Kuantum bilgisayarlar. Neden hala yok, onlar zaten var mı?

Elli yıl önce akıllı telefonlar gibi görünüyordu olurdu tamamen büyülü bilgisayarlar. Tıpkı klasik bilgisayarlar neredeyse невообразимы önceki nesiller, bugün karşılaştığımız doğum ile tamamen yeni bir tür hesaplama: bir şey çok mistik, ne denilebilir sihirli. Bu, kuantum bilgisayarlar. Eğer kelime «kuantum» size yabancı, yalnız değilsiniz. Bu çok soğuk, küçük, hassas ve çok garip bir dünya gibi görünebilir şüpheli bir sistemi, hangi oluşturmak için önerilmektedir ticari işlem makine, ama bu tam olarak ne üzerinde çalışan IBM , Rigetti Computing ve diğer şirket.

Ocak ayında CES girişimi kapsamında IBM Q gösterdi System One (yukarıya bakınız): göz kamaştırıcı, şık ve benzer bir avize bir makine haline gelmiştir ilk entegre üniversal kuantum hesaplama ticari kullanım için, hangi olabilir oynamak her.

Potansiyel kuantum bilgisayarlara duydum, muhtemelen her: özellikleri kuantum fiziği açmak massively paralel devreler hesaplama, muhtemelen sağladığı büyük at yarışı işlem gücü ve опередят herhangi bir transistörlü süper, biz-ebilmek karşılaşmak — bugün ve yarın. Onlar üretecek devrim, kimya, eczacılık, malzeme bilimi ve makine öğrenme.

Ama tam olarak ne yapar kuantum bilgisayarlar gibi güçlü? Diyelim anlaşma.

Nedir qubits?

Başlamak İçin, hatırlayalım, kuantum bilgisayarlar nasıl çalışır.

Sırrı onların beceri gibi, onlar tarafından manipüle кубитами. Tüm bu işler klasik bilgisayar — metin, resim, video ve benzeri oluşur uzun satır birler ve sıfırlar, ya da bit. Özünde bit tek bir durumu temsil eder iki: açık/kapalı, ya da bağlı elektrik devresi, ya da yoktur. Modern bilgisayarlarda bir bit genellikle sunulan elektrik gerilimi veya darbe akım.

Kuantum bilgisayarlar, aksine, güveniyor qubits. Gibi ikili bit, qubits yatan bir hesaplama ile bir büyük onur: qubits, genellikle сверхпроводниками elektron veya diğer atom altı parçacıklar. Beklendiği gibi, manipülasyon кубитами temsil karmaşık bilimsel ve mühendislik görevi. IBM, örneğin, birkaç katmanları kullanır süperiletken devreler, rahat ve kontrollü bir ortamda ve yavaş yavaş soğutmalı önce sıcaklık daha düşük, derin uzay — yaklaşık mutlak sıfır.

Çünkü qubits yaşar kuantum gerçeklik var inanılmaz kuantum özellikleri.

Süperpozisyon, dolanması ve parazit

Eğer biraz hayal gibi para ile kartal (0), veya решкой (1), qubits sunulacak dönen bir bozuk para: bir anlamda, onlar aynı anda ve kartallar ve решки, ve her durum belirli bir olasılık. Bilim adamları, kullandıkları kalibre mikrodalga darbeleri koymak için qubits bir суперпозицию; tıpkı diğer frekans ve süresi bu darbe açabilirsiniz qubit için kaldı biraz, başka bir durumda (ama hala süperpozisyon).

Nedeniyle süperpozisyon ayrı bir qubit temsil edebilir çok daha fazla bilgi ikili bit. Bu kısmen oluyor, o zaman ilk yazdığınız qubits ön sıralama yöntemi kaba kuvvet çok sayıda olası sonuçları aynı anda. Kesin bir cevap alırsınız gibi bilim adamları ölçmek qubits — kullanarak mikrodalga sinyalleri — ne yapar «коллапсировать» ikili bir durum. Genellikle bilim üretmek zorundadır hesaplamaları kontrol etmek için birkaç kez bir cevap.

Karmaşa — daha da çarpıcı bir şey. Uygulama mikrodalga darbeleri bir kaç cubit karıştırmayın onları böylece onlar her zaman var olacak tek bir kuantum durumu. Bu sayede bilim adamları manipüle çiftler karışık cubit, sadece durumunu değiştirerek bunlardan biri, hatta onlar fiziksel olarak ayrılmış, büyük bir mesafe, dolayısıyla «korkunç bir eylem» mesafe. Nedeniyle öngörülebilir doğa dolanması, ekleme cubit katlanarak artar işlem gücü kuantum bilgisayar.

Parazit — son özellik, uygulayan kuantum algoritmaları. Düşünün yuvarlanan dalga: bazen onlar özelleştirme birbirlerine (yapıcı bir şekilde hareket), bazen söndürmek (yıkıcı). Kullanımı engelleme bilim adamları sağlar, durum izleme, takviye tipi sinyal, neden doğru cevabı ve önleyici olanlar vermek yanlış cevap.

Gibi programlanabilir kuantum bilgisayarlar?

Ana amaç kod kısmındaki görevleri karmaşık bir kuantum durumu, qubits kullanarak, ve daha sonra işlemek için bu durumu getirmek için belli bir çözüm olacak ölçmek çöken sonra суперпозиций içinde belirli bir tutarlılık sıfır (0) ve bir adet (1).

Belli değil mi? Okudu bir kez daha.

Zor Geliyor, ama çünkü tüm şartları biz zaten sökülüp, anlamak mümkün.

Olduğu Gibi klasik programlama, bilim adamları, geliştirdikleri diller assembly alt düzey bir makine daha iyi anlar, gitmek için onlardan diller yüksek seviye grafik arabirimleri için daha uygun, insan aklının. IBM Qiskit, örneğin, izin verir экспериментаторам görevler oluşturmak ve sürükle ve bırak mantıksal öğeler.

İblis uyumsuzluk

Neden kuantum bilgisayarlar henüz satılan her köşesinde? Bir anlamda, bilim adamları oluşturmak için çalışıyoruzmükemmel makine kusurlu parçaları. Kuantum bilgisayarlar son derece hassas возмущениям, gürültü ve diğer çevresel etkilere neden olan, onların, bir kuantum durumu değişir ve kaybolur. Bu etkisi denir декогеренцией.

Bazı uzmanlar декогеренция bu sorun, daraltıcı kuantum hesaplama. Hatta tüm соблюденных önlemler gürültü sızabilir hesaplamalar. Bilim adamları saklayabilirsiniz kuantum bilgi kadar o kaybeder bütünlük etkisi altında uyumsuzluk, sınırlayıcı sayısı hesaplama, üretebilir, üst üste.

Hassas bir doğa kuantum hesaplama da nedeni kör ekleme cubit sisteme mutlaka onu yapacak kadar güçlü. Hata toleransı incelenmektedir alanında, kuantum hesaplama: mantık, ekleme cubit telafi edebilir, bazı sorunlar, ama oluşturmak için tek, güvenilir bir кубита veri aktarmak için потребутся milyonlarca düzeltici hata düzeltmesi. Ve biz bugün onları en fazla 128. Belki yardımcı akıllı algoritmalar da geliştirilmiştir.

İmitasyon kuantum ile kuantum bilgisayar

Çünkü, büyük verileri şu anda sıcak bir konu beklenebilir ki kuantum bilgisayarlar daha iyi olacaktır işlemek için büyük veri setleri, bir klasik daha. Ama bu doğru değil.

Bunun Yerine, kuantum bilgisayarlar, özellikle iyi modelleme doğa. Örneğin, kuantum hesaplama kullanabilirsiniz daha etkin bir yapı moleküllerin ilaç, çünkü onlar temelde aynı bazda çalışır ve molekülleri çalışıyorlar taklit. Hesaplama kuantum durumu molekül — inanılmaz zor bir görev neredeyse непосильна bizim bilgisayarlara, ama kuantum bilgisayarlar ile başa çıkmak onu yaşasın.

Tam olarak aynı kuantum hesaplama çevirmek alan malzeme bilimi veya bilgi aktarımı. Otelin dolanması, qubits, fiziksel ayrılmış büyük bir mesafe, bir kanal oluşturmak için bilgi aktarmak, bir bilimsel bir bakış açısından daha güvenli olacaktır bizim mevcut kanallar. Kuantum internet için oldukça mümkün.

Ama ilginç olan şu ki, biz bile bilmiyoruz çeşitliliği şaşırtıcı sorunları çözmek için denemek kuantum bilgisayarlar. Sadece sahip ticari kuantum bilgisayar ve icar insanlar onunla çalışmak, biz grafik için yeni bir ilgi alanı için uygun olan bu çarpıcı yeni bir teknoloji.

Ve hangi görev için çalışacağını söyledi çözmek için kuantum bilgisayar? Bize söyleyin .