Der Quanten-Computer. Warum Sie noch nicht gibt, obwohl Sie bereits besitzen?

Fünfzig Jahren Smartphones wären dann absolut magischen Computern. Genau so wie klassische Computer waren fast невообразимы zu früheren Generationen sind wir heute konfrontiert mit der Geburt einer völlig neuen Art von Computing: etwas so mystisches, dass es magisch nennen kann. Diese Quanten-Computer. Wenn das Wort «Quantum» ist Ihnen Fremd, Sie sind nicht allein. Dieses sehr kalt, klein, empfindlich und sehr seltsame Welt scheint zweifelhaft-System, auf dem angeboten wird, bauen die kommerziellen Computing-Maschine, aber das ist genau das, woran IBM arbeiten, , Rigetti Computing und andere Unternehmen.

Im Januar auf der CES im Rahmen der Initiative IBM Q zeigten System One (siehe oben): blendende, elegante und ähnlich der Kronleuchter-Maschine, die sich zu einem universellen System erste integrierte Quanten-Computing für den gewerblichen Einsatz, mit dem Sie spielen konnte jeder.

Über das Potenzial von Quanten-Computern gehört wohl jeder: Eigenschaften der Quantenphysik eröffnen die Massiv-parallele Schaltung von Berechnungen, die wahrscheinlich sorgen für große Sprünge Rechenleistung und da waren alle Transistor Supercomputer, mit denen wir konfrontiert werden — heute und morgen. Sie werden die Revolution im Bereich der Chemie, Pharmazie, Materialwissenschaften und des maschinellen Lernens.

Aber was genau macht einen solchen leistungsfähigen Quantencomputer? Lassen Sie uns zu verstehen.

Was ist кубиты?

Lassen Sie uns daran erinnern, wie funktionieren Quantencomputer.

Das Geheimnis Ihrer Meisterschaft in der Tatsache, dass Sie manipuliert кубитами. Alles, was verarbeitet klassische Computer — Text, Bild, Video und so weiter — besteht aus langen Strings von Nullen und Einsen oder Bits. Im Grunde bit ist ein Zustand aus zwei: ein/aus, entweder der Stromkreis angeschlossen ist oder nicht. In modernen Rechnern bit ist in der Regel eine elektrische Spannung oder Impuls-Spannung.

Quantencomputer hingegen verlassen sich auf кубиты. Wie binäre Bits, кубиты Berechnungen zugrunde liegen, mit einem großen Unterschied: кубиты, in der Regel sind сверхпроводниками Elektronen oder anderen subatomaren Partikeln. Kein Wunder, dass die Manipulation кубитами sind komplexe wissenschaftliche und technische Aufgabe. IBM zum Beispiel verwendet mehrere Schichten von supraleitenden Schaltkreisen, die in einer kontrollierten Umgebung und schrittweise auf Temperaturen abgekühlt, die niedriger als Weltraum — etwa dem absoluten Nullpunkt.

Da кубиты Leben in der Quanten-Realität, Sie haben eine erstaunliche Quanten-Eigenschaften.

Superposition, Verwirrung und Interferenz

Wenn das bit vorstellen wie eine Münze mit Adler (0) oder решкой (1), кубиты präsentiert sich drehenden Münze: in gewisser Weise ist Sie gleichzeitig auch die Adler und Zahl bei gleichbleibenden, wobei jeder Zustand hat eine bestimmte Wahrscheinlichkeit. Wissenschaftler verwenden kalibrierte mikrowellenimpulse zu legen кубиты in Superposition bilden; ebenso andere Frequenzen und die Dauer der Impulse kann das Qubit Flip, so dass er ein wenig in einem anderen Zustand (aber immer noch in Superposition).

Wegen Der überlagerung einzelne Qubit darstellen können viel mehr Informationen als binäre Bits. Dies ist teilweise aufgrund der Tatsache, dass bei der ersten Eingabe кубиты Durchlaufen können Brute-Force-Methode eine große Anzahl an möglichen Ergebnisse gleichzeitig. Die endgültige Antwort erscheint nur, wenn die Wissenschaftler Messen кубиты — ebenso, Verwendung von Mikrowellen-Signale — was bewirkt, dass Sie «kollabieren» in binärer Zustand. Oft Wissenschaftler haben Berechnungen mehrmals, um zu überprüfen Antwort.

Verwirrung — noch mehr tolle Sache. Die Anwendung von Mikrowellen-Impulsen auf ein paar cubits kann Sie so verwirren, dass Sie immer existieren in einem Quanten-Zustand. Dies ermöglicht es Wissenschaftlern, zu manipulieren verschlungenen Paaren cubits, indem man einfach den Status eines von Ihnen, selbst wenn Sie physikalisch getrennt großem Abstand, daher der «unheimliche Fernwirkung». Aufgrund der vorhersehbaren Natur der Verwirrung, hinzufügen cubits exponentiell erhöht die Rechenleistung eines Quantencomputers.

Interferenz — letzter Eigenschaften, die die Umsetzung von Quanten-algorithmen. Stellen Sie sich катящиеся Wellen: manchmal sind Sie einander passen (konstruktiv wirken), manchmal abgeschreckt (destruktiv). Verwendung Interferenz ermöglicht es Wissenschaftlern, die Statusüberwachung, die Stärkung der Art der Signale, die zur richtigen Antwort führen werden, annullieren und diejenigen, die falsche Antworten geben.

Wie programmiert Quanten-Computer?

Das Hauptziel besteht darin, zu Kodieren Teile der Aufgabe in einer schwierigen Quantenzustand mit кубиты, und dann diesen Zustand zu manipulieren, zu führen, ihn zu einer Entscheidung, die Sie Messen nach dem Zusammenbruch Superpositionen in deterministische Sequenz von Nullen (0) und Einsen (1).

Unklar? Lesen Sie noch einmal.

Klingt kompliziert, aber da alle Begriffe, die wir bereits zerlegt, kann man verstehen.

Wie bei der klassischen Programmierung, Sprachen Wissenschaftler entwickeln Low-Level-Assembler, die Maschine besser versteht, um von Ihnen zu High-Level-Sprachen und grafischen Schnittstellen, besser geeignet für den menschlichen Verstand. IBM Qiskit, Z. B. Experimentatoren sein können Aufgaben erstellen und ziehen Sie die Puzzle-Elemente.

Dämon dekohärenz

Warum Quantencomputer sind noch nicht an jeder Straßenecke verkauft werden? In gewissem Sinne, die Wissenschaftler versuchen zu bauenperfekte Maschinen der mangelhaften Teile. Quantencomputer sind extrem empfindlich gegenüber Störungen, Lärm und anderen Umwelteinflüssen, die dazu führen, deren Quantenzustand zu schwanken und verschwinden. Dieser Effekt wird als декогеренцией.

Für einige Experten dekohärenz ist ein Problem, Bindungs-Quantencomputer. Auch bei allen соблюденных Maßnahmen Lärm kann versickern in den Berechnungen. Wissenschaftler können Quanten-Informationen, solange Sie nicht verlieren Ihre Integrität unter dem Einfluss von dekohärenz, dass begrenzt die Anzahl der Berechnungen, die in Folge erzeugen kann.

Zarte Natur der quanteninformatik auch ist der Grund dafür, dass das blinde hinzufügen von cubits in das System macht es nicht unbedingt besser. Fehlertoleranz sorgfältig untersucht im Bereich der Quanten-Computing: nach der Logik, hinzufügen cubits einige Probleme kompensieren kann, aber für die Schaffung eines einheitlichen, zuverlässigen кубита für die übertragung von Daten потребутся Millionen von korrigierenden Fehler cubits. Und wir haben Sie heute nicht mehr 128. Vielleicht helfen intelligente algorithmen, die auch entwickelt werden.

Simulation der Quanten mit Hilfe der Quantencomputer

Da Big data jetzt ein heißes Thema, würde man erwarten, dass der Quanten-Computer werden besser, große Datenmengen zu verarbeiten als die klassischen. Aber es ist nicht so.

Stattdessen Quanten-Computern werden besonders gut in der Simulation der Natur. Zum Beispiel Quantencomputer verwendet werden könnten, um effizienter Aufbau von Molekülen Medikamente, weil Sie hauptsächlich arbeiten auf der gleichen Basis, und dass Moleküle, die Sie versuchen zu modellieren. Die Berechnung der Quanten-Zustand des Moleküls — eine unglaublich schwierige Aufgabe, die fast übermäßig ist unsere Computer, aber Quantencomputer bewältigen mit ihm zu jubeln.

Genau das gleiche Quantencomputer drehen können Bereich Werkstoffkunde oder übertragung von Informationen. Dank der Verschränkung, кубиты, physikalische großen Entfernung getrennt werden, können einen Kanal für die übertragung von Informationen, die aus wissenschaftlicher Sicht sicherer wird unsere bestehenden Kanäle. Quanten-Internet durchaus möglich ist.

Aber das interessante ist: wir wissen nicht nur erstaunliche Vielfalt von Fragen, die Sie versuchen zu lösen Quantencomputer. Nur mit einem kommerziellen Quantencomputer und den Menschen ermöglichen, mit ihm zu arbeiten, könnten wir planen, neue spannende Bereiche, die für diese faszinierende neue Technologie.

Und welche Aufgaben zu lösen versuchen würden, auf Quanten-Computer Sie? Erzählen Sie .