Combien sommes-nous à construire un ordinateur quantique?

La Course en plein essor. L'entreprise leader dans le monde en essayant de créer le premier ordinateur quantique, qui est basée sur la technologie, depuis longtemps promettre aux scientifiques d'aider à l'élaboration d'admirables de nouveaux matériaux, l'idéal du chiffrement des données et précis de la prévision du changement climatique de la Terre. Une telle machine est probable que pas moins de dix ans, mais cela ne les empêche pas, IBM, Microsoft, Google, Intel et d'autres. Ils sont littéralement la pièce exposent bits quantiques ou кубиты – processeurs puce. Mais le chemin d'accès à l'informatique quantique implique beaucoup plus que de la manipulation de субатомными particules.

Un Qubit peut représenter de 0 et 1 à la fois, grâce au phénomène quantique de superposition. Cela vous permet de кубитами passer une énorme quantité de calculs simultanément, augmentant considérablement la vitesse de calcul et la capacité. Mais il existe différents types de кубиты, et ils ne sont pas tous créés égaux. Dans le programmable кремниевом quantique de la puce, par exemple, la valeur du bit (1 ou 0) est la direction de l'électron. Cependant кубиты sont extrêmement fragiles, et certaines besoin d'une température de 20 милликельвинов 250 fois plus froid que dans l'espace profond, pour rester stable.

Bien Sûr, un ordinateur quantique n'est pas seulement le processeur. Ces systèmes de nouvelle génération, il faudra de nouveaux algorithmes, de nouveaux logiciels, la connexion et le tas n'a pas encore inventé la technologie, tirent profit de l'immensité de la puissance de calcul. En outre, les résultats des calculs de besoin d'un endroit pour stocker.

«Si tout n'était pas si difficile, nous aurions déjà fait un, dit Jim Clark, directeur quantique l'équipement Intel Labs. Au CES cette année, Intel a présenté 49-кубитовый processeur sous le nom de code de Tangle Lake. Il y a plusieurs années, la société a créé un environnement virtuel pour le test quantique; il utilise un puissant supercalculateur Stampede (université du Texas) pour la simulation de 42 кубитового du processeur. Cependant, pour réellement comprendre la façon d'écrire SUR les ordinateurs quantiques, besoin de simuler des centaines ou même des milliers de qubits, dit Clark.

Scientific American a pris le Clark de l'interview, dans laquelle il a parlé des différentes approches pour construire un ordinateur quantique, pourquoi sont-ils si fragiles et pourquoi toute cette idée prend beaucoup de temps. Il vous sera intéressant.

Que les calculs sont différents de ceux traditionnels?

La Commune de la métaphore, qui est utilisé pour la comparaison des deux types de calculs, — c'est une pièce de monnaie. Dans le style traditionnel de l'informatique un processeur, un transistor ou «pile» ou «face». Mais si vous demandez quel type de partie regarde la pièce de monnaie, quand tourne, vous dites que la réponse peut être l'un et l'autre. De cette façon l'informatique quantique. Au lieu de bits qui représentent 0 ou 1, vous avez un bit quantique, qui est à la fois présente et 0 et 1 jusqu'à ce que le qubit arrête de tourner et n'entrera pas dans l'état de repos.

L'Espace d'état ou la capacité à trier l'énorme nombre de combinaisons possibles – dans le cas quantique de l'ordinateur de façon exponentielle. Imaginez que j'ai dans la main de deux pièces et je puis lancez dans l'air en même temps. Jusqu'à ce qu'ils tournent, ils représentent les quatre états possibles. Si je vais lancer trois pièces de monnaie en l'air, ils vont représenter huit états possibles. Si je vais lancer en l'air de cinquante pièces de monnaie et de vous demander combien d'états qu'ils représentent, la réponse est un nombre qui n'est pas en mesure de calculer, même supercalculateur le plus puissant du monde. Trois cents pièces de monnaie est encore relativement faible et un nombre de représenter des états plus que d'atomes dans l'Univers.

Pourquoi кубиты ces fragiles?

La Réalité est que les pièces de monnaie, ou кубиты finalement s'arrête de tourner et коллапсируют d'un état, qu'il s'agisse de pile ou face. L'objectif de l'informatique quantique est, afin de maintenir la rotation de la superposition dans l'ensemble des états de longue durée. Imaginez que j'ai sur la table tourne la pièce et quelqu'un qui pousse la table. La pièce de monnaie peut tomber plus vite. Le bruit, le changement de température, les fluctuations électriques ou des vibrations peuvent empêcher le fonctionnement кубита et conduire à la perte de ses données. L'un des moyens de stabiliser кубиты de certains types de les maintenir dans un état froid. Nos кубиты travaillent dans le réfrigérateur de taille avec un baril de 55 gallons et utilisent spécial isotope de l'hélium pour le refroidissement de près à la température du zéro absolu.

Comment les différents types de qubits diffèrent entre eux?

Il n'y a pas moins de six ou sept différents types de qubits, et environ les trois-quatre d'entre eux sont activement en considération pour une utilisation dans les ordinateurs quantiques. La différence est dans la façon de manipuler кубитами et les faire communiquer entre eux. Vous avez besoin de deux кубита communiquaient entre eux, afin d'organiser de grandes «alambiquée» des calculs, et les différents types de qubits sont pris différemment. Décrit moi le type qui nécessite d'urgence de refroidissement, appelé сверхпроводящей un système qui comprend notre processeur Tangle Lake et les ordinateurs quantiques, construits Google, IBM et d'autres. D'autres approches utilisent oscillants charges issus des ions maintenu en place dans la chambre à vide des rayons laser – qui jouent le rôle de qubits. Intel n'a pas l'élaboration d'un système avec des ions piégés, parce que, pour cela, il faut une connaissance approfondie des lasers et de l'optique, nous ne sommes pas sous la force.

Cependant, nous étudions le troisième type, qui appelons en silicium spin-кубитами. Ils ressemblent exactement comme le traditionnel silicium transistors, mais opère un électron.Le spin-кубиты utilisent des micro-ondes à impulsions pour le contrôle du spin de l'électron et de la libération de son quantum de la force. Cette technologie est aujourd'hui moins mature que la technologie des qubits supraconducteurs, cependant, peut-être, a beaucoup plus de chances d'évoluer et de devenir un succès commercial.

Comment arriver à ce point là?

La Première étape – faire de ces puces quantiques. Dans le même temps, nous avons effectué une simulation sur un supercalculateur. Pour lancer un simulateur d'Intel, le besoin de l'ordre de cinq billions de transistors pour la modélisation 42 qubits. Pour atteindre commerciale de la portée besoin d'environ un million de qubits ou plus, mais, en commençant par le simulateur comme cela, vous pouvez construire l'architecture de base, des compilateurs et des algorithmes. Tant que nous n'apparaissent pas, les systèmes physiques, qui seront composées de quelques centaines à des milliers de qubits, on ne sait pas de quel type de logiciel est nous avons les exécuter. Il ya deux façons d'augmenter la taille de ce système: un – ajouter plus de qubits, qu'il faudra plus d'espace physique. Le problème est que si notre but est de créer des ordinateurs à un million de qubits, les mathématiques ne permettra pas leur bien à l'échelle. Une autre manière de compresser interne de la dimension d'un circuit intégré, mais une telle approche nécessiterait сверхпроводящей du système, mais elle doit être énorme. Spin-кубиты un million de fois moins, donc nous cherchons d'autres solutions.

En Dehors de cela, nous voulons améliorer la qualité de qubits, qui nous permettra de tester des algorithmes et de créer notre système. La qualité se réfère à la précision avec laquelle l'information est transmise avec le temps. Bien que de nombreuses pièces d'un tel système est d'améliorer la qualité, le plus grand des succès seront atteints grâce à l'élaboration de nouveaux matériaux et à l'amélioration de la précision des impulsions de micro-ondes et un autre e-box.

Récemment, le sous-comité sur le commerce digital et de la protection des droits des consommateurs des états-UNIS a tenu une audience sur les calculs quantiques. Que les législateurs veulent savoir à propos de cette technologie?

Il Ya plusieurs audiences, liés aux différents comités. Si vous prenez l'informatique quantique, on peut dire que c'est la technologie de l'informatique des 100 prochaines années. Pour les états-UNIS et d'autres gouvernements tout naturellement à s'intéresser à leur occasion. De l'union Européenne a un plan sur beaucoup de milliards de dollars de financement quantiques de la recherche sur l'ensemble de l'Europe. De la chine à l'automne dernier a annoncé une série de recherche sur la base de 10 milliards de dollars, qui s'occupera de l'informatique quantique. La question est: que nous pouvons faire en tant que pays à l'échelon national? La stratégie nationale de l'informatique quantique doit être géré par des universités, des gouvernements et de l'industrie, qui travaillent ensemble sur les différents aspects de la technologie. Les normes sont nécessaires sans aucun doute du point de vue de la communication ou de l'architecture logicielle. La force de travail représente également un problème. Maintenant, si j'ouvre un emploi d'expert de l'informatique quantique, les deux tiers des candidats seront probablement pas des etats-UNIS.

Quel impact peuvent avoir les calculs sur le développement de l'intelligence artificielle?

Généralement, les premières offertes par les algorithmes seront consacrés à la sécurité (par exemple, le chiffrement) ou de la chimie et de la modélisation des matériaux. Ce sont des problèmes qui sont fondamentalement неразрешимы pour des ordinateurs traditionnels. Cependant, il ya beaucoup de start-ups et les groupes de chercheurs travaillant sur les machines, la formation et l'IA avec l'introduction des ordinateurs quantiques, même théorique. Compte tenu des délais nécessaires pour le développement de l'IA, je m'attendais à de l'apparition traditionnelles puces, optimisés spécialement pour les algorithmes d'IA, qui, à son tour, aura un impact sur le développement de puces quantiques. Dans tous les cas, l'IA va certainement pousser à cause de l'informatique quantique.

Quand nous verrons que le travail sur les ordinateurs quantiques décident de vrais problèmes?

Le Premier transistor a été créé en 1947. Le premier circuit intégré en 1958. Le premier microprocesseur Intel – qui contenait environ 2500 transistors est venu à la lumière seulement en 1971. Chacune de ces étapes a été divisée par plus d'une décennie. Les gens pensent que les ordinateurs quantiques voici déjà au coin, mais l'histoire montre que les réalisations nécessitent du temps. Si au bout de 10 ans, nous aurons un ordinateur quantique à plusieurs milliers de qubits, c'est certainement de changer le monde comme il a changé le premier microprocesseur.