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. Mengenai pembangunan sedemikian Teknologi komputer Terdapat gergasi dalam bidang teknologi maklumat:

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 untuk sistem sedia ada penyulitan.

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. Bercakap dalam kata mudah, jika salah satu zarah mempunyai heliks positif, maka yang kedua serta-merta mengambil yang 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.

Dunia berada di ambang revolusi kuantum yang lain. Komputer kuantum pertama akan segera menyelesaikan masalah yang paling berkuasa peranti moden kini menghabiskan masa bertahun-tahun. Apakah tugas-tugas ini? Siapa yang mendapat manfaat dan siapa yang terancam oleh penggunaan besar-besaran algoritma kuantum? Apakah superposisi qubit, bagaimana orang belajar untuk mencari penyelesaian optimum tanpa melalui bertrilion pilihan? Kami menjawab soalan ini di bawah tajuk "Sekadar tentang kompleks."

Sebelum teori kuantum, teori klasik telah digunakan radiasi elektromagnetik. Pada tahun 1900, saintis Jerman Max Planck, yang sendiri tidak percaya pada quanta dan menganggapnya sebagai rekaan dan pembinaan teori semata-mata, terpaksa mengakui bahawa tenaga badan yang dipanaskan dipancarkan dalam bahagian - quanta; Oleh itu, andaian teori itu bertepatan dengan pemerhatian eksperimen. Dan lima tahun kemudian, Albert Einstein yang hebat menggunakan pendekatan yang sama apabila menerangkan kesan fotoelektrik: apabila disinari dengan cahaya, arus elektrik timbul dalam logam! Tidak mungkin Planck dan Einstein dapat membayangkan bahawa dengan kerja mereka, mereka meletakkan asas sains baru - mekanik kuantum, yang akan ditakdirkan untuk mengubah dunia kita di luar pengiktirafan, dan bahawa pada abad ke-21 saintis akan hampir mencipta komputer kuantum.

Pada mulanya, mekanik kuantum memungkinkan untuk menerangkan struktur atom dan membantu memahami proses yang berlaku di dalamnya. Pada umumnya, impian lama ahli alkimia untuk mengubah atom beberapa unsur menjadi atom lain (ya, malah menjadi emas) telah menjadi kenyataan. Dan formula terkenal Einstein E=mc2 membawa kepada kemunculan tenaga nuklear dan, sebagai akibatnya, bom atom.

Pemproses kuantum lima qubit daripada IBM

Lebih lanjut lagi. Terima kasih kepada kerja Einstein dan ahli fizik Inggeris Paul Dirac, laser dicipta pada separuh kedua abad ke-20 - juga sumber kuantum cahaya ultra-tulen yang dikumpulkan ke dalam pancaran sempit. Penyelidikan laser telah membawa Hadiah Nobel kepada lebih daripada sedozen saintis, dan laser sendiri telah menemui aplikasinya dalam hampir semua bidang aktiviti manusia - daripada pemotong industri dan senjata laser kepada pengimbas kod bar dan pembetulan penglihatan. Pada masa yang sama, penyelidikan aktif sedang dijalankan mengenai semikonduktor - bahan yang boleh mengawal alirannya dengan mudah arus elektrik. Atas dasar mereka, transistor pertama dicipta - mereka kemudian menjadi elemen bangunan utama elektronik moden, tanpanya kita tidak dapat membayangkan hidup kita lagi.

Perkembangan komputer elektronik - komputer - telah memungkinkan untuk menyelesaikan banyak masalah dengan cepat dan cekap. A penurunan secara beransur-ansur saiz dan kosnya (disebabkan oleh pengeluaran besar-besaran) membuka jalan bagi komputer ke setiap rumah. Dengan kemunculan Internet, pergantungan kita kepada sistem komputer, termasuk untuk komunikasi, telah menjadi lebih kuat.

Richard Feynman

Kebergantungan semakin meningkat, kuasa pengkomputeran sentiasa berkembang, tetapi masanya telah tiba untuk mengakui bahawa, walaupun keupayaan mereka yang mengagumkan, komputer tidak dapat menyelesaikan semua masalah yang kami sedia untuk meletakkan sebelum mereka. Ahli fizik terkenal Richard Feynman adalah salah seorang yang pertama bercakap tentang ini: pada tahun 1981, pada persidangan, beliau menyatakan bahawa pada komputer biasa pada asasnya mustahil untuk mengira dengan tepat sistem fizikal. Ini semua tentang sifat kuantumnya! Kesan skala mikro mudah dijelaskan oleh mekanik kuantum dan sangat kurang dijelaskan oleh mekanik klasik yang biasa kita gunakan: ia menerangkan tingkah laku objek besar. Pada masa itu, sebagai alternatif, Feynman mencadangkan penggunaan untuk pengiraan sistem fizikal komputer kuantum.

Apakah komputer kuantum dan bagaimana ia berbeza daripada komputer yang biasa kita gunakan? Ini semua tentang cara kami menyampaikan maklumat.

Jika dalam komputer konvensional bit - sifar dan satu - bertanggungjawab untuk fungsi ini, maka dalam komputer kuantum ia digantikan dengan bit kuantum (disingkatkan sebagai qubit). Qubit itu sendiri adalah perkara yang agak mudah. Ia masih mempunyai dua nilai asas (atau keadaan, seperti yang dikatakan mekanik kuantum) yang boleh diambil alih: 0 dan 1. Walau bagaimanapun, terima kasih kepada sifat objek kuantum yang dipanggil "superposisi," qubit boleh mengambil semua nilai itu adalah gabungan yang asas. Selain itu, sifat kuantumnya membolehkan ia berada di semua negeri ini pada masa yang sama.

Ini adalah keselarian pengkomputeran kuantum dengan qubit. Semuanya berlaku serentak - tidak perlu lagi melalui semua kemungkinan varian keadaan sistem, dan inilah yang dilakukannya komputer biasa. Dicari oleh pangkalan data yang besar data, penyusunan laluan optimum, pembangunan ubat baharu hanyalah beberapa contoh masalah yang penyelesaiannya boleh dipercepatkan berkali-kali ganda oleh algoritma kuantum. Ini adalah tugas-tugas di mana untuk mencari jawapan yang betul yang anda perlukan untuk melalui sejumlah besar pilihan.

Di samping itu, untuk menerangkan keadaan sistem yang tepat, kuasa pengkomputeran yang besar dan jumlah RAM tidak lagi diperlukan, kerana untuk mengira sistem 100 zarah, 100 qubit sudah cukup, dan bukan trilion trilion bit. Selain itu, apabila bilangan zarah bertambah (seperti dalam sistem kompleks sebenar), perbezaan ini menjadi lebih ketara.

Salah satu masalah penghitungan menonjol kerana tidak bergunanya - menguraikan sejumlah besar menjadi faktor utama (iaitu, hanya boleh dibahagikan oleh mereka sendiri dan satu). Ini dipanggil "pemfaktoran". Hakikatnya ialah komputer biasa boleh mendarab nombor dengan agak cepat, malah yang sangat besar. Walau bagaimanapun, dengan masalah songsang penguraian nombor besar, terhasil daripada pendaraban dua nombor perdana, komputer konvensional menghadapi sangat teruk dengan pengganda asal. Sebagai contoh, untuk memfaktorkan sejumlah 256 digit kepada dua faktor, komputer yang paling berkuasa pun memerlukan lebih daripada sedozen tahun. Tetapi algoritma kuantum yang boleh menyelesaikan masalah ini dalam beberapa minit telah dicipta pada tahun 1997 oleh ahli matematik Inggeris Peter Shor.

Dengan kemunculan algoritma Shor, komuniti saintifik menghadapi masalah serius. Kembali pada akhir 1970-an, berdasarkan kerumitan masalah pemfaktoran, saintis kriptografi mencipta algoritma penyulitan data yang telah meluas. Khususnya, dengan bantuan algoritma ini mereka mula melindungi data di Internet - kata laluan, surat-menyurat peribadi, perbankan dan transaksi kewangan. Dan selepas bertahun-tahun berjaya digunakan, tiba-tiba ternyata maklumat yang disulitkan dengan cara ini menjadi sasaran mudah untuk algoritma Shor yang dijalankan pada komputer kuantum. Penyahsulitan dengan bantuannya menjadi beberapa minit. Satu perkara yang baik: komputer kuantum di mana algoritma maut boleh dijalankan belum lagi dicipta.

Sementara itu, di seluruh dunia, berpuluh-puluh kumpulan saintifik dan makmal mula terlibat dalam kajian eksperimen qubit dan kemungkinan mencipta komputer kuantum daripada mereka. Lagipun, ia adalah satu perkara untuk mencipta qubit secara teori, dan agak lain untuk membawanya menjadi realiti. Untuk melakukan ini, adalah perlu untuk mencari sistem fizikal yang sesuai dengan dua tahap kuantum yang boleh digunakan sebagai keadaan asas qubit - sifar dan satu. Feynman sendiri, dalam artikel perintisnya, mencadangkan penggunaan untuk tujuan ini dipintal sisi yang berbeza foton, tetapi qubit pertama yang dibuat secara eksperimen adalah ion yang ditangkap dalam perangkap khas pada tahun 1995. Ion diikuti oleh banyak pelaksanaan fizikal lain: nukleus atom, elektron, foton, kecacatan dalam kristal, litar superkonduktor - semuanya memenuhi keperluan.

Kepelbagaian ini mempunyai kelebihannya. Didorong oleh persaingan yang sengit, pelbagai kumpulan saintifik mencipta lebih banyak qubit yang sempurna dan membina lebih banyak daripada mereka. litar kompleks. Terdapat dua parameter persaingan utama untuk qubit: hayatnya dan bilangan qubit yang boleh dibuat untuk berfungsi bersama.

Pekerja Makmal Sistem Kuantum Buatan

Jangka hayat qubit menentukan berapa lama mereka disimpan rapuh keadaan kuantum. Ini, seterusnya, menentukan berapa banyak operasi pengiraan boleh dilakukan pada qubit sebelum ia "mati."

Untuk kerja yang cekap algoritma kuantum memerlukan bukan hanya satu qubit, tetapi sekurang-kurangnya seratus, dan bekerjasama. Masalahnya ialah qubit tidak begitu suka berada di sebelah satu sama lain dan memprotes dengan mengurangkan jangka hayat mereka secara mendadak. Untuk mengatasi ketidakserasian qubit ini, saintis terpaksa menggunakan pelbagai helah. Namun, setakat ini, saintis telah berjaya mendapatkan maksimum satu atau dua dozen qubit untuk bekerjasama.

Oleh itu, untuk menggembirakan ahli kriptografi, komputer kuantum masih menjadi perkara masa depan. Walaupun ia tidak begitu jauh seperti yang pernah dilihat, kerana kedua-dua syarikat terbesar seperti Intel, IBM dan Google, serta negeri-negeri individu, yang mana penciptaan komputer kuantum adalah perkara yang mempunyai kepentingan strategik, adalah terlibat secara aktif dalam penciptaannya.

Jangan ketinggalan kuliah:

Anda semua sudah terbiasa dengan komputer kami: pada waktu pagi kami membaca berita dari telefon pintar, pada sebelah petang kami bekerja dengan komputer riba, dan pada waktu petang kami menonton filem pada tablet. Semua peranti ini mempunyai satu persamaan - pemproses silikon yang terdiri daripada berbilion transistor. Prinsip operasi transistor sedemikian agak mudah - bergantung pada voltan yang dibekalkan, kita mendapat voltan yang berbeza pada output, yang ditafsirkan sama ada sebagai logik 0 atau logik 1. Untuk menjalankan operasi pembahagian, terdapat perubahan sedikit - jika kita, sebagai contoh, adalah nombor 1101, maka selepas mengalihkannya sebanyak 1 bit ke kiri ia akan menjadi 01101, dan jika sekarang kita mengalihkannya sebanyak 1 bit ke kanan ia akan menjadi 01110. Dan masalah utama terletak pada fakta bahawa untuk bahagian yang sama beberapa dozen operasi sedemikian mungkin diperlukan. Ya, memandangkan fakta bahawa terdapat berbilion-bilion transistor, operasi sedemikian mengambil masa nanosaat, tetapi jika terdapat banyak operasi, kita kehilangan masa untuk pengiraan ini.

Bagaimana komputer kuantum berfungsi

Komputer kuantum menawarkan cara pengkomputeran yang sama sekali berbeza. Mari kita mulakan dengan definisi:

Komputer kuantum -peranti pengkomputeran, yang menggunakan fenomenasuperposisi kuantumDanketerikatan kuantumuntuk penghantaran dan pemprosesan data.

Ia jelas tidak menjadi lebih jelas. Superposisi kuantum memberitahu kita bahawa sistem, dengan beberapa darjah kebarangkalian, wujud dalam semua keadaan yang mungkin untuknya (jumlah semua kebarangkalian, sudah tentu, adalah sama dengan 100% atau 1). Mari kita lihat ini dengan contoh. Maklumat dalam komputer kuantum disimpan dalam qubit - manakala bit biasa boleh mempunyai keadaan 0 atau 1, maka qubit boleh mempunyai keadaan 0, 1, dan 0 dan 1 pada masa yang sama. Oleh itu, jika kita mempunyai 3 qubit, contohnya 110, maka ungkapan ini dalam bit adalah bersamaan dengan 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111.

Apa yang diberikan ini kepada kita? Ya semua! Sebagai contoh, kami mempunyai kata laluan digital 4 aksara. Bagaimanakah pemproses biasa akan menggodamnya? Dengan hanya mencari dari 0000 hingga 9999. 9999 dalam sistem binari mempunyai bentuk 10011100001111, iaitu, kita memerlukan 14 bit untuk menulisnya. Oleh itu, jika kita mempunyai PC kuantum dengan 14 qubit, kita sudah tahu kata laluannya: lagipun, salah satu kemungkinan keadaan sistem sedemikian ialah kata laluan! Akibatnya, semua masalah yang walaupun superkomputer kini mengambil masa beberapa hari untuk mengira akan diselesaikan serta-merta menggunakan sistem kuantum: adakah anda perlu mencari bahan dengan sifat tertentu? Tiada masalah, buat sistem dengan bilangan qubit yang sama dengan keperluan anda untuk jirim - dan jawapannya sudah ada di dalam poket anda. Kita perlu mencipta AI ( kecerdasan buatan? Ia tidak boleh menjadi lebih mudah: sementara PC biasa akan mencuba semua kombinasi, komputer kuantum akan berfungsi dengan kelajuan kilat, memilih jawapan yang terbaik.


Nampaknya semuanya hebat, tetapi ada satu masalah penting- Bagaimanakah kita mengetahui hasil pengiraan? Dengan PC biasa, semuanya mudah - kita boleh mengambilnya dan membacanya dengan menyambung terus ke pemproses: logik 0 dan 1 pasti ditafsirkan di sana sebagai ketiadaan dan kehadiran caj. Tetapi ini tidak akan berfungsi dengan qubit - lagipun, pada setiap saat ia berada dalam keadaan sewenang-wenangnya. Dan di sinilah keterikatan kuantum datang untuk membantu kami. Intipatinya terletak pada hakikat bahawa anda boleh mendapatkan sepasang zarah yang bersambung antara satu sama lain (dalam istilah saintifik - jika, sebagai contoh, unjuran putaran satu zarah terjerat adalah negatif, maka yang lain pasti akan positif). Apakah rupa pada jari anda? Katakan kita mempunyai dua kotak setiap satu mengandungi sekeping kertas. Kami membawa kotak ke mana-mana jarak, buka salah satu daripadanya dan lihat bahawa sekeping kertas di dalamnya berjalur mendatar. Ini secara automatik bermakna bahawa sekeping kertas yang lain akan masuk jalur menegak. Tetapi masalahnya ialah sebaik sahaja kita mengetahui keadaan sehelai kertas (atau zarah), sistem kuantum runtuh - ketidakpastian hilang, qubit bertukar menjadi bit biasa.

Oleh itu, pengiraan pada komputer kuantum pada asasnya adalah sekali: kami mencipta sistem yang terdiri daripada zarah terjerat (kita tahu di mana "separuh" mereka yang lain berada). Kami menjalankan pengiraan, dan selepas itu kami "membuka kotak dengan sekeping kertas" - kami mengetahui keadaan zarah yang terjerat, dan oleh itu keadaan zarah dalam komputer kuantum, dan oleh itu hasil pengiraan. Jadi untuk pengiraan baru, anda perlu membuat qubit sekali lagi - hanya "menutup kotak dengan sekeping kertas" tidak akan berfungsi - lagipun, kita sudah tahu apa yang dilukis pada sekeping kertas.

Persoalannya timbul - kerana komputer kuantum boleh meneka dengan serta-merta sebarang kata laluan - bagaimana untuk melindungi maklumat? Adakah privasi akan hilang dengan kemunculan peranti sedemikian? Sudah tentu tidak. Penyulitan kuantum yang dipanggil datang untuk menyelamatkan: ia berdasarkan fakta bahawa apabila anda cuba "membaca" keadaan kuantum, ia dimusnahkan, yang menjadikan sebarang penggodaman mustahil.

Komputer kuantum rumah

Nah, soalan terakhir - memandangkan komputer kuantum sangat keren, berkuasa dan tidak boleh digodam - mengapa kita tidak menggunakannya? Masalahnya adalah remeh - kemustahilan untuk melaksanakan sistem kuantum dalam keadaan rumah biasa. Agar qubit wujud dalam keadaan superposisi selama-lamanya, keadaan yang sangat spesifik diperlukan: vakum lengkap (ketiadaan zarah lain), suhu sehampir mungkin kepada sifar Kelvin (untuk superkonduktiviti), dan ketiadaan sinaran elektromagnet sepenuhnya. (untuk tiada pengaruh pada sistem kuantum). Setuju, sukar untuk mewujudkan keadaan sedemikian di rumah, untuk meletakkannya secara sederhana, tetapi sisihan yang sedikit akan membawa kepada fakta bahawa keadaan superposisi akan hilang dan hasil pengiraan akan menjadi tidak betul. Masalah kedua ialah mendapatkan qubit untuk berinteraksi antara satu sama lain - apabila berinteraksi, hayat mereka berkurangan secara besar-besaran. Akibatnya, maksimum untuk hari ini ialah komputer kuantum dengan beberapa puluh qubit.

Walau bagaimanapun, terdapat komputer kuantum dari D-Wave yang mempunyai 1000 qubit, tetapi, secara amnya, mereka bukan komputer kuantum sebenar, kerana mereka tidak menggunakan prinsip keterikatan kuantum, jadi mereka tidak boleh berfungsi mengikut algoritma kuantum klasik:


Namun begitu, peranti sedemikian ternyata jauh (beribu kali) lebih berkuasa daripada PC konvensional, yang boleh dianggap sebagai satu kejayaan. Walau bagaimanapun, mereka tidak akan menggantikan peranti pengguna dalam masa terdekat - mula-mula kita perlu sama ada belajar untuk mencipta keadaan untuk pengendalian peranti sedemikian di rumah, atau, sebaliknya, "membuat" peranti sedemikian berfungsi dalam keadaan yang kita biasa. Langkah ke arah kedua telah pun diambil - pada tahun 2013, komputer kuantum dua qubit pertama dicipta pada berlian kekotoran, beroperasi di suhu bilik. Walau bagaimanapun, malangnya, ini hanya prototaip, dan 2 qubit tidak mencukupi untuk pengiraan. Jadi penantian untuk PC kuantum masih sangat lama.

29 Januari 2017

Bagi saya, frasa "komputer kuantum" adalah setanding, sebagai contoh, dengan "enjin foton", iaitu, ia adalah sesuatu yang sangat kompleks dan hebat. Walau bagaimanapun, saya membaca dalam berita sekarang: "komputer kuantum sedang dijual kepada sesiapa sahaja yang menginginkannya." Sungguh pelik, adakah mereka kini bermaksud sesuatu yang lain dengan ungkapan ini, atau adakah ia hanya palsu?

Mari kita lihat lebih dekat...

BAGAIMANA SEMUANYA BERMULA?

Sehingga pertengahan 1990-an, teori komputer kuantum dan pengkomputeran kuantum ditubuhkan sebagai kawasan baru Sains. 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 (CH4). Ini dijelaskan oleh fakta bahawa untuk penerangan lengkap 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 telaga berpotensi, dan terdapat superkomputer dengan Ram, bilangan bit yang sama dengan bilangan atom di kawasan yang boleh dilihat di Alam Semesta (!). 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 kuantum peranti pengkomputeran. 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 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.

Asas algoritma Shor: keupayaan qubit untuk menyimpan berbilang nilai secara serentak)

Tapi masih untuk masa yang lama 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 Shor di Lucent Technologies L. Grover mencadangkan algoritma kuantum pencarian pantas dalam pangkalan data yang tidak teratur. (Contoh pangkalan data sedemikian ialah buku telefon di mana nama pelanggan disusun bukan mengikut abjad, tetapi dengan cara sewenang-wenangnya.) Tugas mencari, memilih elemen optimum di antara banyak pilihan sangat sering ditemui dalam ekonomi, ketenteraan, masalah kejuruteraan, 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.

Untuk meletakkannya dalam kata-kata mudah: " sistem kuantum menghasilkan keputusan yang betul hanya dengan beberapa kebarangkalian. Dengan kata lain, jika anda mengira 2+2, maka 4 hanya akan keluar pada tahap ketepatan tertentu. Anda tidak akan mendapat tepat 4. Logik pemprosesnya tidak sama sekali dengan pemproses yang biasa kita gunakan.

Terdapat kaedah untuk mengira keputusan dengan ketepatan yang telah ditetapkan, secara semula jadi dengan peningkatan masa komputer.
Ciri ini menentukan senarai tugasan. Dan ciri ini tidak diiklankan, dan orang ramai mendapat tanggapan bahawa komputer kuantum adalah sama seperti PC biasa (sama 0 dan 1), hanya pantas dan mahal. Ini pada asasnya tidak benar.

Ya, dan satu perkara lagi - untuk komputer kuantum dan pengkomputeran kuantum secara umum, terutamanya untuk menggunakan "kuasa dan kelajuan" pengkomputeran kuantum, algoritma dan model khas yang dibangunkan khusus untuk pengkomputeran kuantum khusus diperlukan. Oleh itu, kesukaran menggunakan komputer kuantum bukan sahaja terletak pada ketersediaan perkakasan, tetapi juga dalam pembangunan kaedah pengiraan yang baru, sehingga kini tidak digunakan. "

Sekarang mari kita kembali ke pelaksanaan praktikal komputer kuantum: pemproses D-Wave 512-qubit komersial telah wujud sejak sekian lama malah dijual!!!

Sekarang, nampaknya ini adalah satu kejayaan sebenar!!! Dan sekumpulan saintis yang bereputasi dalam jurnal Physical Review yang sama terkenal dengan meyakinkan membuktikan bahawa kesan keterjeratan kuantum sememangnya telah ditemui dalam D-Wave.

Masing-masing, peranti ini mempunyai hak untuk dipanggil komputer kuantum sebenar, dari segi seni bina ia membenarkan sepenuhnya peningkatan dalam bilangan qubit, dan, oleh itu, mempunyai prospek yang indah untuk masa depan... (T. Lanting et al. Entanglement in a Quantum Annealing Pemproses. SEMAKAN FIZIKAL X 4, 021041 (2014 ) (http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevX.4.021041))

Benar, tidak lama kemudian, satu lagi kumpulan saintis terkemuka dalam jurnal Science yang tidak kurang terkenal, yang mempelajari pengiraan yang sama Sistem D-Wave, menilainya secara praktikal semata-mata: sejauh mana peranti ini melaksanakan fungsi pengkomputerannya. Dan kumpulan saintis ini, sama teliti dan meyakinkan seperti yang pertama, menunjukkan bahawa dalam ujian pengesahan sebenar yang sesuai secara optimum untuk reka bentuk ini, komputer kuantum D-Wave tidak memberikan sebarang peningkatan kelajuan berbanding komputer klasik konvensional. (T.F. Ronnow, M. Troyer et al. Mentakrif dan mengesan kelajuan kuantum. SAINS, Jun 2014 Jld 344 #6190 (http://dx.doi.org/10.1126/science.1252319))

Malah, tiada tugas untuk "mesin masa depan" yang mahal tetapi khusus di mana ia boleh menunjukkan keunggulan kuantumnya. Dalam erti kata lain, maksud usaha yang sangat mahal untuk mencipta peranti sedemikian sangat diragui...
Hasilnya adalah seperti berikut: kini dalam komuniti saintifik tidak ada lagi keraguan bahawa dalam pemproses komputer D-Wave operasi unsur-unsur sebenarnya berlaku berdasarkan kesan kuantum sebenar antara qubit.

Tetapi (dan ini adalah TETAPI yang sangat serius) Ciri-ciri utama dalam reka bentuk pemproses D-Wave adalah sedemikian rupa sehingga semasa operasi sebenar semua fizik kuantum tidak memberikan apa-apa faedah berbanding biasa komputer berkuasa, mempunyai perisian khas yang disesuaikan untuk menyelesaikan masalah pengoptimuman.

Ringkasnya, bukan sahaja saintis yang menguji D-Wave setakat ini tidak dapat melihat satu masalah dunia sebenar di mana komputer kuantum boleh menunjukkan keunggulan pengiraannya dengan meyakinkan, malah syarikat pembuatan itu sendiri tidak tahu apa masalah itu. ..

Ini semua tentang ciri reka bentuk pemproses D-Wave 512-qubit, yang dipasang daripada kumpulan 8 qubit. Pada masa yang sama, dalam kumpulan 8 qubit ini, mereka semua berkomunikasi secara langsung antara satu sama lain, tetapi antara kumpulan ini sambungannya sangat lemah (idealnya, SEMUA qubit pemproses harus berkomunikasi secara langsung antara satu sama lain). Ini, sudah tentu, SANGAT ketara mengurangkan kerumitan membina pemproses kuantum... TETAPI, ini menimbulkan banyak masalah lain yang akhirnya mengakibatkan peralatan kriogenik, yang sangat mahal untuk dikendalikan, menyejukkan litar kepada ultra-rendah suhu.

Jadi apa yang mereka tawarkan kepada kita sekarang?

Syarikat Kanada D-Wave mengumumkan permulaan jualan komputer kuantum D-Wave 2000Q, yang diumumkan pada September tahun lepas. Mematuhi analog kita sendiri undang-undang Moore, mengikut mana bilangan transistor setiap litar bersepadu berganda setiap dua tahun, D-Wave meletakkan 2,048 qubit pada QPU (unit pemprosesan kuantum). Dinamik pertumbuhan bilangan qubit pada CPU untuk tahun lepas kelihatan seperti itu:

2007 — 28
…
— 2013 — 512
— 2014 — 1024
— 2016 — 2048.

Selain itu, tidak seperti pemproses tradisional, CPU dan GPU, penggandaan qubit tidak disertai dengan 2 kali ganda, tetapi dengan peningkatan 1000 kali ganda dalam prestasi. Berbanding dengan komputer dengan seni bina tradisional dan konfigurasi CPU teras tunggal dan GPU 2500 teras, perbezaan prestasi adalah dari 1,000 hingga 10,000 kali. Semua nombor ini sememangnya mengagumkan, tetapi terdapat beberapa "tetapi".

Pertama, D-Wave 2000Q sangat mahal - $15 juta. Ia adalah peranti yang agak besar dan kompleks. Otaknya ialah CPU yang diperbuat daripada logam bukan ferus yang dipanggil niobium, yang sifat superkonduktornya (diperlukan untuk komputer kuantum) berlaku dalam vakum pada suhu hampir sifar mutlak di bawah 15 millikelvin (iaitu 180 kali lebih rendah daripada suhu di angkasa lepas).

Mengekalkan suhu yang sangat rendah memerlukan banyak tenaga, 25 kW. Namun, menurut pengilang, ini adalah 100 kali lebih rendah daripada superkomputer tradisional berprestasi setara. Jadi prestasi D-Wave 2000Q per watt penggunaan kuasa adalah 100 kali lebih tinggi. Jika syarikat berjaya untuk terus mengikuti "Undang-undang Moore", maka dalam komputer masa depan perbezaan ini akan berkembang dengan pesat, sambil mengekalkan penggunaan kuasa pada tahap semasa.

Pertama, komputer kuantum mempunyai tujuan yang sangat khusus. Dalam kes D-Wave 2000Q kita bercakap tentang tentang apa yang dipanggil komputer adiabatik dan menyelesaikan masalah normalisasi kuantum. Mereka timbul khususnya dalam bidang berikut:

Pembelajaran mesin:

Mengesan Anomali Statistik
— mencari model termampat
— pengecaman imej dan corak
- latihan rangkaian saraf
- pengesahan dan kelulusan perisian
— klasifikasi data tanpa struktur
— diagnostik ralat dalam litar

Keselamatan dan perancangan

Pengesanan virus dan penggodaman rangkaian
— pengagihan sumber dan mencari laluan optimum
- penentuan keahlian dalam satu set
— analisis sifat carta
— pemfaktoran integer (digunakan dalam kriptografi)

Pemodelan kewangan

Mengesan ketidakstabilan pasaran
- pembangunan strategi perdagangan
— pengoptimuman trajektori dagangan
— pengoptimuman harga aset dan lindung nilai
- pengoptimuman portfolio

Penjagaan kesihatan dan perubatan

Pengesanan penipuan (mungkin berkaitan dengan insurans kesihatan)
— penjanaan terapi dadah yang disasarkan (“sasaran molekul”).
— pengoptimuman rawatan [kanser] menggunakan radioterapi
- penciptaan model protein.

Pembeli pertama D-Wave 2000Q ialah TDS (Temporal Defence Systems), sebuah syarikat yang terlibat dalam bidang keselamatan siber. Secara umum, produk D-Wave digunakan oleh syarikat dan institusi seperti Lockheed Martin, Google, Pusat Penyelidikan NASA Ames, Universiti California Selatan dan Makmal Kebangsaan Los Alamos Jabatan Tenaga AS.

Oleh itu, kita bercakap tentang yang jarang berlaku (D-Wave ialah satu-satunya syarikat di dunia yang menghasilkan sampel komersial komputer kuantum) dan teknologi mahal dengan aplikasi yang agak sempit dan khusus. Tetapi kadar pertumbuhan produktivitinya adalah menakjubkan, dan jika dinamik ini berterusan, maka terima kasih kepada komputer adiabatik D-Wave (yang mungkin disertai oleh syarikat lain dari masa ke masa), kita boleh menjangkakan kejayaan sebenar dalam sains dan teknologi pada tahun-tahun akan datang. Kepentingan khusus ialah gabungan komputer kuantum dengan teknologi yang menjanjikan dan berkembang pesat seperti kecerdasan buatan - terutamanya kerana pakar berwibawa seperti Andy Rubin melihat masa depan dalam hal ini.

Ya, dengan cara ini, adakah anda tahu bahawa IBM Corporation membenarkan pengguna Internet menyambung secara percuma ke komputer kuantum universal yang dibinanya dan bereksperimen dengan algoritma kuantum. Peranti ini tidak cukup kuat untuk memecahkan sistem kriptografi kunci awam, tetapi jika rancangan IBM menjadi kenyataan, maka kemunculan komputer kuantum yang lebih kompleks tidak lama lagi.

Komputer kuantum yang telah disediakan oleh IBM mengandungi lima qubit: empat digunakan untuk bekerja dengan data, dan yang kelima digunakan untuk membetulkan ralat semasa pengiraan. Pembetulan ralat adalah inovasi utama yang dibanggakan oleh pembangunnya. Ia akan memudahkan untuk menambah bilangan qubit pada masa hadapan.

IBM menekankan bahawa komputer kuantumnya adalah universal dan mampu melaksanakan sebarang algoritma kuantum. Ini membezakannya daripada komputer kuantum adiabatik yang sedang dibangunkan D-Wave. Komputer kuantum adiabatik direka bentuk untuk mencari penyelesaian yang optimum berfungsi dan tidak sesuai untuk tujuan lain.

Adalah dipercayai bahawa komputer kuantum universal akan membolehkan menyelesaikan beberapa masalah yang tidak dapat dilakukan oleh komputer konvensional. Contoh yang paling terkenal bagi masalah sedemikian ialah memfaktorkan nombor ke dalam faktor perdana. Ia akan mengambil komputer biasa, walaupun yang sangat pantas, beratus-ratus tahun untuk mencari faktor utama bagi nombor yang besar. Komputer kuantum akan menemui mereka menggunakan algoritma Shor hampir secepat mendarab integer.

Kemustahilan memfaktorkan nombor dengan cepat menjadi faktor perdana adalah asasnya sistem kriptografi dengan kunci awam. Jika mereka belajar untuk melaksanakan operasi ini pada kelajuan yang dijanjikan oleh algoritma kuantum, maka kebanyakannya kriptografi moden akan terpaksa lupa.

Pada kuantum komputer IBM anda boleh menjalankan algoritma Shor, tetapi sehingga terdapat lebih banyak qubit, ini tidak akan berguna. Dalam tempoh sepuluh tahun akan datang ini akan berubah. Menjelang 2025, IBM merancang untuk membina komputer kuantum yang mengandungi lima puluh hingga seratus qubit. Menurut pakar, walaupun dengan lima puluh qubit, komputer kuantum akan dapat menyelesaikan beberapa masalah praktikal.

Berikut adalah beberapa perkara yang lebih menarik tentang Teknologi komputer: baca bagaimana, tetapi ternyata ia juga mungkin dan apa itu

Untuk mendedahkan lebih kurang sepenuhnya intipati teknologi komputer kuantum, mari kita sentuh dahulu sejarah teori kuantum.
Ia berpunca daripada dua orang saintis yang hasil penyelidikannya telah dianugerahkan Hadiah Nobel: penemuan kuantum oleh M. Planck pada tahun 1918 dan penemuan foton oleh A. Einstein pada tahun 1921.
Tahun idea komputer kuantum dilahirkan adalah pada tahun 1980, apabila Benioff berjaya menunjukkan dalam amalan ketepatan teori kuantum.
Nah, prototaip pertama komputer kuantum telah dicipta oleh Gershenfeld dan Chuang pada tahun 1998 di Massachusetts Institute of Technology (MTI). Kumpulan penyelidik yang sama mencipta model yang lebih maju dalam dua tahun akan datang.

Bagi bukan pakar, komputer kuantum adalah sesuatu yang sangat hebat dalam skala, ia Mesin pengiraan, di hadapannya komputer biasa adalah seperti abakus di hadapan komputer. Dan, sudah tentu, ini adalah sesuatu yang sangat jauh daripada direalisasikan.
Bagi seseorang yang dikaitkan dengan komputer kuantum, ini ialah peranti prinsip umum yang tindakannya lebih kurang jelas, tetapi terdapat banyak masalah yang perlu diselesaikan sebelum dapat dilaksanakan dalam perkakasan, dan kini banyak makmal di seluruh dunia cuba mengatasi halangan ini.
Terdapat kemajuan dalam teknologi kuantum pada masa lalu oleh syarikat swasta, termasuk IBM dan DWays.
TENTANG pencapaian terkini di kawasan ini mereka melaporkan secara tetap sehingga hari ini. Penyelidikan terutamanya dijalankan oleh saintis Jepun dan Amerika. Jepun, dalam usahanya untuk memimpin dunia dalam perkakasan dan perisian, membelanjakan sejumlah besar wang untuk pembangunan di kawasan ini. Menurut naib presiden Hewlett-Packard, sehingga 70% daripada semua penyelidikan dijalankan di negara matahari terbit. Komputer kuantum adalah salah satu langkah syarikat fokus mereka untuk mendapatkan kepimpinan dalam pasaran global.

Apakah yang menjelaskan keinginan untuk menguasai teknologi ini? Kelebihan ketara mereka yang tidak dapat dinafikan berbanding komputer semikonduktor!

APA ITU?

Komputer kuantum ialah peranti pengkomputeran yang beroperasi berdasarkan mekanik kuantum.
Hari ini, komputer kuantum berskala penuh ialah peranti hipotesis yang tidak boleh dibuat memandangkan data yang tersedia dalam teori kuantum.

Komputer kuantum tidak menggunakan algoritma klasik untuk pengiraan, tetapi proses yang lebih kompleks bersifat kuantum, yang juga dipanggil algoritma kuantum. Algoritma ini menggunakan kesan mekanikal kuantum: jalinan kuantum dan keselarian kuantum.

Untuk memahami mengapa komputer kuantum diperlukan sama sekali, adalah perlu untuk membayangkan prinsip operasinya.
Walaupun komputer konvensional berfungsi dengan melakukan operasi berurutan pada sifar dan satu, komputer kuantum menggunakan gelang filem superkonduktor. Arus boleh mengalir melalui gelang ini dalam arah yang berbeza, jadi rantai gelang tersebut boleh melaksanakan lebih banyak operasi secara serentak dengan sifar dan satu.
Ia adalah kuasa tinggi yang merupakan kelebihan utama komputer kuantum. Malangnya, cincin ini tertakluk kepada pengaruh luaran yang sedikit, akibatnya arah arus boleh berubah, dan dalam kes ini pengiraan ternyata tidak betul.

PERBEZAAN KOMPUTER KUANTUM DENGAN KONVENSIONAL

Perbezaan utama antara komputer kuantum dan komputer konvensional ialah penyimpanan, pemprosesan dan penghantaran data berlaku tidak menggunakan "bit", tetapi "qubit" - secara ringkasnya, "bit kuantum". Seperti bit biasa, qubit boleh berada dalam keadaan biasa "|0>" dan "|1>", dan sebagai tambahan - dalam keadaan superposisi A·|0> + B·|1>, di mana A dan B adalah mana-mana nombor kompleks, memenuhi syarat | A |2 + | B |2 = 1.

JENIS-JENIS KOMPUTER KUANTUM

Terdapat dua jenis komputer kuantum. Kedua-duanya adalah berdasarkan fenomena kuantum, hanya susunan yang berbeza.

komputer berdasarkan pengkuantitian fluks magnet berdasarkan pelanggaran superkonduktiviti - persimpangan Josephson. Mereka sudah menggunakan kesan Josephson penguat linear, penukar analog-ke-digital, SOTONG dan korelator. Begitu juga asas unsur digunakan dalam projek untuk mencipta komputer petaflop (1015 op./s). Dicapai secara eksperimen kekerapan jam 370 GHz, yang pada masa hadapan boleh ditingkatkan kepada 700 GHz. Walau bagaimanapun, masa nyahfasa fungsi gelombang dalam peranti ini adalah setanding dengan masa pensuisan injap individu, dan sebenarnya pada yang baharu, prinsip kuantum asas elemen yang sudah biasa dilaksanakan - pencetus, daftar dan lain-lain gerbang logik.

Satu lagi jenis komputer kuantum, juga dipanggil komputer koheren kuantum, memerlukan mengekalkan keselarasan fungsi gelombang qubit yang digunakan sepanjang keseluruhan masa pengiraan - dari awal hingga akhir (qubit boleh menjadi mana-mana sistem mekanikal kuantum dengan dua tahap tenaga khusus). Akibatnya, untuk beberapa tugas kuasa pengkomputeran komputer kuantum koheren adalah berkadar dengan 2N, di mana N ialah bilangan qubit dalam komputer. Ia adalah jenis peranti terakhir yang dimaksudkan apabila bercakap tentang komputer kuantum.

KOMPUTER KUANTUM SEKARANG

Tetapi komputer kuantum kecil sedang dicipta hari ini. Syarikat D-Wave Systems bekerja secara aktif ke arah ini, yang mencipta komputer kuantum sebanyak 16 qubit pada tahun 2007. Komputer ini berjaya mengatasi tugas meletakkan tetamu di meja, berdasarkan fakta bahawa sesetengah daripada mereka tidak menyukai satu sama lain. Kini D-Wave Systems terus membangunkan komputer kuantum.

Sekumpulan ahli fizik dari Jepun, China dan Amerika Syarikat buat pertama kalinya berjaya membina komputer kuantum menggunakan seni bina von Neumann - iaitu dengan pemisahan fizikal pemproses kuantum dan ingatan kuantum. DALAM pada masa ini Untuk pelaksanaan praktikal komputer kuantum (komputer berdasarkan sifat luar biasa objek mekanik kuantum), ahli fizik menggunakan pelbagai jenis objek dan fenomena eksotik - ion yang ditangkap dalam perangkap optik, resonans magnetik nuklear. dalam pekerjaan baru saintis bergantung pada litar superkonduktor kecil—kemungkinan untuk melaksanakan komputer kuantum menggunakan litar sedemikian telah diterangkan dalam Alam pada tahun 2008.

Komputer yang dipasang oleh saintis terdiri daripada ingatan kuantum, peranannya dimainkan oleh dua resonator gelombang mikro, pemproses dua qubit yang disambungkan oleh bas (peranannya juga dimainkan oleh resonator, dan qubit adalah litar superkonduktor), dan peranti untuk memadamkan data. Menggunakan komputer ini, saintis menyedari dua algoritma utama- apa yang dipanggil transformasi kuantum Fourier, dan konjungsi menggunakan unsur logik kuantum Toffoli:

Algoritma pertama ialah analog kuantum bagi transformasi Fourier diskret. Ciri tersendirinya ialah nombor yang jauh lebih kecil (mengikut susunan n2). elemen berfungsi apabila melaksanakan algoritma berbanding dengan analog (tertib n 2n). Penukaran diskret Fourier digunakan paling banyak kawasan yang berbeza aktiviti manusia - daripada penyelidikan persamaan pembezaan dalam derivatif separa sebelum pemampatan data.

Sebaliknya, get logik kuantum Toffoli adalah elemen asas yang mana, dengan beberapa keperluan tambahan, sebarang fungsi (program) Boolean boleh diperolehi. Ciri tersendiri Unsur-unsur ini boleh diterbalikkan, yang, dari sudut pandangan fizik, membolehkan, antara lain, untuk meminimumkan penjanaan haba peranti.

Menurut saintis, sistem yang mereka cipta mempunyai satu kelebihan yang luar biasa - ia mudah berskala. Oleh itu, ia boleh berfungsi sebagai sejenis blok bangunan untuk komputer masa depan. Menurut para penyelidik, keputusan baru jelas menunjukkan janji teknologi baru.