خطيرة أجهزة الكمبيوتر الكم جاهزة للاستخدام. ما يمكن القيام به ؟

في مختبر صغير في الريف الخصبة حوالي مائة كيلومتر إلى الشمال من مدينة نيويورك من السقف توقف متشابكة معقدة من الأنابيب و الالكترونيات. هو جهاز كمبيوتر ، وإن كان فوضوي. و ليس الكمبيوتر العادية. ربما كان مقدرا لها أن تصبح واحدة من أهم في التاريخ. أجهزة الكمبيوتر الكم وعد لأداء العمليات الحسابية ما هو أبعد من متناول أي التقليدية العملاق. أنها يمكن أن تنتج ثورة في مجال إنشاء مواد جديدة ، مما يسمح لمحاكاة سلوك المسألة وصولا إلى المستوى الذري. فإنها يمكن أن تجلب التشفير و أمن الكمبيوتر إلى مستوى جديد ، كسر لا يمكن اختراقها حتى الآن رموز. بل هناك أمل أنها سوف تجلب الذكاء الاصطناعي إلى مستوى جديد سوف تساعده على نحو أكثر فعالية التدقيق و معالجة البيانات.

و الآن فقط, بعد عقود من التقدم المطرد العلماء أخيرا على مقربة من خلق كمبيوتر الكم, قوية بما فيه الكفاية للقيام بما أجهزة الكمبيوتر العادية لا تستطيع أن تفعل. هذه المعالم الجميلة تسمى "الكم التفوق". الحركة إلى هذا المعلم يرأس جوجل ، تليها Intel و Microsoft. من بينها — حسنا-تمويل الشركات الناشئة: Rigetti الحوسبة IonQ الكم الدوائر ، وغيرها.

و مع ذلك لا أحد يمكن أن تتطابق مع IBM في هذا المجال. قبل 50 عاما ، حققت الشركة تقدما في علوم المواد ، والتي وضعت أسس ثورة الكمبيوتر. حتى تشرين الأول / أكتوبر الماضي ، MIT Technology Review ذهبت إلى مركز أبحاث توماس جي واتسون في IBM الإجابة على السؤال: ما هو جهاز كمبيوتر الكم. هل من الممكن لبناء عملية وموثوق بها الكم الكمبيوتر ؟

لماذا نحن بحاجة إلى الكم الكمبيوتر ؟

هذا مركز أبحاث يقع في مرتفعات يوركتاون ، يشبه الصحن الطائر كما كان في عام 1961. تم تصميمه من قبل المهندس المعماري ييرو neofuturists سارينن و بنيت خلال ذروة IBM وخالق كبيرة كبيرة للأعمال التجارية. IBM أكبر شركة كمبيوتر في العالم ، وأكثر من عشر سنوات من بناء مركز أبحاث أصبحت خامس أكبر شركة في العالم بعد "فورد" و "جنرال إلكتريك".

على الرغم من أروقة المبنى تبحث على القرية ، تصميم مثل هذا أن أيا من داخل مكاتب لا توجد فيها نوافذ. في واحدة من هذه الغرف وجدت تشارلز بينيت. الآن هو 70 ، كان قد بيضاء كبيرة السوالف, كان يرتدي الأسود الجوارب مع الصنادل و حتى قلم رصاص القضية مع مقابض. محاطة القديمة شاشات الكمبيوتر الكيميائية نماذج, بشكل غير متوقع, صغير ديسكو الكرة, انه يتذكر ولادة الحوسبة الكمومية كما لو كان بالأمس.

عندما بينيت انضم IBM في عام 1972 ، فيزياء الكم بالفعل نصف قرن ، ولكن الحسابات لا تزال تعتمد على الفيزياء الكلاسيكية و الرياضية نظرية المعلومات التي كلود شانون المتقدمة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في 1950s. ما شانون كميا المعلومات من قبل عدد من "بت" (مصطلح شاع ، ولكن ليس اخترع) المطلوبة للتخزين. هذه القطع ، 0 و 1 رمز ثنائي شكلت أساس الحساب التقليدية.

بعد سنة من وصوله في مرتفعات يوركتاون ، بينيت قد ساعدت على وضع أسس الكم من المعلومات النظرية التي تطعن في السابق. أنها تستخدم السلوك الغريب من الأشياء في المقياس الذري. في مثل هذه المقاييس الجسيمات يمكن أن توجد في "تراكب" من دول متعددة (العديد من المناصب) في نفس الوقت. اثنين من الجسيمات يمكن أن تكون "شرك" حتى أن تغيير الدولة من أحد يستجيب على الفور الثاني.

بينيت وغيرها من المفهوم أن بعض أنواع الحسابات التي تأخذ الكثير من الوقت ، أو حتى من المستحيل ، يمكن أن تنفذ على نحو فعال مع مساعدة من الكم الظواهر. الكم الكمبيوتر بتخزين المعلومات في البتات الكمومية ، أو المكدسة. المكدسة يمكن أن توجد في عصبية من الآحاد والأصفار (1 و 0) ، و الارتباك و التدخل يمكن استخدامها للبحث عن حلول الحوسبة في عدد كبير من الدول. مقارنة الكم الكلاسيكية أجهزة الكمبيوتر ليست على حق تماما ولكن متحدثا المجازي ، جهاز كمبيوتر الكم من عدة مئات المكدسة يمكن أن تنتج المزيد من الحسابات في وقت واحد من هناك الذرات في الكون المعروف.

في صيف عام 1981 من قبل IBM ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، نظمت الحدث التاريخي يسمى "المؤتمر الأول في الفيزياء الحاسوبية". فقد عقدت في فندق Endicott منزل, قصر على الطراز الفرنسي بالقرب من حرم معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

في الصورة التي بينيت خلال المؤتمر على العشب, يمكنك أن ترى بعض من الشخصيات الأكثر تأثيرا في تاريخ الحوسبة فيزياء الكم ، بما في ذلك كونراد سوسة التي وضعت أول برمجة الكمبيوتر ، ريتشارد فاينمان الذي قدم مساهمات هامة فى نظرية الكم. فاينمان أبقى على مفتاح خطاب المؤتمر الذي أثار فكرة استخدام تأثيرات الكم على حساب.

"دفعة كبيرة من الكم من المعلومات النظرية التي تلقاها من فاينمان" ، ويقول بينيت. "قال: الطبيعة الكم أمها! إذا أردنا محاكاة ذلك ، نحن بحاجة إلى جهاز كمبيوتر الكم."

كمبيوتر الكم, IBM هي واحدة من أكثر واعدة من كل شيء ، هو أسفل القاعة من مكتب بينيت. هذا الجهاز هو المقصود من إنشاء ومعالجة عنصر هام من جهاز كمبيوتر الكم: المكدسة التي تخزن المعلومات.

الهوة بين الواقع و الحلم

IBM الجهاز يستخدم الكم من الآثار التي تحدث في المواد فائقة التوصيل. على سبيل المثال, في بعض الأحيان التدفقات الحالية في اتجاه عقارب الساعة ثم عكس عقارب الساعة في نفس الوقت. كمبيوتر IBM يستخدم فائقة التوصيلرقاقة ، حيث كوبيت يتكون من اثنين من مختلف الطاقة الكهرومغناطيسية.

على رأس خط نقل نهج لديها العديد من المزايا. الأجهزة يمكن إنشاؤها باستخدام المعروفة والأساليب ، والسيطرة على النظام ، يمكنك استخدام الكمبيوتر العادية. المكدسة في التوصيل الدائرة يسهل التلاعب و هي أقل حساسية من الفوتونات الفردية أو أيونات.

في الكم مختبر IBM المهندسين يعملون على نسخة من الكمبيوتر مع 50 المكدسة. يمكنك تشغيل جهاز محاكاة بسيطة من جهاز كمبيوتر الكم على الكمبيوتر التقليدية ، ولكن مع 50 المكدسة سيكون من المستحيل تقريبا. وهذا يعني IBM من الناحية النظرية تقترب من نقطة أبعد من أي جهاز كمبيوتر الكم يمكن أن تحل مشاكل الوصول إلى الكمبيوتر التقليدية: وبعبارة أخرى ، فإن الكم التفوق.

ولكن العلماء من IBM سوف أقول لكم أن الكم التفوق هو مفهوم بعيد المنال. سوف تحتاج إلى أن يكون كل 50 ذراعا عملت الكمال ، عندما في الواقع أجهزة الكمبيوتر الكم تعاني من أخطاء. أيضا من الصعب بشكل لا يصدق للحفاظ على المكدسة خلال فترة معينة من الزمن ؛ فإنها تميل إلى أن "التعارض" ، فقدان حساسة الكم الطبيعة مثل حلقة الدخان يذوب في أدنى نسيم. وأكثر المكدسة ، وأكثر صعوبة في التعامل مع كل من المهام.

"إذا كان لديك 50 أو 100 المكدسة ، وأنها حقا سوف تعمل بشكل جيد بما فيه الكفاية ، كانت خالية تماما من الأخطاء التي قد تجعلها غير مفهومة الحسابات التي سيكون من المستحيل إعادة إنتاج أي سيارة كلاسيكية, لا الآن ولا بعد ذلك أو في المستقبل" يقول روبرت Selikoff, أستاذ في جامعة ييل ومؤسس الكم الدوائر. "الجانب الآخر من الحوسبة الكمومية هو أن هناك عدد لا يصدق من فرص الخطأ".

سبب آخر الحذر هو أنه ليس من الواضح تماما كيف قد يكون من المفيد حتى تعمل بشكل الكم الكمبيوتر. لأنه لا يسرع في حل من أي المهام التي يمكنك رمي. في الواقع ، في العديد من أنواع الحوسبة ، سيكون من غير متناسب "أغبى" من السيارات الكلاسيكية. لا العديد من الخوارزميات تم تحديدها حتى الآن في أي جهاز كمبيوتر الكم لديهم ميزة واضحة. حتى مع هذه الميزة قد تكون قصيرة الأجل. الأكثر شهرة خوارزمية الكم تطويرها من قبل بيتر شور من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، وتهدف إلى إيجاد العوامل الرئيسية من عدد صحيح. العديد من المعروف التشفير مخططات تعتمد على حقيقة أن هذا البحث هو من الصعب للغاية إجراء طبيعي الكمبيوتر. ولكن التشفير يمكن أن تتكيف وخلق أنواع جديدة من التعليمات البرمجية ، وليس الاعتماد على التعميل.

هذا هو السبب, حتى تقترب من 50-cubitas معلما ، IBM الباحثين يحاولون تبديد هذه الضجة. على طاولة في الرواق الذي يطل على الحديقة المورقة الخارج هو جاي Gambetta, طويل القامة الأسترالية ، واستكشاف الكم الخوارزميات و التطبيقات المحتملة IBM المعدات. "نحن في موقف فريد من نوعه" كما يقول ، بعناية اختيار كلماتها. "لدينا جهاز هو الأكثر صعوبة التي يمكن أن تكون محاكاة على الكمبيوتر الكلاسيكية ، ولكن ذلك لم يتم التحكم بدقة كافية لتنفيذ ذلك من خلال بعض الخوارزميات".

ما الذي يجعل كل ilimskom الأمل حتى الكمال الكم الكمبيوتر يمكن أن تكون مفيدة.

Gambetta وغيرهم من الباحثين بدأت مع تطبيق فاينمان توقع مرة أخرى في عام 1981. التفاعلات الكيميائية وخصائص المواد هي التي تحدد التفاعلات بين الذرات و الجزيئات. هذه التفاعلات هي التي تسيطر عليها الكم الظواهر. جهاز كمبيوتر الكم يمكن (نظريا على الأقل) إلى نموذج لهم كما لا يمكن التقليدية.

في العام الماضي ، Gambetta وزملاؤه في IBM يستخدم semicubical آلة دقيقة نمذجة هيكل البريليوم هيدريد. التي تتكون من ثلاث ذرات هذا الجزيء الأكثر تعقيدا التي تم محاكاة مع استخدام الكم. في نهاية المطاف العلماء سوف تكون قادرة على استخدام أجهزة الكمبيوتر الكم تصميم كفاءة الخلايا الشمسية, المخدرات أو المحفزات التي تحول أشعة الشمس إلى وقود نظيف.

هذه الأهداف بالطبع لا تزال لا يمكن تصوره من بعيد. ولكن يقول Gambetta, نتائج قيمة يمكن أن تكون مشتقة من إقران الكم الكلاسيكية أجهزة الكمبيوتر.

فيزياء حلم المهندس كابوس

"الضجيج هو دفع الوعي بأن الحوسبة الكمومية حقيقي" يقول إسحاق تشوانغ ، وهو أستاذ في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. "هذا ليس حلم الفيزياء هو كابوس المهندس".

تشوان أدى تطوير أول أجهزة الكمبيوتر الكم يعمل في شركة IBM في مادن ، كاليفورنيا ، في أواخر 1990 وأوائل 2000 المنشأ. على الرغم من انه لم يعد يعمل بالنسبة لهم ، كما يعتقد أننا في بداية شيء كبير جدا و أن الحوسبة الكمومية في نهاية المطاف سوف تلعب دورا في تنمية الذكاء الاصطناعي.

كما يشتبه في أن الثورة لن تبدأ حتى جيل جديد من الطلاب قراصنة تبدأ للعب عملية آلة. أجهزة الكمبيوتر الكم تتطلب ليس فقط في لغات البرمجة المختلفة ، ولكن أيضا بطريقة مختلفة جذريا من التفكير في البرمجة. كما Gambetta يقول: "نحن حقا لا نعرف ما يعادل "مرحبا العالم" على جهاز كمبيوتر الكم."

ولكن بدأنا ننظر. في عام 2016 ، IBM انضم صغيرة كمبيوتر الكم مع السحابة. باستخدام أداة البرمجة QISKit ، يمكنك تشغيل بسيطة البرامج ؛ الآلاف من الناس من الأكاديميين للطلاب خلقت برامج QISKit أن التعامل مع بسيطة الكم الخوارزميات. الآن جوجل وغيرها من الشركات تحاول أيضا على أجهزة الكمبيوتر الكم على الانترنت. لم يستطيعوا فعل الكثير, ولكن إعطاء الناس الفرصة لتجربة ما على حساب الكم.