Ciddi bir kuantum bilgisayarlar için hazır. Ne yapabileceklerini?

Küçük Bir laboratuvar yemyeşil kırsal yüz kilometre kuzeyinde New York, tavandan sarkan zorlu bir karışıklık tüpler ve elektronik. Bu bilgisayar, izin ve dağınık bir görünüm. Ve bu en normal bir bilgisayar. Belki de, onun için yaratılmışız olmak için önemli bir tarih. Kuantum bilgisayarları üretmek için söz hesaplama ötesinde ulaşılabilecek herhangi sıradan bir süper-bilgisayar. Onlar-ebilmek üretmek alanında devrim yaratmak, yeni malzemeler, izin davranışını taklit madde kadar atomik düzeyde. Onlar-ebilmek getirmek için şifreleme ve bilgisayar güvenliği yeni bir seviyeye açık çatlama şimdiye kadar haşin kodları. Orada bile bir umut onlar çıkarmaları yapay zeka, yeni bir düzeye yardım, daha etkili bir eleme ve geri dönüşüm verileri.

Ve şimdi, yıllar sonra, kademeli ilerleme, bilim adamları, son olarak, yakın kuantum bilgisayarlar oluşturmak için yeterince güçlü yapmak için ne sıradan bir bilgisayar yapmak değil. Bu güzel bir dönüm noktası «olarak adlandırılan, kuantum üstünlüğü». Hareket, bu yer işaretini harita üzerinde kafaları Google, takip, Intel ve Microsoft. Bunların arasında iyi finanse edilen start-up: Rigetti Computing, İonQ, Quantum Circuits, ve diğerleri.

Ve yine hiç kimse ile mukayese edilemez IBM bu alanda. 50 yıl önce bir şirket başarılar elde malzeme bilimi, bir bir temel hazırladı için bilgisayar devrimi. Bu nedenle geçen ekim ayında MIT Technology Review gitti Araştırma merkezi, Thomas Watson bir IBM, bir soruyu cevaplamak için: daha bir kuantum bilgisayar iyi mi? Alabilirim inşa, pratik, güvenilir bir kuantum bilgisayar nedir?

Neden ihtiyacımız var kuantum bilgisayar nedir?

Bu araştırma merkezi, yakın Yorktown Heights, biraz benzer bir uçan daire gibi, niteliğindedir, 1961 yılında. O mimar-неофутуристом Eero Саариненом ve inşa sırasında doruk IBM yaratıcısı olarak büyük ana bilgisayarlar, bir iş için. IBM oldu en büyük bilgisayar şirketi, dünyada son on yıl içinde inşaat araştırma merkezi haline gelmiştir beşinci dünyanın en büyük şirketi, hemen sonra Ford ve General Electric.

Olsa da, koridorlar, binanın bakmak köyü, tasarım budur, ne bir ofis içinde bir pencere yok. Bir tür oda ve geldi Charles Bennett. Şimdi 70 yaşında var büyük beyaz bıyıkları, o siyah çorap giyen, sandalet ve hatta kalem kutusu kulplu. Çevrili eski bilgisayar monitörleri, kimyasal modelleri ve beklenmedik bir şekilde, küçük bir disko topu, o hatırladı doğum kuantum hesaplama, sanki dündü.

Bennett katıldı IBM 1972 yılında, kuantum fiziği zaten yarım yüzyıl, ama hesaplamalar hala dayanıyordu klasik fizik ve matematiksel bir teori bilgileri Claude Shannon tarafından geliştirilen MIT 1950'lerde. Tam olarak Shannon tespit sayısı, bilgi sayısı, bir «bit» (bu terim o популяризовал, ama icat değil), onun için gerekli depolama. Bu bit, 0 ve 1 ikili kod temelini oluşturan geleneksel hesaplama.

Bir yıl sonra, varış, Yorktown Heights Bennett yardım için zemin hazırlamaya teorisi, kuantum bilgi meydan bir önceki. Kullandığı tuhaf davranış, nesnelerin atomik ölçekte. Bu ölçekte bir parçacık olabilir, bir «süperpozisyon» gibi durumları (yani, çok sayıda pozisyonları) aynı anda. İki parçacık da olabilir «kolaylığı», yani değişen bir durum anında tepki ikinci.

Bennett ve diğer fark, bazı özel hesaplamalar için çok fazla yer kaplar, zaman ya da tamamen imkansız olabilirdi verimli bir şekilde yürütmek için kullanarak kuantum olayları. Kuantum bilgisayar bilgileri depolar kuantum bit veya кубитах. Qubits bulunabilir суперпозициях birler ve sıfırlar (1 ve 0) ve dolanması ve engelleme için kullanabileceğiniz bir arama bilgi işlem çözümleri engin gibi durumları. Karşılaştırmak için kuantum ve klasik bilgisayarlar tam olarak doğru değil, ama somut anlamda, bir kuantum bilgisayar ile birkaç yüz cubit üretebilir daha fazla hesaplama, aynı anda daha atom bilinen evrendeki.

Yaz aylarında 1981 tarihinde, IBM ve MIT düzenlenen önemli bir etkinlik «başlıklı İlk konferans, fizik hesaplamalar». Bu gerçekleştirildi otel Endicott House, konakta fransız tarzı yakın kampüs MİT.

Bir fotoğraf Bennett yapılan bir konferans sırasında, çim üzerinde görebilirsiniz bazı en etkili isimlerinden bilgisayar tarihinin ve kuantum fiziği de dahil olmak üzere Conrad Зузе geliştirilen ilk programlanabilir bilgisayar, ve Richard Feynman, yapmış önemli bir katkı kuantum teorisi. Feynman düzenlenen bir konferansta önemli bir konuşma, hangi kaldırdı kullanma fikri kuantum etkileri için hesaplama.

«En büyük sarsıntı kuantum bilgi teorisi alınan Feynman» diyor Bennett. «Dedi ki: doğa kuantum, annesi! Eğer biz onu taklit ihtiyacımız var kuantum bilgisayar».

Kuantum bilgisayar, IBM — biri en umut verici mevcut tüm yer koridordan ofis Bennett. Bu makine üretmek için tasarlanmış ve manipülasyon önemli bir unsur kuantum bilgisayar: кубитами bilgi saklamak.

arasındaki Uçurum, hayal ve gerçek

Makine IBM kullanır kuantum olayları meydana süperiletken malzemeler. Örneğin, bazen bir akım akar saat yönünde ve saat yönünün tersine bir anda. Bilgisayar IBM kullanır сверхпроводниковыеcips, qubit oluşturan iki farklı elektromanyetik enerji durumu.

Сверхпроводимый yaklaşım bir çok avantajı vardır. Donanım oluşturabilir kullanarak, iyi bilinen köklü bir yöntem ve sistem yönetimi için kullanabilirsiniz normal bir bilgisayar. Qubits bir сверхпроводящей düzeni kolayca yenik manipülasyon ve daha az ... ... daha bireysel fotonlar ya da iyonlar.

Kuantum laboratuvarı IBM mühendisleri üzerinde çalışan bir bilgisayar versiyonu ile 50 кубитами. Sen çalıştırmak simülatörü basit bir kuantum bilgisayar üzerinde normal bir bilgisayara, ama 50 кубитах neredeyse imkansız olacak. Yani IBM teorik yaklaşımlar noktasında olduğu bir kuantum bilgisayar sorunları çözmek mümkün bulunmayan klasik bilgisayar: başka bir deyişle, kuantum mükemmellik.

Ancak bilim adamları, IBM söyleyecektir kuantum üstünlüğü bu неуловимая bir kavram. İhtiyacınız olacak tüm 50 cubit sorunsuz bir şekilde çalıştı, zaman gerçekte, kuantum bilgisayarlar çok acı bir hata. Ayrıca inanılmaz zor korumak qubits boyunca belirli bir süre zaman; onlar eğilimli «uyumsuzluk», yani kaybı onun hassas kuantum doğa, sanki bir yüzük duman çözülür en ufak bir дуновении meltem. Ve daha fazla cubit, daha zor ile başa çıkmak için, her iki görev.

«Eğer 50 veya 100 cubit ve onlar gerçekten çalıştı yeterince iyi olurdu, hem de tamamen kurtulmuş bir hata olabilir üretmek dipsiz hesaplama, imkansız oynatmak için herhangi bir klasik araba, ne şimdi, ne o zaman ne de gelecekte,» diyor Robert Шелькопф, Yale üniversitesi profesörü ve kurucusu şirket Quantum Circuits. «Arka taraf, kuantum hesaplama şudur ki, inanılmaz sayıda hata.»

Başka bir sebebi daha dikkatli olmasıdır değil açıkçası, ne kadar yararlı olacak hatta mükemmel işleyen bir kuantum bilgisayar. O sadece hızlandırır çözüm herhangi bir görev, sen ona bırakabilir. Aslında, birçok doğum hesaplama o orantısız «aptal» klasik araba. Çok değil algoritmaları tanımlanmıştır bugüne kadar olan kuantum bilgisayar olacak bariz bir avantaj. Ve hatta onlarla bu avantaj olabilir kısa sürelidir. En ünlü kuantum algoritması tasarlanmış Peter Шором MIT, aramak için tasarlanmış basit çarpanları tamsayı. Çok iyi bilinen bir şifreleme düzeni güveniyor aslında bu ara çok zordur normal bir bilgisayara bağlayın. Ancak şifreleme, adapte olabilir ve yeni bir tür kod güveniyor üzerinde факторизацию.

Bu yüzden bile yaklaşırken 50-кубитной aşama, IBM araştırmacıları, kendilerini ortadan kaldırmak için çalışıyoruz bir yutturmaca. Masada koridorda çıkan bir yemyeşil çim açık, değer Jay Gambetta, yüksek avustralya, araştırma kuantum algoritmaları ve potansiyel uygulama için IBM donanım. «Biz eşsiz bir konumda» diyor, dikkatli kelimeleri seçerek. «Var bu cihaz için en zor şey, taklit klasik bir bilgisayar, ama bu kadar kontrol yeterli doğrulukla geçirmek için onun aracılığıyla bilinen algoritmalar».

Sağlar bir kez tüm айбиэмщикам umut bile неидеальный kuantum bilgisayar için yararlı olabilir.

Gambetta ve diğer araştırmacılar ile başladı uygulama Feynman öngören 1981 yılında. Kimyasal reaksiyonlar ve malzeme özellikleri belirlenir arasındaki etkileşimler atom ve moleküller. Bu etkileşimler tarafından yönetilen kuantum olaylar. Kuantum bilgisayar olabilir (en azından teoride), onları taklit gibi değil normal.

Geçen yıl Gambetta ve arkadaşları IBM kullanılan семикубитную makine simülasyonu için doğru bir yapı yok berilyum. Oluşan sadece üç atom, bu molekül, en zor olan tüm моделировались kullanımı ile kuantum sistemi. Sonunda bilim adamları kullanmak mümkün olacak kuantum bilgisayarlar için tasarım verimli güneş hücreleri, ilaç veya katalizörler dönüştürmek güneş ışığı bir yakıttır.

Bu amaç, tabii ki, hala hayal edilemeyecek kadar uzak. Ama dediği gibi Gambetta, değerli sonuçlar elde edilebilir zaten çalışan bir çift kuantum ve klasik bir bilgisayar.

için fizik bir rüya, bir mühendis için kabus

«Hissi bastırıyor farkındalık kuantum hesaplama gerçek» diyor Isaac Chuan, MIT profesörü. «Bu artık bir rüya fizik — kabus mühendisi».

Chuan gelişmesine yol açtı ilk kuantum bilgisayar, çalışma, IBM Альмадене, Ca, sonunda, 1990'ların, 2000'lerin başında. Gerçi artık onlara çalışıyor, o da inanıyor, biz bir şey erken, çok büyük ve kuantum hesaplama sonunda rol oynayacağına bile geliştirilmesinde yapay zeka.

O da şüpheleniyor devrim değil, başlayacak sürece, yeni bir nesil öğrenci ve hackerlar başlar oynamak için nasıl makineleri. Kuantum bilgisayarlar gerektirir değil sadece, diğer programlama dilleri, ama temelde farklı bir düşünme biçimi programlama hakkında. Dediği gibi Gambetta, «biz aslında bilmiyoruz, eşdeğer «Merhaba dünya» kuantum bilgisayar».

Ama aramaya başlar. 2016 yılında IBM gelişi güzel küçük bir kuantum bilgisayar ile bulut. Aracını kullanarak programlama QİSKit çalıştırabilirsiniz basit bir program;binlerce insan, akademisyenler kadar öğrencilerin, önceden oluşturduğunuz bir program QİSKit işleyen, basit bir kuantum algoritmaları. Şimdi Google ve diğer şirketler de anlaması için deneyin kuantum bilgisayarlar online. Onlar çok yetenekli, ama insanlara vermek ne deneyim fırsatı kuantum hesaplama.