Kandidaat voor fysische en wiskundige wetenschappen L. FEDICHKIN (Fysisch en Technologisch Instituut van de Russische Academie van Wetenschappen.

Met behulp van de wetten van de kwantummechanica is het mogelijk een fundamenteel nieuw type computer te creëren waarmee een aantal problemen kan worden opgelost die zelfs voor de krachtigste moderne supercomputers ontoegankelijk zijn. De snelheid van veel complexe berekeningen zal sterk toenemen; berichten die via kwantumcommunicatielijnen worden verzonden, zullen onmogelijk te onderscheppen of te kopiëren zijn. Tegenwoordig zijn er al prototypes van deze kwantumcomputers van de toekomst gemaakt.

Amerikaanse wiskundige en natuurkundige van Hongaarse afkomst Johann von Neumann (1903-1957).

Amerikaanse theoretisch natuurkundige Richard Phillips Feynman (1918-1988).

Amerikaanse wiskundige Peter Shor, specialist op het gebied van quantum computing. Hij stelde een kwantumalgoritme voor voor snelle factorisatie van grote getallen.

Quantumbit of qubit. Toestanden komen bijvoorbeeld overeen met de richting van de rotatie van de atoomkern naar boven of naar beneden.

Een kwantumregister is een keten van kwantumbits. Kwantumpoorten van één of twee qubit voeren logische bewerkingen uit op qubits.

INLEIDING OF IETS OVER INFORMATIEBESCHERMING

Welk programma heeft volgens jou de meeste licenties ter wereld verkocht? Ik durf niet te beweren dat ik het juiste antwoord weet, maar ik weet zeker één verkeerd antwoord: dit Niet elke versie van Microsoft Windows. Het meest voorkomende besturingssysteem loopt voor op een bescheiden product van RSA Data Security, Inc. - een programma dat het RSA-algoritme voor openbare sleutelversleuteling implementeert, genoemd naar de auteurs ervan: de Amerikaanse wiskundigen Rivest, Shamir en Adelman.

Feit is dat het RSA-algoritme is ingebouwd in de meeste commerciële besturingssystemen, evenals in vele andere toepassingen die op verschillende apparaten worden gebruikt - van smartcards tot mobiele telefoons. Het is met name ook beschikbaar in Microsoft Windows, wat betekent dat het zeker wijdverspreider is dan dit populaire besturingssysteem. Om sporen van RSA te detecteren, bijvoorbeeld in de Internet Explorer-browser (een programma om www-pagina's op internet te bekijken), opent u gewoon het menu "Help", opent u het submenu "Over Internet Explorer" en bekijkt u de lijst met gebruikte producten van andere bedrijven. Een andere veelgebruikte browser, Netscape Navigator, gebruikt ook het RSA-algoritme. Over het algemeen is het moeilijk om een ​​bekend bedrijf te vinden dat op het gebied van geavanceerde technologie werkt en geen licentie voor dit programma zou kopen. Vandaag heeft RSA Data Security, Inc. heeft al meer dan 450 miljoen(!) licenties verkocht.

Waarom was het RSA-algoritme zo belangrijk?

Stel je voor dat je snel een bericht moet uitwisselen met iemand die ver weg is. Dankzij de ontwikkeling van internet is een dergelijke uitwisseling tegenwoordig voor de meeste mensen beschikbaar geworden - je hebt alleen maar een computer met een modem of netwerkkaart nodig. Wanneer u informatie via het netwerk uitwisselt, wilt u uw berichten uiteraard geheim houden voor vreemden. Het is echter onmogelijk om een ​​lange communicatielijn volledig te beschermen tegen afluisteren. Dit betekent dat wanneer berichten worden verzonden, deze moeten worden gecodeerd en wanneer ze worden ontvangen, ze moeten worden gedecodeerd. Maar hoe kunnen u en uw gesprekspartner afspreken welke sleutel u gaat gebruiken? Als u de sleutel naar het cijfer over dezelfde lijn verzendt, kan een afluisterende aanvaller deze gemakkelijk onderscheppen. U kunt de sleutel uiteraard via een andere communicatielijn verzenden, bijvoorbeeld per telegram. Maar deze methode is meestal onhandig en bovendien niet altijd betrouwbaar: de andere lijn kan ook worden afgetapt. Het is goed als jij en je ontvanger vooraf wisten dat jullie encryptie zouden uitwisselen, en elkaar daarom vooraf de sleutels gaven. Maar wat als u bijvoorbeeld een vertrouwelijk commercieel aanbod naar een mogelijke zakenpartner wilt sturen of een product dat u leuk vindt in een nieuwe online winkel wilt kopen met een creditcard?

Om dit probleem op te lossen werden in de jaren zeventig encryptiesystemen voorgesteld die twee soorten sleutels voor hetzelfde bericht gebruiken: openbaar (waarvoor geen geheimhouding vereist is) en privé (strikt geheim). De publieke sleutel wordt gebruikt om het bericht te coderen, en de privésleutel wordt gebruikt om het te decoderen. U stuurt uw correspondent een publieke sleutel, en hij gebruikt deze om zijn bericht te versleutelen. Het enige dat een aanvaller die een openbare sleutel heeft onderschept, kan doen, is zijn e-mail ermee versleutelen en deze naar iemand doorsturen. Maar hij zal de correspondentie niet kunnen ontcijferen. U, die de privésleutel kent (deze wordt in eerste instantie bij u opgeslagen), kunt het aan u geadresseerde bericht gemakkelijk lezen. Om antwoordberichten te versleutelen, gebruikt u de openbare sleutel die door uw correspondent is verzonden (en hij houdt de bijbehorende privésleutel voor zichzelf).

Dit is precies het cryptografische schema dat wordt gebruikt in het RSA-algoritme, de meest gebruikelijke coderingsmethode met openbare sleutels. Om een ​​paar publieke en private sleutels te creëren, wordt bovendien de volgende belangrijke hypothese gebruikt. Als er twee grote zijn (waarvoor meer dan honderd decimalen moeten worden geschreven) eenvoudig getallen M en K, dan zal het vinden van hun product N=MK niet moeilijk zijn (je hebt hiervoor niet eens een computer nodig: een redelijk voorzichtig en geduldig persoon zal dergelijke getallen kunnen vermenigvuldigen met pen en papier). Maar om het omgekeerde probleem op te lossen, dat wil zeggen, als je een groot getal N kent, ontbind je het in priemfactoren M en K (de zogenaamde factorisatie probleem) - bijna onmogelijk! Dit is precies het probleem waarmee een aanvaller te maken krijgt als hij besluit het RSA-algoritme te ‘hacken’ en de daarmee gecodeerde informatie te lezen: om de privésleutel te achterhalen, terwijl hij de publieke sleutel kent, zal hij M of K moeten berekenen. .

Om de geldigheid van de hypothese over de praktische complexiteit van het ontbinden van grote getallen te testen, zijn en worden er nog steeds speciale wedstrijden gehouden. De ontleding van slechts een getal van 155 cijfers (512 bits) wordt als een record beschouwd. De berekeningen werden in 1999 gedurende zeven maanden parallel op veel computers uitgevoerd. Als deze taak op één enkele moderne personal computer zou worden uitgevoerd, zou dit ongeveer 35 jaar computertijd vergen! Uit berekeningen blijkt dat zelfs met duizend moderne werkstations en het beste computeralgoritme dat we vandaag de dag kennen, een getal van 250 cijfers in ongeveer 800.000 jaar kan worden ontbonden, en een getal van 1000 cijfers in 10-25 (!) jaar. (Ter vergelijking: de leeftijd van het heelal is ~10 tot 10 jaar.)

Daarom werden cryptografische algoritmen zoals RSA, die op voldoende lange sleutels werkten, als absoluut betrouwbaar beschouwd en in veel toepassingen gebruikt. En tot dan toe was alles prima ...totdat kwantumcomputers verschenen.

Het blijkt dat het met behulp van de wetten van de kwantummechanica mogelijk is computers te bouwen waarvoor het probleem van factorisatie (en vele andere!) Niet moeilijk zal zijn. Er wordt geschat dat een kwantumcomputer met slechts ongeveer 10.000 kwantumbits geheugen een getal van 1000 cijfers in slechts een paar uur kan ontbinden in priemfactoren!

HOE IS HET ALLEMAAL BEGONNEN?

Pas halverwege de jaren negentig werd de theorie van kwantumcomputers en kwantumcomputers een nieuw wetenschapsgebied. Zoals vaak het geval is met geweldige ideeën, is het moeilijk om de bedenker ervan te achterhalen. Blijkbaar was de Hongaarse wiskundige J. von Neumann de eerste die de aandacht vestigde op de mogelijkheid om kwantumlogica te ontwikkelen. In die tijd waren echter niet alleen kwantumcomputers, maar ook gewone, klassieke computers nog niet gemaakt. En met de komst van laatstgenoemde waren de belangrijkste inspanningen van wetenschappers vooral gericht op het vinden en ontwikkelen van nieuwe elementen voor hen (transistors en vervolgens geïntegreerde schakelingen), en niet op het creëren van fundamenteel verschillende computerapparatuur.

In de jaren zestig probeerde de Amerikaanse natuurkundige R. Landauer, die bij IBM werkte, de aandacht van de wetenschappelijke wereld te vestigen op het feit dat berekeningen altijd een fysiek proces zijn, wat betekent dat het onmogelijk is om de grenzen van onze computermogelijkheden te begrijpen zonder specificeren welke fysieke implementatie ze zijn. Helaas was de dominante opvatting onder wetenschappers destijds dat berekening een soort abstracte, logische procedure was die door wiskundigen en niet door natuurkundigen bestudeerd zou moeten worden.

Naarmate computers steeds wijdverspreider werden, kwamen kwantumwetenschappers tot de conclusie dat het praktisch onmogelijk was om rechtstreeks de toestand te berekenen van een evoluerend systeem dat uit slechts enkele tientallen op elkaar inwerkende deeltjes bestaat, zoals een methaanmolecuul (CH 4). Dit wordt verklaard door het feit dat om een ​​complex systeem volledig te beschrijven, het noodzakelijk is om een ​​exponentieel groot aantal variabelen (in termen van het aantal deeltjes) in het computergeheugen te bewaren, de zogenaamde kwantumamplitudes. Er is een paradoxale situatie ontstaan: als we de evolutievergelijking kennen, en met voldoende nauwkeurigheid alle mogelijkheden van interactie van deeltjes met elkaar en de begintoestand van het systeem kennen, is het bijna onmogelijk om de toekomst ervan te berekenen, ook al bestaat het systeem alleen uit Er zitten 30 elektronen in een potentiaalput, en er is een supercomputer met RAM beschikbaar, waarvan het aantal bits gelijk is aan het aantal atomen in het zichtbare gebied van het heelal (!). En tegelijkertijd kun je, om de dynamiek van een dergelijk systeem te bestuderen, eenvoudigweg een experiment uitvoeren met 30 elektronen, door ze in een bepaalde potentiële en initiële staat te plaatsen. Dit werd met name opgemerkt door de Russische wiskundige Yu I. Manin, die in 1980 wees op de noodzaak om een ​​theorie over kwantumcomputers te ontwikkelen. In de jaren tachtig werd hetzelfde probleem bestudeerd door de Amerikaanse natuurkundige P. Benev, die duidelijk aantoonde dat een kwantumsysteem berekeningen kan uitvoeren, evenals door de Engelse wetenschapper D. Deutsch, die theoretisch een universele kwantumcomputer ontwikkelde die superieur is aan zijn kwantumcomputer. klassieke tegenhanger.

Veel aandacht voor het probleem van de ontwikkeling van kwantumcomputers werd getrokken door Nobelprijswinnaar voor natuurkunde R. Feynman, welbekend bij vaste lezers van Science and Life. Dankzij zijn gezaghebbende oproep groeide het aantal specialisten dat aandacht besteedde aan quantum computing vele malen.

Toch bleef het lange tijd onduidelijk of de hypothetische rekenkracht van een kwantumcomputer gebruikt kon worden om de oplossing van praktische problemen te versnellen. Maar in 1994 verbaasde de Amerikaanse wiskundige en medewerker van Lucent Technologies (VS) P. Shor de wetenschappelijke wereld door een kwantumalgoritme voor te stellen dat snelle factorisatie van grote getallen mogelijk maakt (het belang van dit probleem werd al in de inleiding besproken). Vergeleken met de beste klassieke methode die momenteel bekend is, biedt het kwantumalgoritme van Shor een meervoudige versnelling van berekeningen, en hoe langer het getal wordt meegerekend, hoe groter de snelheidswinst. Het snelle factorisatie-algoritme is van groot praktisch belang voor verschillende inlichtingendiensten die banken met niet-gedecodeerde berichten hebben verzameld.

In 1996 stelde Shore's collega bij Lucent Technologies L. Grover een kwantumalgoritme voor voor snel zoeken in een ongeordende database. (Een voorbeeld van zo'n database is een telefoonboek waarin de namen van abonnees niet alfabetisch zijn gerangschikt, maar op een willekeurige manier.) De taak van het zoeken en selecteren van het optimale element uit talloze opties komt vaak voor in de economische, militaire, technische problemen, en in computerspellen. Het algoritme van Grover maakt het niet alleen mogelijk om het zoekproces te versnellen, maar ook om het aantal parameters waarmee rekening wordt gehouden bij het kiezen van het optimale ongeveer te verdubbelen.

De werkelijke creatie van kwantumcomputers werd in wezen belemmerd door het enige ernstige probleem: fouten of interferentie. Feit is dat hetzelfde niveau van interferentie het proces van kwantumcomputers veel intensiever bederft dan klassiek computergebruik. P. Shor schetste in 1995 manieren om dit probleem op te lossen, door een schema te ontwikkelen voor het coderen van kwantumtoestanden en het corrigeren van fouten daarin. Helaas is het onderwerp foutcorrectie in kwantumcomputers net zo belangrijk als complex om in dit artikel te behandelen.

APPARAAT VAN EEN KWANTUMCOMPUTER

Voordat we u vertellen hoe een kwantumcomputer werkt, moeten we eerst de belangrijkste kenmerken van kwantumsystemen onthouden (zie ook “Science and Life” nr. 8, 1998; nr. 12, 2000).

Om de wetten van de kwantumwereld te begrijpen, moet men niet rechtstreeks vertrouwen op alledaagse ervaringen. Op de gebruikelijke manier (in het alledaagse begrip) gedragen kwantumdeeltjes zich alleen als we er voortdurend naar "gluren", of, strikter gezegd, voortdurend de toestand meten waarin ze zich bevinden. Maar zodra we ons ‘afwenden’ (stoppen met waarnemen), gaan kwantumdeeltjes onmiddellijk van een heel specifieke toestand naar verschillende vormen tegelijk. Dat wil zeggen dat een elektron (of een ander kwantumobject) zich gedeeltelijk op het ene punt zal bevinden, gedeeltelijk op een ander punt, gedeeltelijk op een derde, enz. Dit betekent niet dat het in plakjes is verdeeld, zoals een sinaasappel. Dan zou het mogelijk zijn om op betrouwbare wijze een deel van het elektron te isoleren en de lading of massa ervan te meten. Maar de ervaring leert dat het elektron na meting altijd op één punt ‘veilig en wel’ blijkt te zijn, ondanks het feit dat het daarvoor voorheen bijna overal tegelijk kon zijn. Deze toestand van een elektron, wanneer het zich op meerdere punten in de ruimte tegelijk bevindt, wordt genoemd superpositie van kwantumtoestanden en worden meestal beschreven door de golffunctie, geïntroduceerd in 1926 door de Duitse natuurkundige E. Schrödinger. De modulus van de waarde van de golffunctie op elk punt, in het kwadraat, bepaalt de waarschijnlijkheid dat op dat punt op een bepaald moment een deeltje wordt aangetroffen. Na het meten van de positie van een deeltje lijkt de golffunctie ervan te krimpen (instorten) tot het punt waarop het deeltje werd gedetecteerd, en begint zich dan weer te verspreiden. De eigenschap van kwantumdeeltjes om zich tegelijkertijd in veel toestanden te bevinden, wordt genoemd kwantumparallellisme, is met succes gebruikt in kwantumcomputers.

Kwantum beetje

De basiscel van een kwantumcomputer is een kwantumbit, of kortweg: Qubit(q-bit). Dit is een kwantumdeeltje dat twee basistoestanden heeft, die worden aangeduid met 0 en 1 of, zoals gebruikelijk in de kwantummechanica, en. Twee waarden van de qubit kunnen bijvoorbeeld overeenkomen met de grond- en aangeslagen toestanden van het atoom, de op- en neerwaartse richtingen van de spin van de atoomkern, de richting van de stroom in de supergeleidende ring, twee mogelijke posities van het elektron in de halfgeleider, enz.

Kwantumregister

Het kwantumregister is vrijwel hetzelfde gestructureerd als het klassieke register. Dit is een keten van kwantumbits waarop logische bewerkingen van één en twee bits kunnen worden uitgevoerd (vergelijkbaar met het gebruik van NOT-, 2I-NOT-bewerkingen, enz. in een klassiek register).

De basistoestanden van een kwantumregister gevormd door L-qubits omvatten, net als in het klassieke register, alle mogelijke reeksen nullen en enen met lengte L. Er kunnen in totaal 2 L verschillende combinaties zijn. Ze kunnen worden beschouwd als een record van getallen in binaire vorm van 0 tot 2 L -1 en aangewezen. Deze basistoestanden putten echter niet alle mogelijke waarden van het kwantumregister uit (in tegenstelling tot de klassieke), aangezien er ook superpositietoestanden zijn die worden gedefinieerd door complexe amplitudes die verband houden met de normalisatievoorwaarde. Een klassieke analoog voor de meeste mogelijke waarden van een kwantumregister (behalve de basiswaarden) bestaat simpelweg niet. De toestanden van een klassiek register zijn slechts een zielige schaduw van de hele rijkdom aan toestanden van een kwantumcomputer.

Stel je voor dat er een externe invloed op het register wordt uitgeoefend, er worden bijvoorbeeld elektrische impulsen op een deel van de ruimte toegepast of er worden laserstralen gericht. Als het een klassiek register is, zal een impuls, die kan worden beschouwd als een rekenoperatie, L-variabelen veranderen. Als dit een kwantumregister is, kan dezelfde puls tegelijkertijd in variabelen worden omgezet. Een kwantumregister is dus in principe in staat informatie meerdere keren sneller te verwerken dan zijn klassieke tegenhanger. Vanaf hier is het meteen duidelijk dat kleine kwantumregisters (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.

Het is echter vermeldenswaard dat er een klasse van problemen bestaat waarvoor kwantumalgoritmen geen significante versnelling bieden in vergelijking met klassieke algoritmen. Een van de eersten die dit aantoonde was de Russische wiskundige Yu Ozhigov, die een aantal voorbeelden construeerde van algoritmen die in principe niet kunnen worden versneld door een enkele klokcyclus op een kwantumcomputer.

Niettemin bestaat er geen twijfel over dat computers die werken volgens de wetten van de kwantummechanica een nieuwe en beslissende fase vormen in de evolutie van computersystemen. Het enige dat overblijft is om ze te bouwen.

QUANTUMCOMPUTERS VANDAAG

Er bestaan ​​al prototypes van kwantumcomputers. Het is waar dat het tot nu toe experimenteel mogelijk is geweest om alleen kleine registers samen te stellen die uit slechts een paar kwantumbits bestaan. Zo heeft onlangs een groep onder leiding van de Amerikaanse natuurkundige I. Chang (IBM) de assemblage aangekondigd van een 5-bits kwantumcomputer. Dit is ongetwijfeld een groot succes. Helaas zijn bestaande kwantumsystemen nog niet in staat betrouwbare berekeningen te leveren, omdat ze ofwel slecht gecontroleerd worden, ofwel erg gevoelig zijn voor ruis. Er zijn echter geen fysieke beperkingen voor het bouwen van een effectieve kwantumcomputer; het is alleen nodig om technologische problemen te overwinnen.

Er zijn verschillende ideeën en voorstellen voor het maken van betrouwbare en gemakkelijk controleerbare kwantumbits.

I. Chang ontwikkelt het idee om de spins van de kernen van sommige organische moleculen als qubits te gebruiken.

De Russische onderzoeker M.V Feigelman, werkzaam bij het vernoemde Instituut voor Theoretische Fysica. L.D. Landau RAS stelt voor om kwantumregisters samen te stellen uit miniatuur supergeleidende ringen. Elke ring speelt de rol van een qubit, en de toestanden 0 en 1 komen overeen met de richting van de elektrische stroom in de ring: met de klok mee en tegen de klok in. Dergelijke qubits kunnen worden geschakeld met behulp van een magnetisch veld.

Aan het Instituut voor Natuurkunde en Technologie van de Russische Academie van Wetenschappen stelde een groep onder leiding van academicus K.A. Valiev twee opties voor voor het plaatsen van qubits in halfgeleiderstructuren. In het eerste geval wordt de rol van een qubit gespeeld door een elektron in een systeem van twee potentiële putten, gecreëerd door een spanning die wordt aangelegd op mini-elektroden op het oppervlak van de halfgeleider. Toestanden 0 en 1 zijn de posities van het elektron in een van deze putten. De qubit wordt geschakeld door de spanning op een van de elektroden te veranderen. In een andere versie is de qubit de kern van een fosforatoom ingebed op een bepaald punt van de halfgeleider. Toestanden 0 en 1 - richtingen van kernspin langs of tegen het externe magnetische veld. De regeling wordt uitgevoerd met behulp van de gecombineerde werking van magnetische pulsen met resonantiefrequentie en spanningspulsen.

Het onderzoek is dus actief aan de gang en er kan van worden uitgegaan dat er in de zeer nabije toekomst – over tien jaar – een effectieve kwantumcomputer zal worden gecreëerd.

KIJKEN IN DE TOEKOMST

Het is dus heel goed mogelijk dat kwantumcomputers in de toekomst zullen worden vervaardigd met behulp van traditionele methoden van micro-elektronische technologie en veel stuurelektroden zullen bevatten, die doen denken aan een moderne microprocessor. Om het geluidsniveau, dat cruciaal is voor de normale werking van een kwantumcomputer, te verminderen, zullen de eerste modellen blijkbaar gekoeld moeten worden met vloeibaar helium. Het is waarschijnlijk dat de eerste kwantumcomputers omvangrijke en dure apparaten zullen zijn die niet op een bureau passen en worden onderhouden door een grote staf van systeemprogrammeurs en hardware-aanpassers in witte jassen. Ten eerste zullen alleen overheidsinstanties er toegang toe hebben, en daarna rijke commerciële organisaties. Maar het tijdperk van conventionele computers begon op vrijwel dezelfde manier.

Wat gebeurt er met klassieke computers? Zullen ze afsterven? Nauwelijks. Zowel klassieke als kwantumcomputers hebben hun eigen toepassingsgebieden. Hoewel de verhouding op de markt hoogstwaarschijnlijk geleidelijk naar het laatste zal verschuiven.

De introductie van kwantumcomputers zal niet leiden tot de oplossing van fundamenteel onoplosbare klassieke problemen, maar zal slechts enkele berekeningen versnellen. Daarnaast wordt quantumcommunicatie mogelijk: het overbrengen van qubits over afstand, wat zal leiden tot het ontstaan ​​van een soort quantuminternet. Kwantumcommunicatie zal het mogelijk maken om een ​​veilige (volgens de wetten van de kwantummechanica) verbinding van iedereen met elkaar te bieden, zonder afluisteren. Uw informatie die is opgeslagen in kwantumdatabases zal betrouwbaarder worden beschermd tegen kopiëren dan nu het geval is. Bedrijven die programma's voor kwantumcomputers produceren, zullen deze kunnen beschermen tegen elke vorm van kopiëren, ook tegen illegale kopieën.

Voor een dieper begrip van dit onderwerp kunt u het overzichtsartikel van E. Riffel en V. Polak, “Fundamentals of Quantum Computing”, lezen, gepubliceerd in het Russische tijdschrift “Quantum Computers and Quantum Computing” (nr. 1, 2000). (Dit is trouwens het eerste en tot nu toe het enige tijdschrift ter wereld dat gewijd is aan quantum computing. Aanvullende informatie hierover is te vinden op internet op http://rcd.ru/qc.). Als je dit werk eenmaal onder de knie hebt, kun je wetenschappelijke artikelen over quantum computing lezen.

Er zal iets meer voorbereidende wiskundige voorbereiding nodig zijn bij het lezen van het boek van A. Kitaev, A. Shen, M. Vyaly “Classical and Quantum Computations” (Moskou: MTsNMO-CheRo, 1999).

Een aantal fundamentele aspecten van de kwantummechanica, essentieel voor het uitvoeren van kwantumberekeningen, worden besproken in het boek van V. V. Belokurov, O. D. Timofeevskaya, O. A. Khrustalev “Quantum teleportatie - een gewoon wonder” (Izhevsk: RHD, 2000).

Uitgeverij RCD bereidt zich voor om een ​​vertaling van A. Steens recensie over kwantumcomputers als apart boek te publiceren.

De volgende literatuur zal niet alleen educatief, maar ook historisch nuttig zijn:

1) Yu. Berekenbaar en onberekenbaar.

M.: Sov. radio, 1980.

2) J. von Neumann. Wiskundige grondslagen van de kwantummechanica.

M.: Nauka, 1964.

3) R. Feynman. Simulatie van natuurkunde op computers // Kwantumcomputer en kwantumcomputers:

Zat. in 2 delen - Izhevsk: RHD, 1999. T. 2, p. 96-123.

4) R. Feynman. Kwantummechanische computers

// Ibid., p. 123.-156.

Zie het probleem over hetzelfde onderwerp

Een kwantumcomputer is een computerapparaat dat de verschijnselen van kwantumsuperpositie en kwantumverstrengeling gebruikt om gegevens te verzenden en te verwerken. Een volwaardige universele kwantumcomputer is nog steeds een hypothetisch apparaat, waarbij de mogelijkheid om te bouwen verband houdt met de serieuze ontwikkeling van de kwantumtheorie op het gebied van vele deeltjes en complexe experimenten; ontwikkelingen op dit gebied worden geassocieerd met de nieuwste ontdekkingen en prestaties van de moderne natuurkunde. Tot op heden zijn er slechts enkele experimentele systemen in de praktijk geïmplementeerd die een vast algoritme met een lage complexiteit uitvoeren.

Zoals de redactie van Science Alert schrijft, is een groep specialisten van de Universiteit van Wenen erin geslaagd de eerste kwantumrouter in de geschiedenis te ontwikkelen en zelfs de eerste tests van het nieuwe apparaat uit te voeren. Dit is het eerste apparaat dat niet alleen verstrengelde fotonen kan ontvangen, maar ook kan verzenden. Bovendien zou het circuit dat in de router wordt gebruikt de basis kunnen worden voor het creëren van een kwantuminternet.

Nogmaals hallo aan alle lezers van mijn blog! Gisteren verschenen er opnieuw een aantal verhalen over een ‘kwantumcomputer’ in het nieuws. We weten uit de natuurkundecursus op school dat een kwantum een ​​bepaald gelijk deel van de energie is, er is ook de uitdrukking 'kwantumsprong', dat wil zeggen een onmiddellijke overgang van een bepaald energieniveau naar een nog hoger niveau. Laten we er samen achter komen wat een kwantumcomputer is en wat We wachten allemaal op de verschijning van deze wondermachine

Ik raakte voor het eerst geïnteresseerd in dit onderwerp toen ik naar films over Edward Snowden keek. Zoals u weet heeft deze Amerikaanse burger verschillende terabytes aan vertrouwelijke informatie (compromitterend bewijsmateriaal) verzameld over de activiteiten van de Amerikaanse inlichtingendiensten, deze grondig gecodeerd en op internet geplaatst. “Als mij iets overkomt, zei hij, zal de informatie worden ontcijferd en zo voor iedereen beschikbaar komen.”

De berekening was dat deze informatie ‘hot’ was en nog tien jaar relevant zou zijn. En het kan met moderne rekenkracht in niet minder dan tien jaar of meer worden ontsleuteld. Volgens de verwachtingen van de ontwikkelaars zal de kwantumcomputer deze taak in ongeveer vijfentwintig minuten kunnen uitvoeren. Cryptografen zijn in paniek. Dit is het soort ‘kwantumsprong’ dat ons binnenkort te wachten staat, vrienden.

Werkingsprincipes van een kwantumcomputer voor dummies

Omdat we het over de kwantumfysica hebben, laten we er even over praten. Ik ga niet het onkruid in, vrienden. Ik ben een ‘theepot’, geen kwantumfysicus. Ongeveer honderd jaar geleden publiceerde Einstein zijn relativiteitstheorie. Alle slimme mensen van die tijd waren verrast door de hoeveelheid paradoxen en ongelooflijke dingen die erin zaten. Alle paradoxen van Einstein die de wetten van onze wereld beschrijven zijn dus slechts het onschuldige gebabbel van een vijfjarig kind vergeleken met wat er gebeurt op het niveau van atomen en moleculen.

De ‘kwantumfysici’ zelf, die de verschijnselen beschrijven die plaatsvinden op het niveau van elektronen en moleculen, zeggen zoiets als dit: ‘Dit is ongelooflijk. Dit kan niet waar zijn. Maar dat is waar. Vraag ons niet hoe het allemaal werkt. We weten niet hoe of waarom. Wij kijken alleen maar. Maar het werkt. Dit is experimenteel bewezen. Hier zijn de formules, afhankelijkheden en records van experimenten.

Dus wat is het verschil tussen een conventionele en een kwantumcomputer? Een gewone computer werkt immers ook op elektriciteit, en elektriciteit bestaat uit een stel heel kleine deeltjes: elektronen?

Onze computers werken volgens het principe van “Ja” of “Nee”. Als er stroom op de draad staat, is het “Ja” of “Eén”. Als er “geen” stroom in de draad zit, dan is deze “nul”. De variantwaarde "1" en "0" is een eenheid voor informatieopslag genaamd "Bit". Eén byte is 8 bits, enzovoort, enzovoort...

Stel je nu je processor voor, waarop 800 miljoen van dergelijke "draden" zitten, waarop zo'n "nul" of "één" in een seconde verschijnt en verdwijnt. En je kunt je mentaal voorstellen hoe hij informatie verwerkt. Je leest de tekst nu, maar in feite is het een verzameling nullen en enen.

Door brute kracht en berekeningen verwerkt uw computer uw verzoeken in Yandex, zoekt naar de verzoeken die u nodig heeft totdat het probleem is opgelost en door eliminatie tot op de bodem uit te zoeken wat u nodig heeft. Geeft lettertypen en afbeeldingen weer op de monitor in een vorm die we kunnen lezen... Tot nu toe hoop ik dat er niets ingewikkelds is? En het beeld bestaat ook uit nullen en enen.

Vrienden, stel je nu eens een model van ons zonnestelsel voor. De zon staat in het midden en de aarde vliegt er omheen. We weten dat hij zich op een bepaald moment altijd op een bepaald punt in de ruimte bevindt, en binnen een seconde vliegt hij al dertig kilometer verder.

Het atoommodel is dus ook planetair, waarbij het atoom ook rond de kern draait. Maar het is BEWEZEN, vrienden, door slimme jongens met een bril, dat het atoom, in tegenstelling tot de aarde, zich tegelijkertijd en altijd op alle plaatsen bevindt... Overal en nergens tegelijkertijd. En ze noemden dit prachtige fenomeen ‘superpositie’. Om andere fenomenen van de kwantumfysica beter te leren kennen, stel ik voor om naar een populair-wetenschappelijke film te kijken waarin in eenvoudige taal en in een vrij originele vorm over complexe dingen wordt gesproken.

Laten we doorgaan. En nu wordt “ons” bit vervangen door een kwantumbit. Het wordt ook wel ‘Qubit’ genoemd. Het heeft ook slechts twee begintoestanden: “nul” en “één”. Maar omdat het van nature ‘kwantum’ is, kan het TEGELIJKERTIJD alle mogelijke tussenliggende waarden aannemen. En wees er tegelijkertijd in. Nu hoeft u de waarden niet meer opeenvolgend te berekenen, te doorzoeken... of lang in de database te zoeken. Ze zijn vooraf al meteen bekend. Berekeningen worden parallel uitgevoerd.

De eerste ‘kwantum’-algoritmen voor wiskundige berekeningen werden in 1997 uitgevonden door de Engelse wiskundige Peter Shore. Toen hij ze aan de wereld liet zien, raakten alle cryptografen erg gespannen, omdat bestaande cijfers binnen een paar minuten door dit algoritme worden ‘gekraakt’. Maar er waren op dat moment nog geen computers die met het kwantumalgoritme werkten.

Sindsdien is er enerzijds gewerkt aan het creëren van een fysiek systeem waarin een kwantumbit zou werken. Dat wil zeggen: ‘hardware’. Aan de andere kant komen ze al met bescherming tegen kwantumhacking en gegevensdecodering.

Wat nu? En zo ziet een kwantumprocessor eruit onder een 9-qubit-microscoop van Google.

Hebben ze ons echt ingehaald? 9 qubits of volgens de “oude” 15 bits, dit is nog niet zo veel. Plus de hoge kosten, veel technische problemen en de korte ‘levensduur’ van quanta. Maar onthoud dat er eerst 8-bits processors waren, daarna verschenen er 16-bits processors... Hetzelfde zal gebeuren met deze...

Kwantumcomputer in Rusland: mythe of realiteit?

Hoe zit het met ons? Maar wij zijn niet achter de kachel geboren. Hier heb ik een foto van de eerste Russische Cubit onder een microscoop opgegraven. Hij is echt de enige hier.

Het lijkt ook op een soort ‘loop’ waarin iets gebeurt dat ons nog niet bekend is. Het is verheugend om te bedenken dat de onze, met de steun van de staat, hun eigen land ontwikkelen. Binnenlandse ontwikkelingen zijn dus niet langer een mythe. Dit is onze toekomst. We zullen zien hoe het zal zijn.

Laatste nieuws over de Russische 51-qubit-kwantumcomputer

Hier is het nieuws voor deze zomer. Onze jongens (eer en lof aan hen!) hebben de krachtigste ter wereld (!) kwantum (!) computer 51 qubits (!) ontwikkeld, d.w.z. Het meest interessante is dat Google eerder zijn 49 qubit-computer aankondigde. En ze schatten dat ze het binnen een maand of zo klaar zouden hebben. En die van ons besloot een kant-en-klare kwantumprocessor van 51 qubit te laten zien... Bravo! Dat is de race die gaande is. Wij kunnen het tenminste volhouden. Omdat er een grote doorbraak in de wetenschap wordt verwacht als deze systemen werken. Hier is een foto van de persoon die onze ontwikkeling presenteerde op het internationale “quantum” forum.

De naam van deze wetenschapper is Mikhail Lukin. Vandaag staat zijn naam in de schijnwerpers. Het is onmogelijk om zo'n project alleen te creëren, dat begrijpen we. Hij en zijn team hebben vandaag de krachtigste kwantumcomputer of processor ter wereld gemaakt (!). Dit is wat competente mensen hierover te zeggen hebben:

« Een functionerende kwantumcomputer is veel verschrikkelijker dan een atoombom”, zegt Sergei Belousov, medeoprichter van het Russian Quantum Center. - Hij (Mikhail Lukin) heeft een systeem gemaakt dat de meeste qubits heeft. Voor het geval dat. Op dit moment denk ik dat dit meer dan twee keer zoveel qubits zijn als wie dan ook. En hij maakte specifiek 51 qubits, niet 49. Omdat Google bleef zeggen dat ze er 49 zouden maken.”

Lukin zelf en het hoofd van het kwantumlaboratorium van Google, John Martinez, beschouwen zichzelf echter niet als concurrenten of rivalen. Wetenschappers zijn ervan overtuigd dat hun belangrijkste rivaal de natuur is, en hun belangrijkste doel is de ontwikkeling van technologie en de implementatie ervan om de mensheid naar een nieuwe ontwikkelingsfase te brengen.

“Het is verkeerd om dit als een race te beschouwen”, zegt John Martinez terecht. - We hebben een echte race met de natuur. Omdat het heel moeilijk is om een ​​kwantumcomputer te maken. En het is gewoon spannend dat iemand erin is geslaagd een systeem met zoveel qubits te maken. Tot nu toe is 22 qubits het maximale dat we kunnen doen. Ook al hebben we al onze magie en professionaliteit gebruikt.”

Ja, dit is allemaal heel interessant. Als we ons de analogieën herinneren: toen de transistor werd uitgevonden, had niemand kunnen weten dat computers zeventig jaar later met deze technologie zouden werken. Alleen al in een moderne processor bereikt hun aantal 700 miljoen. De eerste computer woog vele tonnen en besloeg grote gebieden. Maar personal computers verschenen nog steeds - veel later...

Ik denk dat we voorlopig niet moeten verwachten dat apparaten van deze klasse in de nabije toekomst in onze winkels zullen verschijnen. Velen wachten op hen. Vooral cryptocurrency miners maken hier veel ruzie over. Wetenschappers kijken hoopvol naar hem, en militairen kijken met aandacht naar hem. Het potentieel van deze ontwikkeling, zoals wij dat begrijpen, is niet helemaal duidelijk.

Het is alleen maar duidelijk dat wanneer het allemaal begint te werken, het de hele kennisintensieve industrie met zich mee zal sleuren. Nieuwe technologieën, nieuwe industrieën, nieuwe software zullen geleidelijk verschijnen. De tijd zal het leren. Als alleen onze eigen kwantumcomputer, die we bij onze geboorte hebben gekregen, mensen niet in de steek laat, dan is dit ons hoofd. Gooi uw gadgets dus nog niet meteen in de prullenbak. Ze zullen je lang van dienst zijn. Schrijf of het artikel interessant was. Kom vaak terug. Tot ziens!

De wetenschap staat niet stil en het lijkt erop dat wat gisteren als mystiek werd beschouwd, vandaag de dag een onmiskenbare realiteit is. Dus nu kunnen mythen over parallelle werelden in de toekomst een algemeen feit worden. Er wordt aangenomen dat onderzoek op het gebied van het creëren van een kwantumcomputer zal helpen deze verklaring te bereiken. Japan loopt voorop; ruim 70% van al het onderzoek komt uit dit land. De essentie van deze ontdekking is begrijpelijker voor degenen die op de een of andere manier verbonden zijn met de natuurkunde. Maar de meesten van ons studeerden af ​​van de middelbare school, waar het lesboek van groep 11 enkele vragen over de kwantumfysica behandelde.

Waar het allemaal begon

Laten we niet vergeten dat het begin werd gelegd door twee belangrijke ontdekkingen, waarvoor de auteurs ervan de Nobelprijs ontvingen. In 1918 ontdekte Max Planck het kwantum en Albert Einstein in 1921 foton. Het idee om een ​​kwantumcomputer te maken ontstond in 1980, toen de waarheid van de kwantumtheorie werd bewezen. En ideeën werden pas in 1998 in de praktijk gebracht. Er is pas de afgelopen tien jaar grootschalig en tegelijkertijd behoorlijk effectief werk verricht.

De basisprincipes zijn duidelijk, maar met elke stap vooruit ontstaan ​​er steeds meer problemen, waarvan de oplossing behoorlijk lang duurt, hoewel veel laboratoria over de hele wereld aan dit probleem werken. De eisen aan een dergelijke computer zijn zeer hoog, omdat de meetnauwkeurigheid zeer hoog moet zijn en het aantal externe invloeden moet worden geminimaliseerd, die elk de werking van het kwantumsysteem zullen verstoren.

WAAROM HEB JE EEN QUANTUMCOMPUTER NODIG?

Waar is een kwantumcomputer op gebaseerd?

Iedereen heeft in meer of mindere mate een idee van hoe een gewone computer werkt. De betekenis ervan ligt in het gebruik van binaire codering, waarbij de aanwezigheid van een bepaalde spanningswaarde als 1 wordt beschouwd, en de afwezigheid van 0, uitgedrukt als 0 of 1, als een bit wordt beschouwd. De werking van een kwantumcomputer wordt geassocieerd met het concept van spin. Voor degenen die de natuurkunde beperken tot schoolkennis, kunnen ze discussiëren over het bestaan ​​van drie elementaire deeltjes en de aanwezigheid van eenvoudige kenmerken daarin, zoals massa en lading.

Maar natuurkundigen breiden voortdurend de klasse van elementaire deeltjes en hun kenmerken uit, waarvan spin er één is. En een bepaalde richting van de spin van het deeltje wordt als 1 genomen, en de tegenovergestelde richting als 0. Dit is vergelijkbaar met het ontwerp van een transistor. Het hoofdelement zal alvast een quantumbit of qubit heten. Het kunnen fotonen, atomen, ionen en atoomkernen zijn.

De belangrijkste voorwaarde hier is de aanwezigheid van twee kwantumtoestanden. Het veranderen van de toestand van een bepaald bit in een conventionele computer leidt niet tot veranderingen in andere, maar in een kwantumcomputer zal het veranderen van één bit leiden tot een verandering in de toestand van andere deeltjes. Deze verandering kan worden gecontroleerd, en stel je voor dat er honderden van dergelijke deeltjes zijn.

Stel je eens voor hoe vaak de productiviteit van zo'n machine zal toenemen. Maar de creatie van een compleet nieuwe computer is slechts een hypothese; natuurkundigen hebben veel werk te doen op dat gebied van de kwantummechanica, dat de veeldeeltjesmechanica wordt genoemd. De eerste mini-kwantumcomputer bestond uit 16 qubits. Onlangs zijn er computers op de markt gekomen die 512 qubits gebruiken, maar deze worden al gebruikt om de snelheid van het uitvoeren van complexe berekeningen te verhogen. Quipper is een taal die speciaal voor dergelijke machines is ontworpen.

Volgorde van uitgevoerde handelingen

Bij het creëren van een nieuwe generatie computers zijn er vier richtingen, die verschillen doordat ze fungeren als logische qubits:

1. de richting van de spins van de deeltjes die de basis van het atoom vormen;
2. de aanwezigheid of afwezigheid van een Cooper-paar op een gespecificeerde locatie in de ruimte;
3. in welke toestand bevindt het buitenste elektron zich?
4. verschillende toestanden van het foton.

Laten we nu eens kijken naar het circuit waarmee de computer werkt. Om te beginnen wordt er een set qubits genomen en worden hun initiële parameters vastgelegd. Transformaties worden uitgevoerd met behulp van logische bewerkingen, de resulterende waarde wordt vastgelegd, wat het resultaat is dat door de computer wordt uitgegeven. De draden zijn qubits en de transformaties bestaan ​​uit logische blokken. Een dergelijke processor werd voorgesteld door D. Deutsch, die in 1995 een keten kon creëren die alle berekeningen op kwantumniveau kon uitvoeren. Maar een dergelijk systeem produceert kleine fouten, die enigszins kunnen worden verminderd door het aantal bewerkingen bij het algoritme te vergroten.

Hoe werkt een kwantumcomputer?

Wat hebben we bereikt?

Tot nu toe zijn er slechts twee soorten kwantumcomputers ontwikkeld, maar de wetenschap staat niet stil. De werking van beide machines is gebaseerd op kwantumfenomenen:

1. geassocieerd met supergeleiding. Wanneer deze wordt geschonden, wordt kwantisering waargenomen;
2. gebaseerd op een eigenschap als coherentie. De rekensnelheid van dergelijke computers wordt verdubbeld ten opzichte van het aantal qubits.

Het tweede type dat wordt overwogen, wordt als een prioriteit beschouwd op het gebied van het maken van kwantumcomputers.

Prestaties van verschillende landen.

Kortom, de prestaties van de afgelopen tien jaar zijn aanzienlijk. Men kan de twee-qubit-computer opmerken met software die in Amerika is gemaakt. Ze waren ook in staat een computer met twee qubits te produceren met een diamantkristal. De richting van de spin van stikstofdeeltjes en hun componenten: de kern en het elektron werd gebruikt als qubits. Om aanzienlijke bescherming te bieden, is een zeer complex systeem ontwikkeld waarmee resultaten met een nauwkeurigheid van 95% kunnen worden verkregen.

ICQT 2017. John Martinis, Google: Quantum Computer: leven na de wet van Moore

Waarom is dit allemaal nodig?

Er is al gesproken over de creatie van kwantumcomputers. Deze computers zijn niet het resultaat van waar ze naar streefden, maar ze hebben hun koper gevonden. Het Amerikaanse defensiebedrijf Lockheed Martin betaalde $10 miljoen. Hun acquisitie is in staat om fouten te vinden in het meest complexe programma dat op de F-35-jager is geïnstalleerd. Google wil met de overname machine learning-programma’s lanceren.

Toekomst

Bij de ontwikkeling van een kwantumcomputer Grote bedrijven en de staat zijn zeer geïnteresseerd. Het zal leiden tot nieuwe ontdekkingen op het gebied van de ontwikkeling van cryptografische algoritmen. De tijd zal beslissen of dit ten goede zal komen aan de staat of aan hackers. Maar het werk van het creëren en herkennen van cryptosleutels zal onmiddellijk worden gedaan. Veel problemen die verband houden met een bankkaart zullen worden opgelost.

Berichten zullen met enorme snelheid worden verzonden en er zullen geen problemen zijn met de communicatie met welk punt op de wereld dan ook, en misschien zelfs daarbuiten.

Zo'n computer zal hierbij helpen, vooral bij het ontcijferen van de genetische code. Dit zal leiden tot de oplossing van veel medische problemen.

En natuurlijk zal het de deur openen naar een land van mystieke geheimen en parallelle werelden.

Er staan ​​ons grote schokken te wachten. Alles wat we gewend zijn, is slechts een deel van die wereld, die al de naam Quantum Reality heeft gekregen. Ze zullen je helpen verder te gaan dan de materiële wereld, wat het werkingsprincipe van een kwantumcomputer is.

De afgelopen decennia hebben computers zich zeer snel ontwikkeld. In feite zijn ze, binnen de herinnering van één generatie, veranderd van omvangrijke, op lampen gebaseerde exemplaren die enorme kamers bezetten, naar miniatuurtablets. Het geheugen en de snelheid namen snel toe. Maar het moment kwam dat er taken verschenen die buiten de controle van zelfs superkrachtige moderne computers lagen.

Wat is een kwantumcomputer?

De opkomst van nieuwe taken die de mogelijkheden van conventionele computers te boven gaan, dwong ons naar nieuwe mogelijkheden te zoeken. En als alternatief voor conventionele computers verschenen kwantumcomputers. Een kwantumcomputer is een computertechnologie gebaseerd op elementen uit de kwantummechanica. De basisprincipes van de kwantummechanica zijn begin vorige eeuw geformuleerd. Zijn verschijning maakte het mogelijk om veel problemen in de natuurkunde op te lossen die in de klassieke natuurkunde geen oplossingen konden vinden.

Hoewel de kwantumtheorie zich al in de tweede eeuw bevindt, is ze nog steeds alleen begrijpelijk voor een kleine kring van specialisten. Maar er zijn ook echte resultaten van de kwantummechanica, waaraan we al gewend zijn: lasertechnologie, tomografie. En aan het einde van de vorige eeuw werd de theorie van kwantumcomputers ontwikkeld door de Sovjet-fysicus Yu Manin. Vijf jaar later onthulde David Deutsch het idee van een kwantummachine.

Bestaat er een kwantumcomputer?

Maar de implementatie van ideeën bleek niet zo eenvoudig. Van tijd tot tijd verschijnen er berichten dat er weer een kwantumcomputer is gemaakt. Reuzen op het gebied van informatietechnologie werken aan de ontwikkeling van dergelijke computertechnologie:

1. D-Wave is een bedrijf uit Canada dat als eerste operationele kwantumcomputers produceerde. Niettemin is er onder experts discussie over hoe kwantum deze computers werkelijk zijn en welke voordelen ze bieden.
2. IBM heeft een kwantumcomputer gemaakt en de toegang daartoe opengesteld voor internetgebruikers om te experimenteren met kwantumalgoritmen. Tegen 2025 wil het bedrijf een model creëren dat praktische problemen kan oplossen.
3. Google heeft dit jaar de release aangekondigd van een computer die de superioriteit van kwantum ten opzichte van conventionele computers kan bewijzen.
4. In mei 2017 maakten Chinese wetenschappers in Shanghai bekend dat ze de krachtigste kwantumcomputer ter wereld hadden gemaakt, die de signaalverwerkingsfrequentie van analogen 24 keer overtrof.
5. In juli 2017 werd op de Moskouse Conferentie over Quantum Technologieën aangekondigd dat er een kwantumcomputer van 51 qubit was gemaakt.

Hoe verschilt een kwantumcomputer van een conventionele computer?

Het fundamentele verschil tussen een kwantumcomputer is de benadering van het rekenproces.

1. In een conventionele processor zijn alle berekeningen gebaseerd op bits die twee toestanden hebben, 1 of 0. Dat wil zeggen dat al het werk neerkomt op het analyseren van een enorme hoeveelheid gegevens om te bepalen of deze aan de gespecificeerde voorwaarden voldoen. Een kwantumcomputer is gebaseerd op qubits (kwantumbits). Hun kenmerk is het vermogen om tegelijkertijd in de staat 1, 0 en ook 1 en 0 te zijn.
2. De mogelijkheden van een kwantumcomputer nemen aanzienlijk toe, omdat het niet nodig is om tussen velen naar het gewenste antwoord te zoeken. In dit geval wordt het antwoord geselecteerd uit reeds beschikbare opties met een bepaalde waarschijnlijkheid van overeenstemming.

Waar wordt een kwantumcomputer voor gebruikt?

Het principe van een kwantumcomputer, gebaseerd op het kiezen van een oplossing met voldoende waarschijnlijkheid en het vermogen om een ​​dergelijke oplossing vele malen sneller te vinden dan moderne computers, bepaalt de doeleinden van het gebruik ervan. Allereerst baart de opkomst van dit soort computertechnologie cryptografen zorgen. Dit komt door het vermogen van de kwantumcomputer om eenvoudig wachtwoorden te berekenen. De krachtigste kwantumcomputer die door Russisch-Amerikaanse wetenschappers is gemaakt, is dus in staat sleutels voor bestaande encryptiesystemen te verkrijgen.

Er zijn ook nuttiger toegepaste problemen voor kwantumcomputers; deze houden verband met het gedrag van elementaire deeltjes, genetica, gezondheidszorg, financiële markten, het beschermen van netwerken tegen virussen, kunstmatige intelligentie en vele andere die conventionele computers nog niet kunnen oplossen.

Hoe werkt een kwantumcomputer?

Het ontwerp van een kwantumcomputer is gebaseerd op het gebruik van qubits. De volgende worden momenteel gebruikt als fysieke uitvoeringen van qubits:

• ringen gemaakt van supergeleiders met jumpers, met multidirectionele stroom;
• individuele atomen blootgesteld aan laserstralen;
• ionen;
• fotonen;
• Opties voor het gebruik van halfgeleider nanokristallen worden ontwikkeld.

Kwantumcomputer - werkingsprincipe

Als er zekerheid bestaat over hoe een klassieke computer werkt, dan is de vraag hoe een kwantumcomputer werkt niet eenvoudig te beantwoorden. De beschrijving van de werking van een kwantumcomputer is gebaseerd op twee zinnen die voor de meesten onduidelijk zijn:

• superpositieprincipe– we hebben het over qubits die tegelijkertijd op positie 1 en 0 kunnen staan. Hierdoor kun je meerdere berekeningen tegelijk uitvoeren, in plaats van opties doorzoeken, wat een grote tijdwinst oplevert;
• kwantumverstrengeling- een fenomeen opgemerkt door A. Einstein, dat bestaat uit de relatie tussen twee deeltjes. In eenvoudige woorden: als een van de deeltjes een positieve heliciteit heeft, krijgt het tweede onmiddellijk een positieve heliciteit. Deze relatie vindt plaats ongeacht de afstand.

Wie heeft de kwantumcomputer uitgevonden?

De basis van de kwantummechanica werd aan het begin van de vorige eeuw als hypothese geschetst. De ontwikkeling ervan wordt geassocieerd met briljante natuurkundigen als Max Planck, A. Einstein, Paul Dirac. In 1980 stelde Yu Antonov het idee van de mogelijkheid van kwantumcomputers voor. Een jaar later modelleerde Richard Feineman theoretisch de eerste kwantumcomputer.

Nu bevindt de creatie van quantumcomputers zich in de ontwikkelingsfase en is het zelfs moeilijk voor te stellen waartoe een quantumcomputer in staat is. Maar het is absoluut duidelijk dat het beheersen van deze richting mensen veel nieuwe ontdekkingen zal opleveren op alle gebieden van de wetenschap, hen in staat zal stellen in de micro- en macrowereld te kijken en meer te leren over de aard van de geest en genetica.