Calon Sains Fizikal dan Matematik L. FEDICHKIN (Institut Fizikal dan Teknologi Akademi Sains Rusia.

Menggunakan undang-undang mekanik kuantum, adalah mungkin untuk mencipta jenis komputer yang pada asasnya baru yang akan membolehkan menyelesaikan beberapa masalah yang tidak boleh diakses walaupun oleh superkomputer moden yang paling berkuasa. Kelajuan banyak pengiraan kompleks akan meningkat dengan mendadak; mesej yang dihantar melalui talian komunikasi kuantum adalah mustahil untuk memintas atau menyalin. Hari ini, prototaip komputer kuantum masa hadapan ini telah pun dibuat.

Ahli matematik dan fizik Amerika asal Hungary Johann von Neumann (1903-1957).

Ahli fizik teori Amerika Richard Phillips Feynman (1918-1988).

Ahli matematik Amerika Peter Shor, pakar dalam bidang pengkomputeran kuantum. Beliau mencadangkan algoritma kuantum untuk pemfaktoran pantas nombor besar.

Bit kuantum, atau qubit. Keadaan sepadan, sebagai contoh, dengan arah putaran nukleus atom ke atas atau ke bawah.

Daftar kuantum ialah rantaian bit kuantum. Gerbang kuantum satu atau dua qubit melakukan operasi logik pada qubit.

PENGENALAN, ATAU SEDIKIT TENTANG PERLINDUNGAN MAKLUMAT

Apakah program yang anda fikir telah menjual paling banyak lesen di dunia? Saya tidak akan mengambil risiko menegaskan bahawa saya tahu jawapan yang betul, tetapi saya pasti tahu satu yang salah: ini Tidak mana-mana versi Microsoft Windows. Sistem pengendalian yang paling biasa mendahului produk sederhana daripada RSA Data Security, Inc. - program yang melaksanakan algoritma penyulitan kunci awam RSA, dinamakan sempena pengarangnya - ahli matematik Amerika Rivest, Shamir dan Adelman.

Hakikatnya ialah algoritma RSA terbina dalam kebanyakan sistem pengendalian komersil, serta banyak aplikasi lain yang digunakan dalam pelbagai peranti - daripada kad pintar ke telefon bimbit. Khususnya, ia juga tersedia dalam Microsoft Windows, yang bermaksud ia pastinya lebih meluas daripada sistem pengendalian popular ini. Untuk mengesan kesan RSA, sebagai contoh, dalam pelayar Internet Explorer (program untuk melihat halaman www di Internet), cuma buka menu "Bantuan", masukkan submenu "Perihal Internet Explorer" dan lihat senarai produk terpakai dari syarikat lain. Satu lagi pelayar biasa, Netscape Navigator, juga menggunakan algoritma RSA. Secara umum, sukar untuk mencari syarikat terkenal yang bekerja dalam bidang teknologi tinggi yang tidak akan membeli lesen untuk program ini. Hari ini, RSA Data Security, Inc. telah menjual lebih daripada 450 juta(!) lesen.

Mengapakah algoritma RSA begitu penting?

Bayangkan anda perlu cepat bertukar mesej dengan orang yang jauh. Terima kasih kepada perkembangan Internet, pertukaran sedemikian telah tersedia kepada kebanyakan orang hari ini - anda hanya perlu mempunyai komputer dengan modem atau kad rangkaian. Sememangnya, apabila bertukar maklumat melalui rangkaian, anda ingin merahsiakan mesej anda daripada orang yang tidak dikenali. Walau bagaimanapun, adalah mustahil untuk melindungi sepenuhnya talian komunikasi yang panjang daripada mencuri dengar. Ini bermakna apabila mesej dihantar, ia mesti disulitkan, dan apabila diterima, ia mesti dinyahsulit. Tetapi bagaimana anda dan rakan bicara anda boleh bersetuju dengan kunci yang akan anda gunakan? Jika anda menghantar kunci kepada sifir melalui baris yang sama, penyerang yang mencuri dengar boleh memintasnya dengan mudah. Anda boleh, sudah tentu, menghantar kunci melalui beberapa talian komunikasi lain, sebagai contoh, menghantarnya melalui telegram. Tetapi kaedah ini biasanya menyusahkan dan, lebih-lebih lagi, tidak selalu boleh dipercayai: baris lain juga boleh ditoreh. Adalah baik jika anda dan penerima anda mengetahui lebih awal bahawa anda akan bertukar-tukar penyulitan, dan oleh itu saling memberi kunci lebih awal. Tetapi bagaimana jika, sebagai contoh, anda ingin menghantar tawaran komersial sulit kepada rakan kongsi perniagaan yang mungkin atau membeli produk yang anda suka di kedai dalam talian baharu menggunakan kad kredit?

Pada tahun 1970-an, untuk menyelesaikan masalah ini, sistem penyulitan telah dicadangkan yang menggunakan dua jenis kunci untuk mesej yang sama: awam (tidak memerlukan rahsia) dan peribadi (secara rahsia). Kunci awam digunakan untuk menyulitkan mesej, dan kunci peribadi digunakan untuk menyahsulitnya. Anda menghantar kepada wartawan anda kunci awam, dan dia menggunakannya untuk menyulitkan mesejnya. Semua penyerang yang telah memintas kunci awam boleh lakukan ialah menyulitkan e-melnya dengannya dan memajukannya kepada seseorang. Tetapi dia tidak akan dapat menguraikan surat-menyurat itu. Anda, mengetahui kunci peribadi (ia pada mulanya disimpan dengan anda), boleh membaca mesej yang ditujukan kepada anda dengan mudah. Untuk menyulitkan mesej balasan, anda akan menggunakan kunci awam yang dihantar oleh wartawan anda (dan dia akan menyimpan kunci peribadi yang sepadan untuk dirinya sendiri).

Ini betul-betul skema kriptografi yang digunakan dalam algoritma RSA, kaedah penyulitan kunci awam yang paling biasa. Selain itu, untuk mencipta sepasang kunci awam dan peribadi, hipotesis penting berikut digunakan. Jika terdapat dua yang besar (memerlukan lebih daripada seratus digit perpuluhan untuk ditulis) ringkas nombor M dan K, maka mencari produk mereka N=MK tidak akan sukar (anda tidak perlu mempunyai komputer untuk ini: orang yang agak berhati-hati dan sabar akan dapat mendarab nombor tersebut dengan pen dan kertas). Tetapi untuk menyelesaikan masalah songsang, iaitu, mengetahui sejumlah besar N, menguraikannya menjadi faktor perdana M dan K (yang dipanggil masalah pemfaktoran) - hampir mustahil! Inilah masalah yang akan dihadapi oleh penyerang jika dia memutuskan untuk "menggodam" algoritma RSA dan membaca maklumat yang disulitkan dengannya: untuk mengetahui kunci persendirian, mengetahui kunci awam, dia perlu mengira M atau K .

Untuk menguji kesahihan hipotesis tentang kerumitan praktikal pemfaktoran nombor besar, pertandingan khas telah dan masih diadakan. Penguraian hanya nombor 155 digit (512-bit) dianggap sebagai rekod. Pengiraan telah dijalankan secara selari pada banyak komputer selama tujuh bulan pada tahun 1999. Jika tugas ini dilakukan pada satu komputer peribadi moden, ia memerlukan lebih kurang 35 tahun masa komputer! Pengiraan menunjukkan bahawa menggunakan walaupun seribu stesen kerja moden dan algoritma pengkomputeran terbaik yang diketahui hari ini, satu nombor 250 digit boleh difaktorkan dalam kira-kira 800 ribu tahun, dan nombor 1000 digit dalam 10-25 (!) tahun. (Sebagai perbandingan, umur Alam Semesta ialah ~10 10 tahun.)

Oleh itu, algoritma kriptografi seperti RSA, beroperasi pada kekunci yang cukup panjang, dianggap benar-benar boleh dipercayai dan digunakan dalam banyak aplikasi. Dan semuanya baik-baik saja sehingga itu ... sehingga komputer kuantum muncul.

Ternyata dengan menggunakan undang-undang mekanik kuantum, adalah mungkin untuk membina komputer yang masalah pemfaktoran (dan banyak lagi!) tidak akan menjadi sukar. Dianggarkan bahawa komputer kuantum dengan hanya kira-kira 10 ribu bit kuantum memori boleh memfaktorkan nombor 1000 digit menjadi faktor perdana dalam beberapa jam sahaja!

BAGAIMANA SEMUANYA BERMULA?

Sehingga pertengahan 1990-an, teori komputer kuantum dan pengkomputeran kuantum ditubuhkan sebagai bidang sains baharu. Seperti yang sering berlaku dengan idea-idea yang hebat, sukar untuk menentukan pencetusnya. Nampaknya, ahli matematik Hungary J. von Neumann adalah orang pertama yang menarik perhatian kepada kemungkinan membangunkan logik kuantum. Walau bagaimanapun, pada masa itu, bukan sahaja kuantum, tetapi juga komputer klasik biasa masih belum dicipta. Dan dengan kemunculan yang terakhir, usaha utama saintis ditujukan terutamanya untuk mencari dan membangunkan elemen baru untuk mereka (transistor, dan kemudian litar bersepadu), dan bukan untuk mencipta peranti pengkomputeran yang berbeza secara asasnya.

Pada tahun 1960-an, ahli fizik Amerika R. Landauer, yang bekerja di IBM, cuba menarik perhatian dunia saintifik kepada fakta bahawa pengiraan sentiasa beberapa proses fizikal, yang bermaksud mustahil untuk memahami had keupayaan pengkomputeran kami tanpa menyatakan apakah pelaksanaan fizikalnya. sepadan. Malangnya, pada masa itu, pandangan yang dominan di kalangan saintis ialah pengiraan adalah sejenis prosedur logik abstrak yang harus dikaji oleh ahli matematik, bukan ahli fizik.

Apabila komputer semakin meluas, saintis kuantum membuat kesimpulan bahawa adalah mustahil untuk mengira secara langsung keadaan sistem yang berkembang yang terdiri daripada hanya beberapa dozen zarah berinteraksi, seperti molekul metana (CH 4). Ini dijelaskan oleh fakta bahawa untuk menerangkan sepenuhnya sistem yang kompleks, adalah perlu untuk menyimpan dalam memori komputer bilangan pembolehubah yang besar secara eksponen (dari segi bilangan zarah), yang dipanggil amplitud kuantum. Situasi paradoks telah timbul: mengetahui persamaan evolusi, mengetahui dengan ketepatan yang mencukupi semua potensi interaksi zarah antara satu sama lain dan keadaan awal sistem, hampir mustahil untuk mengira masa depannya, walaupun sistem hanya terdiri daripada 30 elektron dalam perigi berpotensi, dan superkomputer dengan RAM tersedia , bilangan bit yang sama dengan bilangan atom di rantau Alam Semesta yang boleh dilihat (!). Dan pada masa yang sama, untuk mengkaji dinamik sistem sedemikian, anda hanya boleh menjalankan eksperimen dengan 30 elektron, meletakkannya dalam potensi tertentu dan keadaan awal. Ini, khususnya, telah diperhatikan oleh ahli matematik Rusia Yu. I. Manin, yang pada tahun 1980 menunjukkan keperluan untuk membangunkan teori peranti pengkomputeran kuantum. Pada tahun 1980-an, masalah yang sama telah dikaji oleh ahli fizik Amerika P. Benev, yang dengan jelas menunjukkan bahawa sistem kuantum boleh melakukan pengiraan, serta saintis Inggeris D. Deutsch, yang secara teorinya membangunkan komputer kuantum sejagat yang lebih baik daripadanya. rakan sejawat klasik.

Pemenang Hadiah Nobel dalam fizik R. Feynman, yang terkenal dengan pembaca biasa Sains dan Kehidupan, menarik banyak perhatian kepada masalah membangunkan komputer kuantum. Terima kasih kepada panggilan berwibawanya, bilangan pakar yang memberi perhatian kepada pengkomputeran kuantum meningkat berkali-kali ganda.

Namun untuk masa yang lama ia masih tidak jelas sama ada kuasa pengkomputeran hipotesis komputer kuantum boleh digunakan untuk mempercepatkan penyelesaian masalah praktikal. Tetapi pada tahun 1994, seorang ahli matematik Amerika dan pekerja Lucent Technologies (AS) P. Shor mengejutkan dunia saintifik dengan mencadangkan algoritma kuantum yang membolehkan pemfaktoran pantas nombor besar (kepentingan masalah ini telah dibincangkan dalam pengenalan). Berbanding dengan kaedah klasik terbaik yang diketahui hari ini, algoritma kuantum Shor menyediakan pecutan berbilang pengiraan, dan semakin panjang nombor yang difaktorkan, semakin besar keuntungan kelajuan. Algoritma pemfaktoran pantas adalah menarik minat praktikal untuk pelbagai agensi perisikan yang telah mengumpul bank mesej yang tidak disulitkan.

Pada tahun 1996, rakan sekerja Shore di Lucent Technologies L. Grover mencadangkan algoritma kuantum untuk carian pantas dalam pangkalan data tidak tertib. (Contoh pangkalan data sedemikian ialah buku telefon di mana nama pelanggan tidak disusun mengikut abjad, tetapi dengan cara sewenang-wenangnya.) Tugas mencari, memilih elemen optimum di antara banyak pilihan sangat sering ditemui dalam ekonomi, ketenteraan, masalah kejuruteraan, dan dalam permainan komputer. Algoritma Grover membolehkan bukan sahaja untuk mempercepatkan proses carian, tetapi juga untuk lebih kurang dua kali ganda bilangan parameter yang diambil kira semasa memilih yang optimum.

Penciptaan sebenar komputer kuantum telah dihalang oleh satu-satunya masalah serius - kesilapan, atau gangguan. Hakikatnya ialah tahap gangguan yang sama merosakkan proses pengkomputeran kuantum dengan lebih intensif daripada pengkomputeran klasik. P. Shor menggariskan cara untuk menyelesaikan masalah ini pada tahun 1995, membangunkan skema untuk pengekodan keadaan kuantum dan membetulkan ralat di dalamnya. Malangnya, topik pembetulan ralat dalam komputer kuantum adalah sama pentingnya kerana ia rumit untuk dibincangkan dalam artikel ini.

PERANTI KOMPUTER KUANTUM

Sebelum kita memberitahu anda bagaimana komputer kuantum berfungsi, mari kita ingat ciri utama sistem kuantum (lihat juga "Sains dan Kehidupan" No. 8, 1998; No. 12, 2000).

Untuk memahami undang-undang dunia kuantum, seseorang tidak seharusnya bergantung secara langsung pada pengalaman seharian. Dalam cara biasa (dalam pemahaman harian), zarah kuantum bertindak hanya jika kita sentiasa "mengintip" mereka, atau, lebih tegas lagi, sentiasa mengukur keadaan di mana ia berada. Tetapi sebaik sahaja kita "berpaling" (berhenti memerhati), zarah kuantum segera bergerak dari keadaan yang sangat spesifik kepada beberapa bentuk yang berbeza sekaligus. Iaitu, elektron (atau mana-mana objek kuantum lain) akan terletak sebahagiannya pada satu titik, sebahagiannya pada satu lagi, sebahagiannya pada satu pertiga, dsb. Ini tidak bermakna ia dibahagikan kepada kepingan, seperti oren. Kemudian adalah mungkin untuk mengasingkan sebahagian daripada elektron dengan pasti dan mengukur cas atau jisimnya. Tetapi pengalaman menunjukkan bahawa selepas pengukuran, elektron sentiasa menjadi "selamat dan kukuh" pada satu titik, walaupun pada hakikatnya sebelum itu ia berjaya berada hampir di mana-mana pada masa yang sama. Keadaan elektron ini, apabila ia terletak di beberapa titik dalam ruang sekaligus, dipanggil superposisi keadaan kuantum dan biasanya digambarkan oleh fungsi gelombang, yang diperkenalkan pada tahun 1926 oleh ahli fizik Jerman E. Schrödinger. Modulus nilai fungsi gelombang pada mana-mana titik, kuasa dua, menentukan kebarangkalian mencari zarah pada titik itu pada masa tertentu. Selepas mengukur kedudukan zarah, fungsi gelombangnya kelihatan mengecut (runtuh) ke titik di mana zarah itu dikesan, dan kemudian mula merebak semula. Sifat zarah kuantum berada dalam banyak keadaan serentak, dipanggil keselarian kuantum, telah berjaya digunakan dalam pengkomputeran kuantum.

sedikit kuantum

Sel asas komputer kuantum ialah bit kuantum, atau, ringkasnya, qubit(q-bit). Ini ialah zarah kuantum yang mempunyai dua keadaan asas, yang ditetapkan 0 dan 1 atau, seperti kebiasaan dalam mekanik kuantum, dan. Dua nilai qubit boleh sepadan, sebagai contoh, dengan keadaan bumi dan keadaan teruja atom, arah atas dan bawah putaran nukleus atom, arah arus dalam cincin superkonduktor, dua kemungkinan kedudukan elektron dalam semikonduktor, dsb.

Daftar kuantum

Daftar kuantum berstruktur hampir sama dengan daftar klasik. Ini ialah rantaian bit kuantum di mana operasi logik satu dan dua bit boleh dilakukan (serupa dengan penggunaan operasi NOT, 2I-NOT, dsb. dalam daftar klasik).

Keadaan asas daftar kuantum yang dibentuk oleh L qubit termasuk, seperti dalam klasik, semua kemungkinan urutan sifar dan satu panjang L. Boleh ada 2 L kombinasi berbeza secara keseluruhan. Mereka boleh dianggap sebagai rekod nombor dalam bentuk binari dari 0 hingga 2 L -1 dan ditetapkan. Walau bagaimanapun, keadaan asas ini tidak menghabiskan semua kemungkinan nilai daftar kuantum (tidak seperti yang klasik), kerana terdapat juga keadaan superposisi yang ditakrifkan oleh amplitud kompleks yang berkaitan dengan keadaan normalisasi. Analog klasik untuk kebanyakan nilai yang mungkin bagi daftar kuantum (kecuali yang asas) sememangnya tidak wujud. Keadaan daftar klasik hanyalah bayangan menyedihkan dari keseluruhan kekayaan keadaan komputer kuantum.

Bayangkan bahawa pengaruh luaran digunakan pada daftar, sebagai contoh, impuls elektrik digunakan pada bahagian ruang atau pancaran laser diarahkan. Jika ia adalah daftar klasik, impuls, yang boleh dianggap sebagai operasi pengiraan, akan mengubah pembolehubah L. Jika ini adalah daftar kuantum, maka nadi yang sama boleh bertukar secara serentak kepada pembolehubah. Oleh itu, daftar kuantum, pada dasarnya, mampu memproses maklumat beberapa kali lebih cepat daripada rakan klasiknya. Dari sini jelaslah bahawa daftar kuantum kecil (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.

Perlu diingat, bagaimanapun, terdapat kelas masalah yang mana algoritma kuantum tidak memberikan pecutan yang ketara berbanding dengan yang klasik. Salah seorang yang pertama menunjukkan ini ialah ahli matematik Rusia Yu. Ozhigov, yang membina beberapa contoh algoritma yang, pada dasarnya, tidak boleh dipercepatkan dengan satu kitaran jam pada komputer kuantum.

Namun begitu, tidak dapat dinafikan bahawa komputer yang beroperasi mengikut undang-undang mekanik kuantum adalah peringkat baharu dan penentu dalam evolusi sistem pengkomputeran. Yang tinggal hanyalah membina mereka.

KOMPUTER KUANTUM HARI INI

Prototaip komputer kuantum sudah wujud hari ini. Benar, setakat ini adalah mungkin secara eksperimen untuk memasang hanya daftar kecil yang terdiri daripada hanya beberapa bit kuantum. Oleh itu, baru-baru ini kumpulan yang diketuai oleh ahli fizik Amerika I. Chang (IBM) mengumumkan pemasangan komputer kuantum 5-bit. Tidak dinafikan, ini adalah satu kejayaan besar. Malangnya, sistem kuantum sedia ada masih belum mampu menyediakan pengiraan yang boleh dipercayai, kerana ia sama ada kurang dikawal atau sangat terdedah kepada hingar. Walau bagaimanapun, tiada sekatan fizikal untuk membina komputer kuantum yang berkesan; ia hanya perlu untuk mengatasi kesukaran teknologi.

Terdapat beberapa idea dan cadangan tentang cara membuat bit kuantum yang boleh dipercayai dan mudah dikawal.

I. Chang mengembangkan idea menggunakan putaran nukleus beberapa molekul organik sebagai qubit.

Penyelidik Rusia M.V. Feigelman, bekerja di Institut Fizik Teori yang dinamakan sempena. L.D. Landau RAS, bercadang untuk memasang daftar kuantum daripada cincin superkonduktor kecil. Setiap cincin memainkan peranan qubit, dan menyatakan 0 dan 1 sepadan dengan arah arus elektrik dalam cincin - mengikut arah jam dan lawan jam. Qubit tersebut boleh ditukar menggunakan medan magnet.

Di Institut Fizik dan Teknologi Akademi Sains Rusia, kumpulan yang diketuai oleh Ahli Akademik K. A. Valiev mencadangkan dua pilihan untuk meletakkan qubit dalam struktur semikonduktor. Dalam kes pertama, peranan qubit dimainkan oleh elektron dalam sistem dua telaga berpotensi yang dicipta oleh voltan yang digunakan pada elektrod mini pada permukaan semikonduktor. Keadaan 0 dan 1 ialah kedudukan elektron dalam salah satu telaga ini. Qubit ditukar dengan menukar voltan pada salah satu elektrod. Dalam versi lain, qubit ialah nukleus atom fosforus yang tertanam pada titik tertentu semikonduktor. Keadaan 0 dan 1 - arah putaran nuklear sepanjang atau melawan medan magnet luar. Kawalan dijalankan menggunakan tindakan gabungan denyutan magnet frekuensi resonans dan denyutan voltan.

Oleh itu, penyelidikan sedang giat dijalankan dan boleh diandaikan bahawa dalam masa terdekat - kira-kira sepuluh tahun - komputer kuantum yang berkesan akan dicipta.

PANDANGAN KE MASA DEPAN

Oleh itu, agak mungkin bahawa pada masa hadapan, komputer kuantum akan dihasilkan menggunakan kaedah tradisional teknologi mikroelektronik dan mengandungi banyak elektrod kawalan, mengingatkan mikropemproses moden. Untuk mengurangkan tahap hingar, yang penting untuk operasi biasa komputer kuantum, model pertama nampaknya perlu disejukkan dengan helium cecair. Berkemungkinan komputer kuantum pertama adalah peranti besar dan mahal yang tidak muat di atas meja dan diselenggara oleh kakitangan besar pengaturcara sistem dan pelaras perkakasan berkot putih. Pertama, hanya agensi kerajaan akan mempunyai akses kepada mereka, kemudian organisasi komersial yang kaya. Tetapi era komputer konvensional bermula dengan cara yang sama.

Apakah yang akan berlaku kepada komputer klasik? Adakah mereka akan mati? hampir tidak. Kedua-dua komputer klasik dan kuantum mempunyai bidang aplikasi mereka sendiri. Walaupun, kemungkinan besar, nisbah pasaran akan beransur-ansur beralih ke arah yang kedua.

Pengenalan komputer kuantum tidak akan membawa kepada penyelesaian masalah klasik yang tidak dapat diselesaikan secara asas, tetapi hanya akan mempercepatkan beberapa pengiraan. Di samping itu, komunikasi kuantum akan menjadi mungkin - pemindahan qubit dari jarak jauh, yang akan membawa kepada kemunculan sejenis Internet kuantum. Komunikasi kuantum akan memungkinkan untuk menyediakan sambungan yang selamat (mengikut undang-undang mekanik kuantum) setiap orang antara satu sama lain daripada mencuri dengar. Maklumat anda yang disimpan dalam pangkalan data kuantum akan dilindungi dengan lebih pasti daripada penyalinan berbanding sekarang. Firma yang menghasilkan program untuk komputer kuantum akan dapat melindunginya daripada sebarang, termasuk penyalinan yang menyalahi undang-undang.

Untuk pemahaman yang lebih mendalam tentang topik ini, anda boleh membaca artikel ulasan oleh E. Riffel dan V. Polak, "Asas Pengkomputeran Kuantum," yang diterbitkan dalam jurnal Rusia "Komputer Kuantum dan Pengkomputeran Kuantum" (No. 1, 2000). (Dengan cara ini, ini adalah yang pertama dan setakat ini satu-satunya jurnal di dunia yang didedikasikan untuk pengkomputeran kuantum. Maklumat tambahan mengenainya boleh didapati di Internet di http://rcd.ru/qc.). Setelah anda menguasai kerja ini, anda akan dapat membaca artikel saintifik tentang pengkomputeran kuantum.

Persediaan matematik yang agak awal akan diperlukan apabila membaca buku oleh A. Kitaev, A. Shen, M. Vyaly "Pengiraan Klasik dan Kuantum" (Moscow: MTsNMO-CheRo, 1999).

Sejumlah aspek asas mekanik kuantum, penting untuk menjalankan pengiraan kuantum, dibincangkan dalam buku oleh V. V. Belokurov, O. D. Timofeevskaya, O. A. Khrustalev "Teleportasi kuantum - keajaiban biasa" (Izhevsk: RHD, 2000).

Rumah penerbitan RCD sedang bersedia untuk menerbitkan terjemahan ulasan A. Steen mengenai komputer kuantum sebagai buku yang berasingan.

Kesusasteraan berikut akan berguna bukan sahaja dari segi pendidikan, tetapi juga dari segi sejarah:

1) Yu. I. Manin. Boleh dikira dan tidak boleh dikira.

M.: Sov. radio, 1980.

2) J. von Neumann. Asas matematik mekanik kuantum.

M.: Nauka, 1964.

3) R. Feynman. Simulasi fizik pada komputer // Komputer kuantum dan pengkomputeran kuantum:

Sab. dalam 2 jilid - Izhevsk: RHD, 1999. T. 2, hlm. 96-123.

4) R. Feynman. Komputer mekanikal kuantum

// Ibid., hlm. 123.-156.

Lihat isu pada topik yang sama

Komputer kuantum ialah peranti pengkomputeran yang menggunakan fenomena superposisi kuantum dan jalinan kuantum untuk menghantar dan memproses data. Komputer kuantum sejagat yang lengkap masih merupakan peranti hipotesis, kemungkinan membina yang dikaitkan dengan perkembangan serius teori kuantum dalam bidang banyak zarah dan eksperimen yang kompleks; perkembangan dalam bidang ini dikaitkan dengan penemuan dan pencapaian terkini fizik moden. Sehingga kini, hanya beberapa sistem eksperimen telah dilaksanakan secara praktikal yang melaksanakan algoritma tetap dengan kerumitan rendah.

Seperti yang ditulis oleh editor Science Alert, sekumpulan pakar dari Universiti Vienna dapat membangunkan penghala kuantum pertama dalam sejarah dan juga menjalankan ujian pertama peranti baharu itu. Ini adalah peranti pertama yang bukan sahaja boleh menerima foton terjerat, tetapi juga menghantarnya. Di samping itu, litar yang digunakan dalam penghala boleh menjadi asas untuk mencipta Internet kuantum.

Salam sejahtera sekali lagi kepada semua pembaca blog saya! Semalam, beberapa cerita tentang komputer "kuantum" sekali lagi muncul dalam berita. Kita tahu dari kursus fizik sekolah bahawa kuantum ialah bahagian tertentu tenaga yang sama, terdapat juga frasa "lompat kuantum", iaitu peralihan segera dari tahap tenaga tertentu ke tahap yang lebih tinggi.. Mari kita fikirkan bersama-sama apa itu komputer kuantum dan apa yang Kita semua tunggu untuk mesin ajaib ini muncul

Saya mula-mula berminat dengan topik ini semasa menonton filem tentang Edward Snowden. Seperti yang anda ketahui, warganegara Amerika ini mengumpul beberapa terabait maklumat sulit (bukti yang menjejaskan) mengenai aktiviti perkhidmatan perisikan AS, menyulitkannya dengan teliti dan menyiarkannya di Internet. "Sekiranya, katanya, apa-apa berlaku kepada saya, maklumat itu akan ditafsirkan dan dengan itu tersedia kepada semua orang."

Pengiraan adalah bahawa maklumat ini "panas" dan akan relevan untuk sepuluh tahun lagi. Dan ia boleh dinyahsulit dengan kuasa pengkomputeran moden dalam masa tidak kurang daripada sepuluh tahun atau lebih. Komputer kuantum, mengikut jangkaan pembangun, akan menangani tugas ini dalam masa kira-kira dua puluh lima minit. Pakar kriptografi berada dalam keadaan panik. Ini adalah jenis lompatan "kuantum" yang menanti kita tidak lama lagi, kawan-kawan.

Prinsip pengendalian komputer kuantum untuk boneka

Oleh kerana kita bercakap tentang fizik kuantum, mari kita bercakap sedikit mengenainya. Saya tidak akan masuk ke dalam lalang, kawan-kawan. Saya "teko", bukan ahli fizik kuantum. Kira-kira seratus tahun yang lalu, Einstein menerbitkan teori relativitinya. Semua orang pintar pada masa itu terkejut melihat betapa banyak paradoks dan perkara luar biasa yang terdapat di dalamnya. Jadi, semua paradoks Einstein yang menggambarkan undang-undang dunia kita hanyalah celoteh tidak bersalah seorang kanak-kanak berusia lima tahun berbanding dengan apa yang berlaku pada tahap atom dan molekul.

"Ahli fizik kuantum" sendiri, yang menerangkan fenomena yang berlaku pada tahap elektron dan molekul, mengatakan sesuatu seperti ini: "Ini luar biasa. Ini tidak benar. Tetapi memang begitu. Jangan tanya kami bagaimana semuanya berfungsi. Kami tidak tahu bagaimana dan mengapa. Kami hanya memerhati. Tetapi ia berfungsi. Ini telah dibuktikan secara eksperimen. Berikut ialah formula, kebergantungan dan rekod eksperimen.”

Jadi apakah perbezaan antara komputer konvensional dan kuantum? Lagipun, komputer biasa juga menggunakan elektrik, dan elektrik adalah sekumpulan zarah yang sangat kecil - elektron?

Komputer kami berfungsi berdasarkan prinsip sama ada "Ya" atau "Tidak". Jika terdapat arus dalam wayar, ia adalah "Ya" atau "Satu". Sekiranya terdapat arus "Tidak" dalam wayar, maka ia adalah "Sifar". Pilihan nilai "1" dan "0" ialah unit storan maklumat yang dipanggil "Bit".. Satu bait ialah 8 bit dan seterusnya dan seterusnya...

Sekarang bayangkan pemproses anda, di mana terdapat 800 juta "wayar" sedemikian, pada setiap satunya "sifar" atau "satu" muncul dan hilang dalam sesaat. Dan anda boleh membayangkan secara mental bagaimana dia memproses maklumat. Anda sedang membaca teks itu sekarang, tetapi sebenarnya ia adalah koleksi sifar dan satu.

Dengan kekerasan dan pengiraan, komputer anda memproses permintaan anda dalam Yandex, mencari yang anda perlukan sehingga ia menyelesaikan masalah dan, melalui penyingkiran, sampai ke bahagian bawah yang anda perlukan. Memaparkan fon dan gambar pada monitor dalam bentuk yang boleh kita baca... Setakat ini, saya harap tiada yang rumit? Dan gambar itu juga sifar dan satu.

Sekarang, kawan-kawan, bayangkan sejenak model sistem suria kita. Matahari berada di tengah dan Bumi terbang mengelilinginya. Kita tahu bahawa pada masa tertentu ia sentiasa berada pada titik tertentu di angkasa, dan dalam satu saat ia akan terbang tiga puluh kilometer lebih jauh.

Jadi, model atom juga planet, di mana atom juga berputar mengelilingi nukleus. Tetapi telah TERBUKTI, kawan-kawan, oleh lelaki pintar berkaca mata, bahawa atom, tidak seperti Bumi, secara serentak dan sentiasa di semua tempat... Di mana-mana dan di mana-mana pada masa yang sama. Dan mereka memanggil fenomena indah ini "superposisi". Untuk mengenali fenomena fizik kuantum yang lain dengan lebih baik, saya cadangkan menonton filem sains popular yang membicarakan perkara yang rumit dalam bahasa mudah dan dalam bentuk yang agak asli.

Jom sambung. Dan kini bit "kita" digantikan dengan bit kuantum. Ia juga dipanggil "Qubit". Ia juga hanya mempunyai dua keadaan awal "sifar" dan "satu". Tetapi, kerana sifatnya adalah "kuantum", ia boleh SERENTAK mengambil semua nilai perantaraan yang mungkin. Dan pada masa yang sama berada dalam mereka. Kini anda tidak perlu mengira nilai secara berurutan, menyusunnya... atau mencari untuk masa yang lama dalam pangkalan data. Mereka sudah diketahui lebih awal, serta-merta. Pengiraan dijalankan secara selari.

Algoritma "kuantum" pertama untuk pengiraan matematik telah dicipta oleh ahli matematik Inggeris Peter Shore pada tahun 1997. Apabila dia menunjukkannya kepada dunia, semua kriptografi menjadi sangat tegang, kerana sifir sedia ada "dipecahkan" oleh algoritma ini dalam beberapa minit. Tetapi tidak ada komputer yang berfungsi menggunakan algoritma kuantum pada masa itu.

Sejak itu, di satu pihak, kerja telah dijalankan untuk mencipta sistem fizikal di mana bit kuantum akan berfungsi. Iaitu, "perkakasan". Sebaliknya, mereka sudah pun menyediakan perlindungan terhadap penggodaman kuantum dan penyahsulitan data.

Apa sekarang? Dan inilah rupa pemproses kuantum di bawah mikroskop 9-qubit daripada Google.

Adakah mereka benar-benar mengatasi kita? 9 qubit atau mengikut 15 bit "lama", ini belum begitu banyak lagi. Ditambah dengan kos yang tinggi, banyak masalah teknikal dan "seumur hidup" quanta yang singkat. Tetapi ingat bahawa pada mulanya terdapat pemproses 8-bit, kemudian pemproses 16-bit muncul... Perkara yang sama akan berlaku dengan ini...

Komputer kuantum di Rusia - mitos atau realiti?

Bagaimana pula dengan kita? Tetapi kami tidak dilahirkan di belakang dapur. Di sini saya menggali foto Cubit Rusia pertama di bawah mikroskop. Dia benar-benar seorang sahaja di sini.

Ia juga kelihatan seperti sejenis "gelung" di mana sesuatu sedang berlaku yang belum diketahui oleh kita. Sungguh menggembirakan untuk berfikir bahawa kita, dengan sokongan negeri, membangunkan mereka sendiri. Jadi perkembangan domestik bukan lagi mitos. Ini masa depan kita. Kita tengok nanti macam mana.

Berita terkini tentang komputer kuantum 51-qubit Rusia

Inilah berita untuk musim panas ini. Lelaki kami (penghormatan dan pujian kepada mereka!) telah membangunkan komputer kuantum (!) paling berkuasa di dunia (!) 51 qubit (!) i.e. Perkara yang paling menarik ialah sebelum ini Google mengumumkan komputer 49 qubitnya. Dan mereka menganggarkan mereka akan menyelesaikannya dalam masa sebulan atau lebih. Dan kami memutuskan untuk menunjukkan pemproses kuantum 51-qubit siap sedia... Bravo! Itulah perlumbaan yang sedang berlangsung. Sekurang-kurangnya kita boleh bersaing. Kerana satu kejayaan besar dalam sains dijangka apabila sistem ini berfungsi. Berikut adalah foto orang yang membentangkan perkembangan kami di forum antarabangsa "kuantum".

Nama saintis ini ialah Mikhail Lukin. Hari ini namanya menjadi tumpuan. Tidak mustahil untuk mencipta projek sedemikian sahaja, kami memahami perkara ini. Dia dan pasukannya mencipta komputer atau pemproses kuantum paling berkuasa di dunia hari ini (!). Inilah pendapat orang yang cekap tentang perkara ini:

« Komputer kuantum yang berfungsi jauh lebih dahsyat daripada bom atom,” kata Sergei Belousov, pengasas bersama Pusat Kuantum Rusia. - Dia (Mikhail Lukin) membuat sistem yang mempunyai qubit paling banyak. Untuk berjaga-jaga. Pada ketika ini, saya fikir ia adalah lebih daripada dua kali lebih banyak qubit daripada orang lain. Dan dia secara khusus membuat 51 qubit, bukan 49. Kerana Google terus mengatakan bahawa mereka akan membuat 49."

Bagaimanapun, Lukin sendiri dan ketua makmal kuantum Google, John Martinez, tidak menganggap diri mereka pesaing atau saingan. Para saintis yakin bahawa saingan utama mereka adalah alam semula jadi, dan matlamat utama mereka adalah pembangunan teknologi dan pelaksanaannya untuk memajukan umat manusia ke peringkat pembangunan baharu.

"Adalah salah untuk menganggap ini sebagai perlumbaan," kata John Martinez dengan betul. - Kami mempunyai bangsa sebenar dengan alam semula jadi. Sebab susah betul nak buat komputer kuantum. Dan ia hanya menarik bahawa seseorang berjaya mencipta sistem dengan begitu banyak qubit. Setakat ini, 22 qubit adalah maksimum yang boleh kami lakukan. Walaupun kami menggunakan semua sihir dan profesionalisme kami.”

Ya, ini semua sangat menarik. Jika kita ingat analogi, apabila transistor dicipta, tiada siapa yang tahu bahawa komputer akan berfungsi pada teknologi ini 70 tahun kemudian. Dalam pemproses moden sahaja, bilangan mereka mencapai 700 juta. Komputer pertama mempunyai berat banyak tan dan menduduki kawasan yang luas. Tetapi komputer peribadi masih muncul - lama kemudian...

Saya berpendapat bahawa buat masa ini kita tidak sepatutnya mengharapkan peranti kelas ini muncul di kedai kami dalam masa terdekat. Ramai yang menunggu mereka. Terutamanya pelombong mata wang kripto banyak berhujah tentang perkara ini. Para saintis memandangnya dengan penuh harapan, dan lelaki tentera memandangnya dengan penuh perhatian. Potensi pembangunan ini, seperti yang kita fahami, tidak sepenuhnya jelas.

Hanya jelas bahawa apabila semuanya mula berfungsi, ia akan mengheret seluruh industri intensif pengetahuan ke hadapan dengannya. Teknologi baharu, industri baharu, perisian baharu akan muncul secara beransur-ansur.. Masa akan menentukan. Jika hanya komputer kuantum kita sendiri, yang diberikan kepada kita semasa lahir, tidak mengecewakan orang - ini adalah kepala kita. Jadi, jangan tergesa-gesa membuang alat anda ke dalam tong sampah dahulu. Mereka akan berkhidmat untuk anda untuk masa yang lama. Tulis jika artikel itu menarik. Balik kerap. selamat tinggal!

Sains tidak berdiam diri dan, nampaknya, apa yang dianggap mistik semalam adalah hari ini realiti yang tidak dapat dinafikan. Jadi sekarang, mitos tentang dunia selari mungkin menjadi fakta biasa pada masa hadapan. Adalah dipercayai bahawa penyelidikan dalam bidang penciptaan komputer kuantum akan membantu mencapai kenyataan ini. Jepun mendahului; lebih daripada 70% daripada semua penyelidikan datang dari negara ini. Intipati penemuan ini lebih mudah difahami oleh mereka yang dalam satu cara atau yang lain berkaitan dengan fizik. Tetapi kebanyakan kita lulus dari sekolah menengah, di mana buku teks gred 11 merangkumi beberapa soalan fizik kuantum.

Di mana semuanya bermula

Mari kita ingat bahawa permulaannya diletakkan oleh dua penemuan utama, yang mana pengarang mereka dianugerahkan Hadiah Nobel. Pada tahun 1918, Max Planck menemui kuantum dan Albert Einstein pada tahun 1921 foton. Idea untuk mencipta komputer kuantum bermula pada tahun 1980, apabila kebenaran teori kuantum terbukti. Dan idea mula dipraktikkan hanya pada tahun 1998. Besar-besaran, dan pada masa yang sama agak berkesan, kerja telah dijalankan hanya dalam tempoh 10 tahun yang lalu.

Prinsip asasnya jelas, tetapi dengan setiap langkah ke hadapan semakin banyak masalah timbul, penyelesaiannya mengambil masa yang agak lama, walaupun banyak makmal di seluruh dunia sedang mengusahakan masalah ini. Keperluan untuk komputer sedemikian adalah sangat tinggi, kerana ketepatan pengukuran mestilah sangat tinggi dan bilangan pengaruh luaran mesti diminimumkan, yang setiap satunya akan memesongkan operasi sistem kuantum.

KENAPA ANDA PERLUKAN KOMPUTER KUANTUM?

Apakah yang dimaksudkan dengan komputer kuantum?

Setiap orang, pada tahap yang lebih besar atau lebih kecil, mempunyai idea tentang cara komputer biasa berfungsi. Maksudnya terletak pada penggunaan pengekodan binari, di mana kehadiran nilai voltan tertentu diambil sebagai 1, dan ketiadaan 0, dinyatakan sebagai 0 atau 1, dianggap sedikit. Operasi komputer kuantum dikaitkan dengan konsep putaran. Bagi mereka yang mengehadkan fizik kepada pengetahuan sekolah, mereka boleh mendakwa bahawa terdapat tiga zarah asas dan ia mempunyai ciri mudah seperti jisim dan cas.

Tetapi ahli fizik sentiasa menambah kelas zarah asas dan ciri-cirinya, salah satunya adalah putaran. Dan arah tertentu putaran zarah diambil sebagai 1, dan arah bertentangannya sebagai 0. Ini serupa dengan reka bentuk transistor. Elemen utama sudah pun dipanggil bit kuantum atau qubit. Ia boleh menjadi foton, atom, ion, dan nukleus atom.

Syarat utama di sini ialah kehadiran dua keadaan kuantum. Mengubah keadaan bit tertentu dalam komputer konvensional tidak membawa kepada perubahan pada orang lain, tetapi dalam komputer kuantum, menukar satu akan membawa kepada perubahan dalam keadaan zarah lain. Perubahan ini boleh dikawal, dan bayangkan terdapat beratus-ratus zarah sedemikian.

Bayangkan berapa kali produktiviti mesin sebegini akan meningkat. Tetapi penciptaan komputer baharu yang lengkap hanyalah hipotesis; ahli fizik mempunyai banyak kerja yang perlu dilakukan dalam bidang mekanik kuantum itu, yang dipanggil mekanik banyak zarah. Komputer kuantum mini pertama terdiri daripada 16 qubit. Baru-baru ini, komputer yang menggunakan 512 qubit telah dikeluarkan, tetapi ia sudah digunakan untuk meningkatkan kelajuan melakukan pengiraan yang rumit. Quipper ialah bahasa yang direka khusus untuk mesin tersebut.

Urutan operasi yang dilakukan

Dalam mencipta komputer generasi baharu, terdapat empat arah, yang berbeza kerana ia bertindak sebagai qubit logik:

1. arah putaran zarah yang membentuk asas atom;
2. kehadiran atau ketiadaan pasangan Cooper di lokasi tertentu di angkasa;
3. dalam keadaan apakah elektron terluar itu?
4. keadaan foton yang berbeza.

Sekarang mari kita lihat litar di mana komputer berfungsi. Sebagai permulaan, beberapa set qubit diambil dan parameter awalnya direkodkan. Transformasi dilakukan menggunakan operasi logik, dan nilai yang terhasil, yang merupakan hasil output oleh komputer, direkodkan. Wayar adalah qubit, dan transformasi terdiri daripada blok logik. Pemproses sedemikian telah dicadangkan oleh D. Deutsch, yang pada tahun 1995 dapat mencipta rantaian yang mampu melakukan sebarang pengiraan pada tahap kuantum. Tetapi sistem sedemikian menghasilkan ralat kecil, yang boleh dikurangkan sedikit dengan meningkatkan bilangan operasi yang terlibat dalam algoritma.

Bagaimanakah Komputer Kuantum Berfungsi?

Apa yang telah kita capai?

Setakat ini, hanya dua jenis komputer kuantum telah dibangunkan, tetapi sains tidak berdiam diri. Operasi kedua-dua mesin adalah berdasarkan fenomena kuantum:

1. dikaitkan dengan superkonduktiviti. Apabila ia dilanggar, kuantisasi diperhatikan;
2. berdasarkan sifat seperti koheren. Kelajuan pengiraan komputer tersebut adalah dua kali ganda berbanding bilangan qubit.

Jenis kedua yang dipertimbangkan dianggap sebagai keutamaan dalam bidang penciptaan komputer kuantum.

Pencapaian pelbagai negara.

Pendek kata, pencapaian 10 tahun lepas adalah ketara. Orang boleh perhatikan komputer dua qubit dengan perisian yang dicipta di Amerika. Mereka juga mampu menghasilkan komputer dua qubit dengan kristal berlian. Arah putaran zarah nitrogen dan komponennya: nukleus dan elektron digunakan sebagai qubit. Untuk memberikan perlindungan yang ketara, sistem yang sangat kompleks telah dibangunkan yang membolehkannya memberikan hasil dengan ketepatan 95%.

ICQT 2017. John Martinis, Google: Komputer Kuantum: Kehidupan Selepas Hukum Moore

Mengapa semua ini diperlukan?

Penciptaan komputer kuantum telah pun dibincangkan. Komputer ini bukan hasil daripada apa yang mereka perjuangkan, tetapi mereka menemui pembeli mereka. Syarikat pertahanan Amerika Lockheed Martin membayar $10 juta. Pemerolehan mereka mampu mencari ralat dalam program paling kompleks yang dipasang pada pesawat pejuang F-35. Google mahu melancarkan program pembelajaran mesin dengan pemerolehannya.

masa depan

Dalam pembangunan komputer kuantum Syarikat-syarikat besar dan negeri sangat berminat. Ia akan membawa kepada penemuan baharu dalam bidang pembangunan algoritma kriptografi. Masa akan menentukan sama ada ini akan memberi manfaat kepada negara atau penggodam. Tetapi kerja mencipta dan mengiktiraf kunci kripto akan dilakukan serta-merta. Banyak masalah yang berkaitan dengan kad bank akan diselesaikan.

Mesej akan dihantar pada kelajuan yang luar biasa dan tidak akan ada masalah untuk berkomunikasi dengan mana-mana titik di dunia, dan mungkin juga di luar.

Komputer sedemikian akan membantu melakukan ini, terutamanya dalam mentafsir kod genetik. Ini akan membawa kepada penyelesaian banyak masalah perubatan.

Dan, sudah tentu, ia akan membuka pintu ke tanah rahsia mistik dan dunia selari.

Kejutan hebat menanti kita. Semua yang kita biasa lakukan hanyalah sebahagian daripada dunia itu, yang telah pun diberi nama Quantum Reality. Mereka akan membantu anda melampaui dunia material, yang merupakan prinsip operasi komputer kuantum.

Dalam beberapa dekad kebelakangan ini, komputer telah berkembang dengan sangat cepat. Malah, dalam ingatan satu generasi, mereka telah beralih daripada yang berasaskan lampu besar yang menduduki bilik besar kepada tablet kecil. Memori dan kelajuan meningkat dengan cepat. Tetapi saatnya tiba apabila tugas muncul yang berada di luar kawalan komputer moden yang sangat berkuasa.

Apakah komputer kuantum?

Kemunculan tugas baharu di luar kemampuan komputer konvensional memaksa kami mencari peluang baharu. Dan, sebagai alternatif kepada komputer konvensional, komputer kuantum muncul. Komputer kuantum ialah teknologi pengkomputeran berdasarkan unsur mekanik kuantum. Prinsip asas mekanik kuantum telah dirumuskan pada awal abad yang lalu. Penampilannya memungkinkan untuk menyelesaikan banyak masalah dalam fizik yang tidak dapat mencari penyelesaian dalam fizik klasik.

Walaupun teori kuantum sudah berada di abad kedua, ia masih boleh difahami hanya oleh kalangan pakar yang sempit. Tetapi terdapat juga hasil sebenar mekanik kuantum, yang kita sudah biasa - teknologi laser, tomografi. Dan pada penghujung abad yang lalu, teori pengkomputeran kuantum telah dibangunkan oleh ahli fizik Soviet Yu. Manin. Lima tahun kemudian, David Deutsch memperkenalkan idea mesin kuantum.

Adakah komputer kuantum wujud?

Tetapi pelaksanaan idea ternyata tidak begitu mudah. Dari semasa ke semasa, laporan muncul bahawa komputer kuantum lain telah dicipta. Gergasi dalam bidang teknologi maklumat sedang mengusahakan pembangunan teknologi komputer tersebut:

1. D-Wave ialah sebuah syarikat dari Kanada yang pertama menghasilkan komputer kuantum operasi. Namun begitu, terdapat perdebatan di kalangan pakar tentang betapa kuantum komputer ini sebenarnya dan apakah kelebihan yang mereka berikan.
2. IBM mencipta komputer kuantum, dan membuka akses kepadanya untuk pengguna Internet bereksperimen dengan algoritma kuantum. Menjelang 2025, syarikat itu merancang untuk mencipta model yang mampu menyelesaikan masalah praktikal.
3. Google telah mengumumkan keluaran tahun ini komputer yang mampu membuktikan keunggulan kuantum berbanding komputer konvensional.
4. Pada Mei 2017, saintis China di Shanghai mengumumkan bahawa mereka telah mencipta komputer kuantum paling berkuasa di dunia, melebihi analog dalam frekuensi pemprosesan isyarat sebanyak 24 kali.
5. Pada Julai 2017, di Persidangan Moscow mengenai Teknologi Kuantum, diumumkan bahawa komputer kuantum 51-qubit telah dicipta.

Bagaimanakah komputer kuantum berbeza daripada komputer konvensional?

Perbezaan asas antara komputer kuantum ialah pendekatannya terhadap proses pengiraan.

1. Dalam pemproses konvensional, semua pengiraan adalah berdasarkan bit yang mempunyai dua keadaan, 1 atau 0. Iaitu, semua kerja dilakukan untuk menganalisis sejumlah besar data untuk menentukan sama ada ia memenuhi syarat yang ditentukan. Komputer kuantum adalah berdasarkan qubit (bit kuantum). Ciri mereka ialah keupayaan untuk berada dalam keadaan 1, 0, dan juga 1 dan 0 pada masa yang sama.
2. Keupayaan komputer kuantum meningkat dengan ketara, kerana tidak perlu mencari jawapan yang dikehendaki di kalangan ramai. Dalam kes ini, jawapan dipilih daripada pilihan yang sedia ada dengan kebarangkalian tertentu padanan.

Apakah kegunaan komputer kuantum?

Prinsip komputer kuantum, dibina berdasarkan memilih penyelesaian dengan tahap kebarangkalian yang mencukupi dan keupayaan untuk mencari penyelesaian sedemikian berkali-kali lebih cepat daripada komputer moden, menentukan tujuan penggunaannya. Pertama sekali, kemunculan teknologi pengkomputeran jenis ini membimbangkan ahli kriptografi. Ini disebabkan oleh keupayaan komputer kuantum untuk mengira kata laluan dengan mudah. Oleh itu, komputer kuantum paling berkuasa yang dicipta oleh saintis Rusia-Amerika mampu mendapatkan kunci kepada sistem penyulitan sedia ada.

Terdapat juga masalah gunaan yang lebih berguna untuk komputer kuantum, ia berkaitan dengan tingkah laku zarah asas, genetik, penjagaan kesihatan, pasaran kewangan, melindungi rangkaian daripada virus, kecerdasan buatan dan banyak lagi yang masih belum dapat diselesaikan oleh komputer konvensional.

Bagaimanakah komputer kuantum berfungsi?

Reka bentuk komputer kuantum adalah berdasarkan penggunaan qubit. Yang berikut kini digunakan sebagai pelaksanaan fizikal qubit:

• cincin yang diperbuat daripada superkonduktor dengan pelompat, dengan arus pelbagai arah;
• atom individu terdedah kepada pancaran laser;
• ion;
• foton;
• Pilihan untuk menggunakan nanohablur semikonduktor sedang dibangunkan.

Komputer kuantum - prinsip operasi

Sekiranya terdapat kepastian bagaimana komputer klasik berfungsi, maka persoalan bagaimana komputer kuantum berfungsi tidak mudah untuk dijawab. Perihalan pengendalian komputer kuantum adalah berdasarkan dua frasa yang tidak jelas kepada kebanyakan:

• prinsip superposisi– kita bercakap tentang qubit yang boleh serentak dalam kedudukan 1 dan 0. Ini membolehkan anda menjalankan beberapa pengiraan pada masa yang sama, bukannya menyusun pilihan, yang memberikan keuntungan besar dalam masa;
• keterikatan kuantum- fenomena yang diperhatikan oleh A. Einstein, yang terdiri daripada perkaitan dua zarah. Dengan kata mudah, jika salah satu zarah mempunyai heliks positif, maka kedua serta-merta mengambil heliks positif. Hubungan ini berlaku tanpa mengira jarak.

Siapakah yang mencipta komputer kuantum?

Asas mekanik kuantum telah digariskan pada awal abad yang lalu sebagai hipotesis. Perkembangannya dikaitkan dengan ahli fizik yang cemerlang seperti Max Planck, A. Einstein, Paul Dirac. Pada tahun 1980, Yu. Antonov mencadangkan idea kemungkinan pengkomputeran kuantum. Setahun kemudian, Richard Feineman secara teorinya memodelkan komputer kuantum pertama.

Kini penciptaan komputer kuantum sedang dalam peringkat pembangunan malah sukar untuk membayangkan kemampuan komputer kuantum. Tetapi jelas sekali bahawa menguasai hala tuju ini akan membawa orang ramai penemuan baru dalam semua bidang sains, akan membolehkan mereka melihat ke dalam dunia mikro dan makro, dan mempelajari lebih lanjut tentang sifat minda dan genetik.