الحواسيب الكمومية. لماذا منهم حتى الآن ، على الرغم من أنها بالفعل ؟

قبل خمسين عاما, الهواتف الذكية قد يبدو تماما السحرية أجهزة الكمبيوتر. كما الكلاسيكية كانت أجهزة الكمبيوتر لا يمكن تصورها تقريبا من الأجيال السابقة ، ونحن اليوم نواجه ولادة نوع جديد تماما من الحوسبة: شيء غامض أنه يمكن أن يسمى السحر. إنها أجهزة الكمبيوتر الكم. إذا كانت كلمة "الكم" هو غير مألوف لك ، أنت لست وحدك. هذا رائع جدا, حساسة جدا في عالم غريب قد يبدو مشكوك النظام الذي يقترح بناء تجاري الحسابية آلة, ولكن هذا هو بالضبط ما كنت تعمل على IBM ، Rigetti الحوسبة وغيرها من الشركات.

في كانون الثاني / يناير ، CES في إطار مبادرة IBM س أظهر نظام واحد (انظر أعلاه): المبهرة ، رشيقة تشبه الثريا من السيارة التي أصبحت أول المتكاملة العالمية نظام الحوسبة الكمومية للاستخدام التجاري ، والتي يمكن أن تلعب الجميع.

عن إمكانات الحواسيب الكمومية سمع الجميع: خصائص فيزياء الكم نقدم نطاق واسع الحوسبة المتوازية مخططات والتي ربما سوف توفر قفزة هائلة في تجهيز الطاقة سوف يتفوق أي الترانزستور المستندة إلى أجهزة الكمبيوتر العملاقة, التي يمكن أن نواجهها اليوم وغدا. أنها سوف تحدث ثورة في مجال الكيمياء, المستحضرات الصيدلانية, علوم المواد, آلة التعلم.

ولكن بالضبط ما يجعل أجهزة الكمبيوتر الكم قوية جدا ؟ دعونا التعامل.

ما هو كوبيت?

بالنسبة للمبتدئين, تذكر كيف الكم أجهزة الكمبيوتر.

سر مهاراتهم أنهم التلاعب المكدسة. كل شيء يتعامل مع الكمبيوتر الكلاسيكية النص, الصور, أشرطة الفيديو وهلم جرا — يتكون من سلاسل طويلة من الأصفار و الآحاد ، أو بت. بطبيعتها بت يمثل دولة واحدة من اثنين: على/قبالة أو توصيل الدائرة الكهربائية أو لا. في أجهزة الكمبيوتر الحديثة ، بت عادة ما تكون ممثلة في الجهد الكهربائي أو نبض الحالية.

أجهزة الكمبيوتر الكم ، على النقيض من ذلك ، تعتمد على المكدسة. كما ثنائي بت ، المكدسة هي أساس الحساب ، مع فارق واحد كبير: المكدسة تميل إلى أن تكون الموصلات الفائقة ، الإلكترونات أو غيرها من الجسيمات دون الذرية. فإنه ليس من المستغرب أن التلاعب المكدسة تمثل العلمية المعقدة والهندسة المشكلة. IBM ، على سبيل المثال ، يستخدم عدة طبقات من التوصيل الدوائر التي هي في بيئة تسيطر عليها تدريجيا تبريدها إلى درجات حرارة أقل من الفضاء السحيق بالقرب من الصفر المطلق.

منذ المكدسة يعيش في الكم الواقع ، فقد ملحوظا خصائص الكم.

تراكب, التشابك و التداخل

إذا كان قليلا لتوفير مثل عملة مع نسر (0) أو ذيول (1) ، المكدسة هي ممثلة الغزل العملة: بمعنى كلاهما النسور ، ذيول, لكل دولة احتمال معينة. يستخدم العلماء معايرة ميكروويف البقول لوضع كوبيت في تراكب. وبالمثل ، والآخر تواتر ومدة هذه البقول يمكن أن نقف قليلا في كثير من الأحيان حتى أنه كان في بعض الدول الأخرى (ولكن لا يزال في تراكب).

بسبب تراكب الفرد كوبيت يمكن أن تمثل أكثر من ذلك بكثير المعلومات من بت ثنائي. وهذا يرجع جزئيا إلى حقيقة أنه عندما المدخلات الأولية المكدسة يمكن أن تذهب من خلال القوة الغاشمة عدد كبير من النتائج المحتملة في نفس الوقت. الجواب النهائي يظهر فقط عند العلماء قياس المكدسة — أيضا باستخدام الميكروويف إشارات ما يجعلها "انهيار" في ثنائي الشرط. في كثير من الأحيان العلماء إلى إجراء حسابات عدة مرات للتحقق من الاستجابة.

الارتباك هو أكثر مذهلة. تطبيق ميكروويف البقول على زوج من المكدسة يمكن الخلط بينهما بحيث سيكون موجودا دائما في نفس حالة الكم. فإنه يسمح للعلماء التلاعب متشابكا أزواج المكدسة ، وذلك ببساطة عن طريق تغيير الدولة من واحد منهم ، حتى لو كانوا فعليا يفصل بينهما مسافة كبيرة ، وبالتالي "العمل مجفل على مسافة". نظرا يمكن التنبؤ به الطبيعة من المشاركة ، إضافة المكدسة يزيد أضعافا مضاعفة من القوة الحسابية الكم الكمبيوتر.

تدخل آخر من الخصائص التي تنفذ الكم الخوارزميات. تخيل موجات المتداول: في بعض الأحيان أنها تدفع بعضها البعض (قانون البناء), و في بعض الأحيان مروي (المدمرة). استخدام التدخل يسمح للعلماء السيطرة على الدولة ، وتعزيز الإشارات التي تؤدي إلى الإجابة الصحيحة ، وإلغاء تلك التي تعطي إجابات غير صحيحة.

المبرمجة الكم الكمبيوتر ؟

الهدف ترميز جزء من المشكلة في مجمع الكم الدولة باستخدام المكدسة ، ومن ثم التعامل مع هذا الشرط لتحقيق ذلك إلى نوع من الحلول التي يمكن قياسها بعد انهيار عصبية في حتمية سلسلة من الأصفار (0) و منها (1).

تفهم ؟ نعيد قراءة.

يبدو معقدا ، ولكن لأن كل الشروط وقد سبق ، يمكن أن نفهم.

كما هو الحال مع الكلاسيكية البرمجة العلماء على تطوير اللغات لغة التجميع على مستوى منخفض من أن الجهاز يدرك فمن الأفضل أن تذهب إلى اللغات عالية المستوى و واجهات المستخدم الرسومية ، فمن الأنسب أن العقل البشري. IBM Qiskit ، على سبيل المثال ، يسمح المجربون إلى إنشاء المهام و قم بسحب وإسقاط عناصر المنطق.

شيطان التعارض

لماذا أجهزة الكمبيوتر الكم لم تباع في كل زاوية ؟ بمعنى أن العلماء يحاولون بناءالكمال آلة من أجزاء ناقصة. أجهزة الكمبيوتر الكم حساسة للغاية الاضطرابات ، الضوضاء والتأثيرات البيئية الأخرى ، الأمر الذي يجعل الكم الدولة نتردد وتختفي. ويسمى هذا التأثير التعارض.

بعض الخبراء التعارض مشكلة المقيدة على حساب الكم. حتى مع كل لوحظ التدابير الضوضاء يمكن أن تتسرب إلى الحسابات. العلماء يمكن تخزين المعلومات الكم طالما أنها لا تفقد سلامتها تحت تأثير التعارض ، مما يحد من عدد الحسابات التي يمكن أن يؤديها في صف واحد.

الطبيعة الحساسة الحوسبة الكمومية هو أيضا السبب في أن الأعمى إضافة المكدسة أن النظام ليس بالضرورة جعلها أكثر قوة. خطأ التسامح هو التحقيق بعناية في مجال الحوسبة الكمومية: المنطق ، إضافة المكدسة يمكن أن تعوض عن بعض المشاكل, ولكن لخلق واحد موثوق كوبيت لنقل البيانات اللازمة الملايين من تصحيح الأخطاء المكدسة. و نحن اليوم ليست أكبر من 128. قد تساعد خوارزميات ذكية ، والتي يجري أيضا.

الكم المحاكاة باستخدام أجهزة الكمبيوتر الكم

البيانات الكبيرة هو الآن موضوع ساخن ، يتوقع المرء أن أجهزة الكمبيوتر الكم أفضل التعامل مع مجموعات كبيرة من البيانات من الكلاسيكية. ولكن الأمر ليس كذلك.

بدلا من أجهزة الكمبيوتر الكم جيدة بشكل خاص في النمذجة الطبيعة. على سبيل المثال, الحوسبة الكمومية يمكن أن يستخدم على نحو أكثر فعالية في بناء جزيئات الأدوية لأنها أساسا العمل على نفس الأساس الجزيئات التي يحاولون محاكاة. حساب الكم الدولة من جزيء معقد بشكل لا يصدق المهمة التي من المستحيل تقريبا مع أجهزة الكمبيوتر لدينا ، ولكن أجهزة الكمبيوتر الكم يمكن التعامل معها الحماس.

كما الحوسبة الكمومية يمكن أن تحدث ثورة في مجال العلوم المادية أو نقل المعلومات. بفضل التشابك ، المكدسة المادية متباعدة ، يمكن إنشاء قناة لنقل المعلومات من وجهة نظر علمية سيكون أكثر أمانا بالنسبة لنا القنوات القائمة. الكم الإنترنت غير مجدية تماما.

ولكن الأكثر إثارة للاهتمام هو هذا: نحن لا نعرف حتى مجموعة متنوعة مذهلة من القضايا التي يمكن أن محاولة حل الحواسيب الكمومية. مجرد وجود التجاري الكم الكمبيوتر مما يسمح للناس بالعمل معه ، يمكننا تحديد الجديدة مثيرة للاهتمام المناطق المناسبة لهذا مذهلة التكنولوجيا الجديدة.

و ما المشكلة محاولة حل على جهاز كمبيوتر الكم تحتاج ؟ قل لنا .