a što je dulji faktorirani broj, to je veći dobitak na brzini. Brzi algoritam faktorizacije od velikog je praktičnog interesa za razne obavještajne agencije koje su nakupile banke nedešifriranih poruka.

1996. Shorov kolega u Lucent Technologies L. Grover predložio je kvantni algoritam brza pretraga u nesređenoj bazi podataka. (Primjer takve baze podataka je telefonski imenik, u kojem prezimena pretplatnika nisu poredana abecednim redom, već proizvoljno.) Problem traženja, odabira optimalnog elementa među brojnim mogućnostima vrlo se često susreće u gospodarskim, vojnim, inženjerskim problemima, u računalne igrice. Groverov algoritam omogućuje ne samo ubrzanje procesa pretraživanja, već i približno udvostručenje broja parametara koji se uzimaju u obzir pri odabiru optimuma.

Stvarno stvaranje kvantnih računala ometao je u biti jedini ozbiljan problem- pogreške ili smetnje. Činjenica je da ista razina smetnji kvari proces kvantnog računalstva puno intenzivnije od klasičnog računalstva. P. Shor je 1995. zacrtao načine rješavanja ovog problema, razvijajući shemu kodiranja kvantna stanja i ispravljanje grešaka u njima. Nažalost, tema ispravljanja pogrešaka u kvantnim računalima važna je koliko i složena za pokrivanje u ovom članku.

UREĐAJ KVANTNOG RAČUNALA

Prije nego što vam kažemo kako kvantno računalo radi, podsjetimo se glavnih značajki kvantnih sustava (vidi također “Znanost i život” br. 8, 1998; br. 12, 2000).

Da razumiju zakone kvantni svijet ne treba se oslanjati izravno na svakodnevno iskustvo. Uobičajeno (u svakodnevnom shvaćanju), kvantne čestice se ponašaju samo ako ih stalno “virimo”, odnosno, strože rečeno, stalno mjerimo stanje u kojem se nalaze. Ali čim se "okrenemo" (prestanemo promatrati), kvantne čestice odmah prijeđu iz vrlo specifičnog stanja u nekoliko različitih oblika odjednom. To jest, elektron (ili bilo koji drugi kvantni objekt) bit će djelomično smješten u jednoj točki, djelomično u drugoj, djelomično u trećoj itd. To ne znači da je podijeljen na kriške, poput naranče. Tada bi bilo moguće pouzdano izolirati neki dio elektrona i izmjeriti njegov naboj ili masu. Ali iskustvo pokazuje da se nakon mjerenja elektron uvijek pokaže "zdravim i zdravim" u jednoj jedinoj točki, unatoč činjenici da je prije toga uspio biti gotovo posvuda u isto vrijeme. Ovo stanje elektrona, kada se nalazi na nekoliko točaka u prostoru odjednom, naziva se superpozicija kvantnih stanja a obično se opisuju valnom funkcijom, koju je 1926. uveo njemački fizičar E. Schrödinger. Modul vrijednosti valne funkcije u bilo kojoj točki, na kvadrat, određuje vjerojatnost pronalaska čestice u toj točki u ovaj trenutak. Nakon mjerenja položaja čestice, čini se da se njezina valna funkcija skuplja (kolabira) do točke u kojoj je čestica detektirana, a zatim se ponovno počinje širiti. Svojstvo kvantnih čestica da budu u više stanja istovremeno, tzv kvantni paralelizam, uspješno se koristi u kvantnom računalstvu.

Kvantni bit

Osnovna ćelija kvantnog računala je kvantni bit ili, skraćeno, kubit(q-bit). Ovo je kvantna čestica koja ima dva osnovna stanja, koja se označavaju s 0 i 1 ili, kako je to uobičajeno u kvantnoj mehanici, i. Dvije vrijednosti qubita mogu odgovarati, na primjer, osnovnom i pobuđenom stanju atoma, smjeru vrtnje atomske jezgre prema gore i dolje, smjeru struje u supravodljivom prstenu, dvama mogućim položajima elektron u poluvodiču itd.

Kvantni registar

Kvantni registar je strukturiran gotovo isto kao i klasični. Ovo je lanac kvantnih bitova na kojima se mogu izvoditi jednobitne i dvobitne logičke operacije (slično korištenju NOT, 2I-NOT itd. operacija u klasičnom registru).

Osnovna stanja kvantnog registra formiranog od L kubita uključuju, kao i u klasičnom, sve moguće nizove nula i jedinica duljine L. Ukupno može biti 2 L razne kombinacije. Mogu se smatrati zapisom brojeva u binarnom obliku od 0 do 2 L -1 i označiti. Međutim, ova osnovna stanja ne iscrpljuju sve moguće vrijednosti kvantnog registra (za razliku od klasičnog), budući da postoje i superpozicijska stanja definirana složenim amplitudama povezanim uvjetom normalizacije. Klasični analog za većinu mogućih vrijednosti kvantnog registra (osim osnovnih) jednostavno ne postoji. Stanja klasičnog registra samo su jadna sjena cjelokupnog bogatstva stanja kvantnog računala.

Zamislimo da se na registar primjenjuje vanjski utjecaj, npr. električni impulsi se primjenjuju na dio prostora ili se usmjeravaju laserske zrake. Ako se radi o klasičnom registru, impuls, koji se može smatrati računskom operacijom, promijenit će L varijabli. Ako je ovo kvantni registar, tada se isti puls može istovremeno pretvoriti u varijable. Stoga je kvantni registar u načelu sposoban obraditi informacije nekoliko puta brže od svog klasičnog dvojnika. Odavde je odmah jasno da mali kvantni registri (L<20) могут служить лишь для демонстрации отдельных узлов и принципов работы квантового компьютера, но не принесут большой практической пользы, так как не сумеют обогнать современные ЭВМ, а стоить будут заведомо дороже. В действительности квантовое ускорение обычно значительно меньше, чем приведенная грубая оценка сверху (это связано со сложностью получения большого количества амплитуд и считывания результата), поэтому практически полезный квантовый компьютер должен содержать тысячи кубитов. Но, с другой стороны, понятно, что для достижения действительного ускорения вычислений нет необходимости собирать миллионы квантовых битов. Компьютер с памятью, измеряемой всего лишь в килокубитах, будет в некоторых задачах несоизмеримо быстрее, чем классический суперкомпьютер с терабайтами памяти.

Međutim, valja napomenuti da postoji klasa problema za koje kvantni algoritmi ne daju značajno ubrzanje u usporedbi s klasičnim. Jedan od prvih koji je to pokazao bio je ruski matematičar Yu. Ozhigov, koji je konstruirao niz primjera algoritama koji se u načelu ne mogu ubrzati jednim taktom na kvantnom računalu.

Ipak, nema sumnje da su računala koja rade prema zakonima kvantne mehanike nova i odlučujuća faza u evoluciji računalnih sustava. Ostaje samo izgraditi ih.

KVANTNA RAČUNALA DANAS

Prototipovi kvantnih računala postoje već danas. Istina, do sada je bilo eksperimentalno moguće sastaviti samo male registre koji se sastoje od samo nekoliko kvantnih bitova. Tako je nedavno skupina predvođena američkim fizičarom I. Changom (IBM) najavila sklapanje 5-bitnog kvantnog računala. Bez sumnje, ovo je veliki uspjeh. Nažalost, postojeći kvantni sustavi još nisu u stanju pružiti pouzdane izračune, jer su ili slabo kontrolirani ili vrlo osjetljivi na šum. Međutim, nema fizičkih ograničenja za izgradnju učinkovitog kvantnog računala; potrebno je samo prevladati tehnološke poteškoće.

Postoji nekoliko ideja i prijedloga kako napraviti pouzdane i lako upravljive kvantne bitove.

I. Chang razvija ideju korištenja spinova jezgri nekih organskih molekula kao kubita.

Ruski istraživač M.V. Feigelman, koji radi na Institutu za teorijsku fiziku nazvan. L.D. Landau RAS, predlaže sastavljanje kvantnih registara od minijaturnih supravodljivih prstenova. Svaki prsten ima ulogu qubita, a stanja 0 i 1 odgovaraju smjeru električne struje u prstenu – u smjeru kazaljke na satu i suprotno od njega. Takvi kubiti mogu se prebacivati ​​pomoću magnetskog polja.

Na Institutu za fiziku i tehnologiju Ruske akademije znanosti, grupa koju je vodio akademik K. A. Valiev predložila je dvije opcije za postavljanje kubita u poluvodičke strukture. U prvom slučaju ulogu qubita ima elektron u sustavu dviju potencijalnih jažica stvorenih naponom primijenjenim na mini-elektrode na površini poluvodiča. Stanja 0 i 1 su položaji elektrona u jednoj od ovih jažica. Qubit se prebacuje promjenom napona na jednoj od elektroda. U drugoj verziji, qubit je jezgra atoma fosfora ugrađena u određenu točku poluvodiča. Stanja 0 i 1 - smjerovi vrtnje jezgre duž ili suprotno vanjskom magnetskom polju. Upravljanje se provodi kombiniranim djelovanjem magnetskih impulsa rezonantne frekvencije i impulsa napona.

Dakle, istraživanje je u tijeku i može se pretpostaviti da će se u vrlo bliskoj budućnosti - za desetak godina - stvoriti učinkovito kvantno računalo.

POGLED U BUDUĆNOST

Stoga je vrlo moguće da će se kvantna računala u budućnosti proizvoditi tradicionalnim metodama mikroelektroničke tehnologije i sadržavati mnogo kontrolnih elektroda, podsjećajući na moderni mikroprocesor. Kako bi se smanjila razina buke, koja je kritična za normalan rad kvantnog računala, prvi će modeli po svemu sudeći morati biti hlađeni tekućim helijem. Vrlo je vjerojatno da će prva kvantna računala biti glomazni i skupi uređaji koji neće stati na stol i održava ih veliki broj sistemskih programera i hardverskih regulatora u bijelim kutama. Prvo će im pristup imati samo vladine agencije, zatim bogate komercijalne organizacije. No, era konvencionalnih računala počela je otprilike na isti način.

Što će biti s klasičnim računalima? Hoće li umrijeti? Jedva. I klasična i kvantna računala imaju svoja područja primjene. Iako će se najvjerojatnije tržišni omjer postupno pomaknuti prema potonjem.

Uvođenje kvantnih računala neće dovesti do rješenja fundamentalno nerješivih klasičnih problema, već će samo ubrzati neke izračune. Osim toga, postat će moguća kvantna komunikacija – prijenos qubita na daljinu, što će dovesti do nastanka svojevrsnog kvantnog interneta. Kvantna komunikacija omogućit će sigurnu (po zakonima kvantne mehanike) vezu svih međusobno od prisluškivanja. Vaši podaci pohranjeni u kvantnim bazama podataka bit će pouzdanije zaštićeni od kopiranja nego sada. Tvrtke koje proizvode programe za kvantna računala moći će ih zaštititi od bilo kakvog, pa tako i ilegalnog kopiranja.

Za dublje razumijevanje ove teme možete pročitati pregledni članak E. Riffela i V. Polaka, “Osnove kvantnog računarstva”, objavljen u ruskom časopisu “Kvantna računala i kvantno računalstvo” (br. 1, 2000.). (Usput, ovo je prvi i za sada jedini časopis na svijetu posvećen kvantnom računalstvu. Dodatne informacije o njemu možete pronaći na internetu na http://rcd.ru/qc.). Nakon što svladate ovaj rad, moći ćete čitati znanstvene članke o kvantnom računalstvu.

Nešto više preliminarne matematičke pripreme bit će potrebno za čitanje knjige A. Kitaeva, A. Shena, M. Vyalyja “Klasična i kvantna izračunavanja” (Moskva: MTsNMO-CheRo, 1999.).

U knjizi V. V. Belokurova, O. D. Timofejevskaje, O. A. Hrustaleva “Kvantna teleportacija - obično čudo” (Iževsk: RHD, 2000.) raspravlja se o nizu temeljnih aspekata kvantne mehanike, bitnih za izvođenje kvantnih proračuna.

Izdavačka kuća RCD priprema se kao zasebna knjiga objaviti prijevod recenzije A. Steena o kvantnim računalima.

Sljedeća literatura bit će korisna ne samo obrazovno, već i povijesno:

1) Yu I. Manin. Izračunljivi i neizračunljivi.

M.: Sov. radio, 1980.

2) J. von Neumann. Matematičke osnove kvantne mehanike.

M.: Nauka, 1964.

3) R. Feynman. Simulacija fizike na računalima // Kvantno računalo i kvantno računalstvo:

sub. u 2 sveska - Izhevsk: RHD, 1999. T. 2, str. 96-123 (prikaz, ostalo).

4) R. Feynman. Kvantno mehanička računala

// Isto, str. 123.-156 (prikaz, ostalo).

Pogledajte izdanje na istu temu

Kvantna računala obećavaju svijetu ogromnu brzinu obrade podataka, ali razviti čak i najjednostavniju "neklasične" instance nije tako jednostavno. Znanstvenici s Yalea napravili su još jedan korak prema budućnosti: uspjeli su stvoriti dvokubitni solid-state kvantni procesor i pokazati da je sposoban raditi s najjednostavnijim kvantnim algoritmima.

Kvantna svojstva čestica mogu postići impresivne rezultate, ali je teško stvoriti kvantni analog silicijskih uređaja od običnih materijala.

Dopustite da objasnim. U klasičnim računalima informacije su šifrirane u obliku 0 i 1 (da/ne, uključeno/isključeno). Svaki bit memorije može uzeti jednu od ove dvije vrijednosti. Kombinacija dva bita može poprimiti četiri vrijednosti: 00, 11, 01 ili 10.

U slučaju kvantnih bitova (qubits), zbog principa kvantne superpozicije, jedna ćelija može sadržavati i 0 i 1, kao i njihovu kombinaciju (00, 11, 01 i 10 u isto vrijeme) (razgovarali smo o tome opširnije). Upravo iz tog razloga kvantni sustavi mogu raditi brže i s većom količinom informacija.

Osim toga, kubiti mogu biti isprepleteni: kada se kvantno stanje jednog kubita može opisati samo u odnosu na stanje drugog (u sustavima čvrstog stanja, kvantna isprepletenost je prvi put ostvarena u dijamantu). Ovo svojstvo kvantnih sustava koristi se za obradu informacija.

Fizičari predvođeni Leonardom DiCarlom iz Yale Centra za kvantnu i informacijsku fiziku po prvi su put uspjeli stvoriti kvantni solid-state procesor.

Konačno, kvantni procesori postali su slični običnim računalnim čipovima (foto Blake Johnson/Sveučilište Yale).

Prethodno je za izvođenje operacija s kubitima bilo potrebno koristiti lasere, nuklearnu magnetsku rezonancu i ionske zamke, pišu autori u svom članku objavljenom u časopisu Nature (njegov preprint također se može pronaći na web stranici arXiv.org).

No, kako bi se približio nastanak pravog kvantnog računala, potrebno je stvoriti jednostavniji stroj koji je manje osjetljiv na fluktuacije vanjskih uvjeta. To znači da je preporučljivo izraditi jedan od glavnih radnih dijelova (procesor) od klasičnih čvrstih materijala.

DiCarlo i njegovi kolege učinili su upravo to. Napravili su uređaj koji radi s dva transmon kubita. Transmon su dva fragmenta supravodiča povezana tunelskim kontaktima.

U ovom slučaju, procesor je film od supravodljivog materijala (sadrži niobij), nanesen na podlogu od korunda (aluminijev oksid). Žljebovi su urezani u površinu i struja može tunelirati kroz njih (opet zbog kvantnih učinaka).

Dva od ovih kubita (koji predstavljaju milijarde atoma aluminija u istom kvantnom stanju i djeluju kao jedna jedinica) u novom čipu odvojena su šupljinom, koja je neka vrsta "kvantne sabirnice".

“Naši prethodni eksperimenti pokazali su da se dva umjetna atoma mogu povezati rezonantnom sabirnicom, koja je mikrovalni odašiljač”, kaže jedan od autora rada, Robert Schoelkopf.

Ono što je vrlo važno je da su se za izradu procesora znanstvenici koristili standardnom tehnologijom koja se koristi u modernoj industriji.

Jedini nedostatak novog čipa je niska radna temperatura. Da bi se održala supravodljivost, uređaj se mora hladiti. To čini poseban sustav koji održava temperaturu oko sebe malo iznad apsolutne nule (reda nekoliko tisućinki kelvina).

Dijagram dvokubitnog uređaja s Yalea postavljen na fotografiju procesora. Umetci ispod prikazuju transmone (ilustracija Nature).

Ovi kubiti mogu biti u stanju kvantne isprepletenosti (što se postiže korištenjem mikrovalova određene frekvencije). Koliko dugo to stanje traje određuje se naponskim impulsom.

Znanstvenici su postigli trajanje pohrane od jedne mikrosekunde (u nekim slučajevima i tri mikrosekunde), što je još uvijek granica. Ali prije samo deset godina ta vrijednost nije prelazila nanosekundu, odnosno bila je tisuću puta manja.

Imajte na umu da što duže isprepletenost traje, to je bolje za kvantno računalo, budući da "dugotrajni" kubiti mogu riješiti složenije probleme.

U ovom slučaju za obavljanje dva različita zadatka procesor je koristio kvantne algoritme Groverov algoritam i Deutsch-Jozsa algoritam. Procesor je dao točan odgovor u 80% slučajeva (kod prvog algoritma) i u 90% slučajeva ( kod drugog algoritam).

Usput, očitavanje rezultata (stanje kubita) također se događa pomoću mikrovalova: ako frekvencija oscilacija odgovara onoj koja je prisutna u šupljini, tada signal prolazi kroz nju.

“Rezonantna frekvencija šupljine ovisi o stanju u kojem je qubit. Ako odaslano zračenje prolazi, onda je ono u “ispravnom” stanju”, kaže DiCarlo.

Ovaj rad fizičara s Yalea (kao i znanstvenika s kanadskih sveučilišta Waterloo i Sherbrooke te Tehničkog sveučilišta u Beču) nedvojbeno je jedinstven, ali korištena tehnologija očitavanja može zakazati u složenijim sustavima s velikim brojem qubita.

DiCarlo vjeruje da će 3-4-qubit procesor (temeljen na ovom razvoju) uskoro biti stvoren, ali da bi se poduzeo sljedeći korak (povećanje broja qubita na 10), potrebno je napraviti jednako značajan iskorak.

“Naš procesor trenutno može izvesti samo nekoliko jednostavnih operacija. Ali ima jednu važnu prednost - potpuno je elektronički i mnogo sličniji konvencionalnom mikroprocesoru od svih prethodnih razvoja,” kaže Schölkopf u priopćenju za tisak sa sveučilišta.

Geordie Rose, glavni tehnološki direktor D-Wave Systemsa, pokazuje najnovije kvantno računalo koje je izradila njegova tvrtka (fotografija NY Timesa).

Nije jasno kako se novo postignuće odnosi na proizvode tvrtke

O kvantnom računalstvu, barem u teoriji, govori se desetljećima. Moderni tipovi strojeva, koji koriste neklasične mehanike za obradu potencijalno nezamislivih količina podataka, bili su veliki napredak. Prema programerima, njihova se implementacija pokazala možda najsloženijom tehnologijom ikada stvorenom. Kvantni procesori rade na razinama materije za koje je čovječanstvo saznalo tek prije 100 godina. Potencijal takvog računalstva je ogroman. Korištenje bizarnih svojstava kvanta ubrzat će izračune pa će se riješiti mnogi problemi koji trenutno nadilaze mogućnosti klasičnih računala. I to ne samo u području kemije i znanosti o materijalima. Zainteresiran je i Wall Street.

Ulaganje u budućnost

CME Group je uložio u tvrtku 1QB Information Technologies Inc. sa sjedištem u Vancouveru, koja razvija softver za kvantne procesore. Takvo će računalstvo vjerojatno imati najveći utjecaj na industrije koje se bave velikim količinama vremenski osjetljivih podataka, kažu ulagači. Primjer takvih potrošača su financijske institucije. Goldman Sachs je uložio u D-Wave Systems, a In-Q-Tel financira CIA. Prvi proizvodi strojeve koji rade ono što se zove "kvantno žarenje", tj. rješavanje optimizacijskih problema niske razine pomoću kvantnog procesora. Intel također ulaže u ovu tehnologiju, iako njezinu implementaciju smatra pitanjem budućnosti.

Zašto je to potrebno?

Razlog zašto je kvantno računalstvo tako uzbudljivo je njegova savršena kombinacija sa strojnim učenjem. Ovo je trenutno glavna aplikacija za takve izračune. Dio ideje o kvantnom računalu je korištenje fizičkog uređaja za pronalaženje rješenja. Ponekad se ovaj koncept objašnjava na primjeru igre Angry Birds. Za simulaciju gravitacije i interakcije objekata koji se sudaraju, CPU tableta koristi matematičke jednadžbe. Kvantni procesori ovaj pristup okreću naopako. Oni "bace" nekoliko ptica i vide što će se dogoditi. Ptice se snimaju na mikročip, bacaju se, koja je optimalna putanja? Zatim se testiraju sva moguća rješenja ili barem njihova velika kombinacija i vraća se odgovor. U kvantnom računalu nema matematičara, umjesto njega rade zakoni fizike.

Kako radi?

Osnovni građevni blokovi našeg svijeta su kvantna mehanika. Ako pogledate molekule, razlog zašto se formiraju i ostaju stabilne je interakcija njihovih elektronskih orbitala. Svi kvantnomehanički proračuni sadržani su u svakom od njih. Njihov broj eksponencijalno raste s brojem simuliranih elektrona. Na primjer, za 50 elektrona postoje 2 moguće opcije na 50. potenciju. To je fenomenalno, pa je to danas nemoguće izračunati. Povezivanje teorije informacija s fizikom može pokazati put do rješavanja takvih problema. 50-qubitno računalo to može učiniti.

Zora novog doba

Prema Landonu Downsu, predsjedniku i suosnivaču 1QBit-a, kvantni procesor je sposobnost da se iskoristi računalna snaga subatomskog svijeta, što ima goleme implikacije za dobivanje novih materijala ili stvaranje novih lijekova. Postoji pomak od paradigme otkrića do nove ere dizajna. Na primjer, kvantno računalstvo može se koristiti za modeliranje katalizatora koji uklanjaju ugljik i dušik iz atmosfere i time pomažu u zaustavljanju globalnog zagrijavanja.

Na čelu napretka

Zajednica za tehnološki razvoj iznimno je uzbuđena i aktivna. Timovi širom svijeta u startupima, korporacijama, sveučilištima i vladinim laboratorijima utrkuju se u izradi strojeva koji koriste različite pristupe obradi kvantnih informacija. Supervodljivi qubit čipovi i zarobljeni ionski qubiti stvorili su istraživači sa Sveučilišta Maryland i američkog Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju. Microsoft razvija topološki pristup nazvan Station Q, koji ima za cilj iskoristiti ne-Abelov anion za koji još uvijek nije konačno dokazano da postoji.

Godina mogućeg iskoraka

A ovo je tek početak. Od kraja svibnja 2017. broj kvantnih procesora koji očito rade nešto brže ili bolje od klasičnog računala je nula. Takav bi događaj uspostavio "kvantnu nadmoć", ali to se još nije dogodilo. Iako je izgledno da bi se to moglo dogoditi ove godine. Većina upućenih kaže da je očiti favorit Googleov tim predvođen Johnom Martinijem, profesorom fizike s UC Santa Barbara. Njegov cilj je postići računalnu superiornost pomoću 49-qubit procesora. Do kraja svibnja 2017. tim je uspješno testirao 22-qubitni čip kao međukorak prema rastavljanju klasičnog superračunala.

Gdje je sve počelo?

Ideja o korištenju kvantne mehanike za obradu informacija prisutna je desetljećima. Jedan od ključnih događaja dogodio se 1981. godine kada su IBM i MIT zajednički organizirali konferenciju o fizici računalstva. Poznati fizičar predložio je izgradnju kvantnog računala. Prema njegovim riječima, za modeliranje treba koristiti kvantnu mehaniku. A ovo je sjajan zadatak jer ne izgleda tako lako. Princip rada kvantnog procesora temelji se na nekoliko čudnih svojstava atoma – superpoziciji i isprepletenosti. Čestica može biti u dva stanja istovremeno. Međutim, kada se mjeri, pojavit će se samo u jednom od njih. A nemoguće je predvidjeti koji, osim iz perspektive teorije vjerojatnosti. Taj je učinak temelj misaonog eksperimenta Schrödingerove mačke, koja je i živa i mrtva u kutiji sve dok promatrač ne proviri. Ništa u svakodnevnom životu ne funkcionira na ovaj način. Međutim, oko milijun eksperimenata provedenih od početka 20. stoljeća pokazuje da superpozicija postoji. I sljedeći korak je shvatiti kako koristiti ovaj koncept.

Kvantni procesor: opis posla

Klasični bitovi mogu poprimiti vrijednost 0 ili 1. Ako njihov niz prođete kroz “logička vrata” (AND, OR, NOT, itd.), možete množiti brojeve, crtati slike itd. Qubit može poprimiti vrijednosti 0, 1 ili oboje u isto vrijeme. Ako su, recimo, 2 qubita isprepletena, to ih čini savršeno povezanima. Kvantni procesor može koristiti logička vrata. T.n. Hadamardova vrata, na primjer, postavljaju qubit u stanje savršene superpozicije. Kada se superpozicija i isprepletenost kombiniraju s pametno postavljenim kvantnim vratima, potencijal subatomskog računalstva počinje se razvijati. 2 qubita omogućuju vam istraživanje 4 stanja: 00, 01, 10 i 11. Princip rada kvantnog procesora je takav da izvođenje logičke operacije omogućuje rad sa svim pozicijama odjednom. A broj dostupnih stanja je 2 na potenciju broja qubita. Dakle, ako ste napravili 50-qubit univerzalno kvantno računalo, teoretski biste mogli istražiti svih 1,125 kvadrilijuna kombinacija odjednom.

Kudits

Kvantni procesor u Rusiji se vidi nešto drugačije. Znanstvenici s MIPT-a i Ruskog kvantnog centra stvorili su "qudits", koji su nekoliko "virtualnih" qubita s različitim razinama "energije".

Amplitude

Kvantni procesor ima prednost jer se kvantna mehanika temelji na amplitudama. Amplitude su slične vjerojatnosti, ali također mogu biti negativni i kompleksni brojevi. Dakle, ako trebate izračunati vjerojatnost događaja, možete zbrojiti amplitude svih mogućih opcija za njihov razvoj. Ideja iza kvantnog računalstva jest pokušati ga podesiti tako da neki putovi do pogrešnih odgovora imaju pozitivnu, a neki negativnu amplitudu, tako da se međusobno poništavaju. A staze koje vode do točnog odgovora imale bi amplitude koje su u fazi jedna s drugom. Trik je organizirati sve bez da unaprijed znate koji je odgovor točan. Stoga je eksponencijalna priroda kvantnih stanja, u kombinaciji s mogućnošću interferencije između pozitivnih i negativnih amplituda, prednost ove vrste izračuna.

Shorov algoritam

Mnogo je problema koje računalo ne može riješiti. Na primjer, šifriranje. Problem je u tome što nije lako pronaći proste faktore 200-znamenkastog broja. Čak i ako vaše prijenosno računalo pokreće odličan softver, možda ćete morati čekati godinama da pronađete odgovor. Još jedna prekretnica u kvantnom računalstvu bio je algoritam koji je 1994. objavio Peter Shore, sada profesor matematike na MIT-u. Njegova metoda je pronaći faktore velikog broja pomoću kvantnog računala koje još nije postojalo. U osnovi, algoritam izvodi operacije koje ukazuju na područja s točnim odgovorom. Sljedeće godine Shor je otkrio metodu za kvantnu korekciju pogrešaka. Tada su mnogi shvatili da je to alternativni način računanja, koji bi u nekim slučajevima mogao biti i moćniji. Zatim je došlo do val interesa od strane fizičara za stvaranje kubita i logičkih vrata između njih. A sada, dva desetljeća kasnije, čovječanstvo je na pragu stvaranja potpunog kvantnog računala.

Svijet je na rubu još jedne kvantne revolucije. Prvo kvantno računalo u trenu će riješiti probleme za čije rješavanje trenutno najmoćniji suvremeni uređaj trebaju godine. Koji su to zadaci? Kome koristi, a kome prijeti masovna uporaba kvantnih algoritama? Što je superpozicija kubita, kako su ljudi naučili pronaći optimalno rješenje bez prolaska kroz trilijune opcija? Na ova pitanja odgovaramo pod naslovom “Jednostavno o kompleksu”.

Prije kvantne teorije u uporabi je bila klasična teorija elektromagnetskog zračenja. Godine 1900. njemački znanstvenik Max Planck, koji sam nije vjerovao u kvante i smatrao ih je fiktivnim i čisto teorijskim konstruktom, bio je prisiljen priznati da se energija zagrijanog tijela emitira u dijelovima - kvantima; Dakle, pretpostavke teorije podudarale su se s eksperimentalnim opažanjima. A pet godina kasnije, veliki Albert Einstein pribjegao je istom pristupu kada je objašnjavao fotoelektrični efekt: kada se obasja svjetlošću, u metalima se javlja električna struja! Malo je vjerojatno da su Planck i Einstein mogli zamisliti da svojim radom postavljaju temelje nove znanosti - kvantne mehanike, koja će biti predodređena transformirati naš svijet do neprepoznatljivosti, te da će se u 21. stoljeću znanstvenici približiti stvaranju kvantno računalo.

U početku je kvantna mehanika omogućila objašnjenje strukture atoma i pomogla razumjeti procese koji se odvijaju unutar njega. Uglavnom, dugogodišnji san alkemičara da transformiraju atome jednih elemenata u atome drugih (da, čak iu zlato) se ostvario. A poznata Einsteinova formula E=mc2 dovela je do pojave nuklearne energije i, kao posljedicu, atomske bombe.

IBM-ov kvantni procesor od pet kubita

Dalje više. Zahvaljujući radu Einsteina i engleskog fizičara Paula Diraca u drugoj polovici 20. stoljeća nastao je laser – također kvantni izvor ultračiste svjetlosti skupljene u uski snop. Laserska istraživanja donijela su Nobelovu nagradu za više od desetak znanstvenika, a sami laseri našli su svoju primjenu u gotovo svim područjima ljudske djelatnosti – od industrijskih rezača i laserskih pištolja do skenera barkodova i korekcije vida. Otprilike u isto vrijeme u tijeku su aktivna istraživanja poluvodiča - materijala s kojima se lako može kontrolirati tijek električne struje. Na njihovoj osnovi nastali su prvi tranzistori - oni su kasnije postali glavni građevni elementi moderne elektronike, bez kojih više ne možemo zamisliti svoj život.

Razvoj elektroničkih računala - računala - omogućio je brzo i učinkovito rješavanje mnogih problema. A postupno smanjenje njihove veličine i cijene (zbog masovne proizvodnje) utrlo je put računalima u svaki dom. S pojavom Interneta, naša ovisnost o računalnim sustavima, uključujući i komunikaciju, postala je još jača.

Richard Feynman

Ovisnost je sve veća, računalna snaga neprestano raste, ali došlo je vrijeme da priznamo da, unatoč svojim impresivnim mogućnostima, računala nisu uspjela riješiti sve probleme koje smo spremni staviti pred njih. O tome je među prvima progovorio slavni fizičar Richard Feynman koji je još 1981. godine na jednoj konferenciji ustvrdio da je temeljno nemoguće točno izračunati stvarni fizički sustav na običnim računalima. Sve je u njegovoj kvantnoj prirodi! Učinke na mikrorazmjerima lako je objasniti kvantnom mehanikom, a vrlo slabo objasniti klasičnom mehanikom na koju smo navikli: ona opisuje ponašanje velikih objekata. Tada je, kao alternativu, Feynman predložio korištenje kvantnih računala za izračunavanje fizičkih sustava.

Što je kvantno računalo i po čemu se razlikuje od računala na koja smo navikli? Sve je u tome kako prezentiramo informacije.

Ako su u konvencionalnim računalima bitovi - nule i jedinice - odgovorni za ovu funkciju, onda su u kvantnim računalima zamijenjeni kvantnim bitovima (skraćeno qubits). Sam qubit je prilično jednostavna stvar. Još uvijek ima dvije temeljne vrijednosti (ili stanja, kako kvantna mehanika voli reći) koje može poprimiti: 0 i 1. Međutim, zahvaljujući svojstvu kvantnih objekata zvanom "superpozicija", qubit može poprimiti sve vrijednosti koji su kombinacija temeljnih. Štoviše, njegova kvantna priroda dopušta mu da bude u svim tim stanjima u isto vrijeme.

Ovo je paralelizam kvantnog računalstva s qubitima. Sve se događa odjednom - više nema potrebe prolaziti kroz sve moguće opcije stanja sustava, a to je upravo ono što obično računalo radi. Pretraživanje velikih baza podataka, izrada optimalne rute, razvoj novih lijekova samo su neki od primjera problema koji se kvantnim algoritmima mogu riješiti višestruko brže. To su oni zadaci u kojima je za točan odgovor potrebno proći kroz ogroman broj opcija.

Osim toga, za opisivanje točnog stanja sustava više nije potrebna ogromna računalna snaga i količine RAM-a jer je za izračunavanje sustava od 100 čestica dovoljno 100 qubita, a ne bilijuni trilijuna bitova. Štoviše, kako se broj čestica povećava (kao u stvarnim složenim sustavima), ta razlika postaje još značajnija.

Jedan od problema nabrajanja isticao se svojom očitom beskorisnošću - rastavljanje velikih brojeva na proste faktore (to jest, djeljive samo sa sobom i jedinicom). To se zove "faktorizacija". Činjenica je da obična računala mogu vrlo brzo množiti brojeve, čak i one vrlo velike. Međutim, konvencionalna računala vrlo se slabo nose s obrnutim problemom dekompozicije velikog broja koji je rezultat množenja dva prosta broja na njihove izvorne faktore. Na primjer, da bi se broj od 256 znamenki razložio na dva faktora, čak i najsnažnijem računalu trebat će više od desetak godina. No, kvantni algoritam koji može riješiti ovaj problem u nekoliko minuta izumio je 1997. engleski matematičar Peter Shor.

Pojavom Shorovog algoritma znanstvena se zajednica suočila s ozbiljnim problemom. Još u kasnim 1970-ima, na temelju složenosti problema faktorizacije, kriptografski znanstvenici stvorili su algoritam za šifriranje podataka koji je postao široko rasprostranjen. Konkretno, uz pomoć ovog algoritma počeli su štititi podatke na internetu - lozinke, osobnu korespondenciju, bankovne i financijske transakcije. I nakon mnogo godina uspješnog korištenja, odjednom se pokazalo da ovako šifrirane informacije postaju laka meta za Shorov algoritam koji radi na kvantnom računalu. Dešifriranje uz njegovu pomoć postaje pitanje nekoliko minuta. Jedno je bilo dobro: kvantno računalo na kojem bi se mogao pokrenuti smrtonosni algoritam još nije bilo stvoreno.

U međuvremenu, diljem svijeta deseci znanstvenih grupa i laboratorija počeli su se baviti eksperimentalnim proučavanjem kubita i mogućnostima stvaranja kvantnog računala iz njih. Uostalom, jedno je teoretski izmisliti qubit, a sasvim drugo prevesti ga u stvarnost. Za to je bilo potrebno pronaći odgovarajući fizički sustav s dvije kvantne razine koje se mogu koristiti kao osnovna stanja qubita - nula i jedan. Sam Feynman je u svom pionirskom članku predložio korištenje fotona upletenih u različitim smjerovima za te svrhe, ali prvi eksperimentalno stvoreni kubiti bili su ioni uhvaćeni u posebne zamke 1995. godine. Ione su pratile mnoge druge fizičke implementacije: atomske jezgre, elektroni, fotoni, defekti u kristalima, supravodljivi krugovi - svi su ispunjavali zahtjeve.

Ova je raznolikost imala svoje prednosti. Potaknuti intenzivnim natjecanjem, razne znanstvene grupe stvarale su sve naprednije kubite i od njih gradile sve složenije sklopove. Postojala su dva glavna konkurentska parametra za kubite: njihov životni vijek i broj kubita koji bi mogli raditi zajedno.

Djelatnici Laboratorija za umjetne kvantne sustave

Životni vijek kubita odredio je koliko je dugo u njima pohranjeno krhko kvantno stanje. Ovo je pak odredilo koliko se računalnih operacija može izvesti na qubitu prije nego što "umre".

Za učinkovit rad kvantnih algoritama nije bio potreban jedan qubit, već barem stotinu, i to zajedno. Problem je bio u tome što se qubitima nije baš sviđalo biti jedan pored drugoga i protestirali su tako što su dramatično smanjili svoj životni vijek. Kako bi zaobišli ovu nekompatibilnost kubita, znanstvenici su morali pribjeći svakakvim trikovima. Pa ipak, do danas su znanstvenici uspjeli natjerati najviše jedan ili dva tuceta qubita da rade zajedno.

Dakle, na radost kriptografa, kvantno računalo je još uvijek stvar budućnosti. Iako uopće nije tako daleko kao što se nekada činilo, jer kako najveće korporacije poput Intela, IBM-a i Googlea, tako i pojedine države za koje je izrada kvantnog računala stvar od strateške važnosti aktivno sudjelovao u njegovom stvaranju.

Ne propustite predavanje: