หน่วยประมวลผลควอนตัม: คำอธิบายหลักการของการดำเนินงาน

ควอนตัมคอมพิวเตอร์อย่างน้อยในทฤษฎีที่กล่าวถึงเป็นไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา ประเภทที่ทันสมัยของเครื่องที่ใช้กลศาสตร์ไม่ใช่คลาสสิกสำหรับการจัดการปริมาณที่อาจเกิดขึ้นได้บอกเล่าของข้อมูลได้กลายเป็นความก้าวหน้าที่ยิ่งใหญ่ ตามที่นักพัฒนาการดำเนินงานของพวกเขาอาจจะเป็นเทคโนโลยีที่ทันสมัยที่สุดที่เคยสร้าง หน่วยประมวลผลควอนตัมทำงานในระดับของเรื่องซึ่งมนุษย์ได้รู้จักกันเพียง 100 ปีที่ผ่านมา ที่มีศักยภาพของการคำนวณดังกล่าวเป็นใหญ่ การใช้คุณสมบัติของควอนตัมที่แปลกประหลาดจะเพิ่มความเร็วในการคำนวณงานจำนวนมากที่มีอยู่ในปัจจุบันคอมพิวเตอร์คลาสสิกไม่สามารถที่จะได้รับการแก้ไข และไม่เพียง แต่ในด้านของสารเคมีและวัสดุวิทยาศาสตร์ Wall Street นอกจากนี้ยังมีการแสดงความสนใจ

การลงทุนในอนาคต

กลุ่ม CME ได้มีการลงทุนใน บริษัท ที่แวนคูเวอร์ 1QB ข้อมูลเทคโนโลยีอิงค์พัฒนาซอฟแวร์สำหรับการประมวลผลชนิดควอนตัม ตามที่นักลงทุนคำนวณเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะมีผลกระทบมากที่สุดในอุตสาหกรรมซึ่งทำงานกับข้อมูลจำนวนมากมีความไวต่อเวลา ตัวอย่างของลูกค้าดังกล่าวเป็นสถาบันการเงิน Goldman Sachs ลงทุนใน D-เวฟซิสเต็มส์และ บริษัท ใน Q-Tel- ได้รับการสนับสนุนโดยซีไอเอ ครั้งแรกที่ผู้ผลิตเครื่องมือที่ทำให้สิ่งที่เรียกว่า "การอบควอนตัม" คือ. อีตัดสินใจปัญหาการเพิ่มประสิทธิภาพในระดับต่ำโดยใช้หน่วยประมวลผลควอนตัม อินเทลยังเป็นธุระในการลงทุนในเทคโนโลยีนี้แม้ว่าจะมีการพิจารณาการดำเนินงานของธุรกิจในอนาคต

ทำไมมันได้หรือไม่

ด้วยเหตุผลที่ว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมเป็นที่น่าตื่นเต้นเพื่อให้อยู่ในชุดที่สมบูรณ์แบบของพวกเขาด้วยการเรียนรู้เครื่อง ปัจจุบันมันเป็นโปรแกรมหลักสำหรับการคำนวณดังกล่าว บางส่วน นี้เป็นผลมา จากความคิดของคอมพิวเตอร์ควอนตัม - ใช้อุปกรณ์ทางกายภาพในการค้นหาสำหรับการแก้ปัญหา บางครั้งแนวคิดอธิบายโดยตัวอย่างของเกมนกโกรธที่ เพื่อจำลองการทำงานร่วมกันของแรงโน้มถ่วงและแท็บเล็วัตถุชน CPU ใช้สมการทางคณิตศาสตร์ ควอนตัมโปรเซสเซอร์นำวิธีการนี้บนหัวของมัน พวกเขา "โยน" นกน้อยและดูสิ่งที่เกิดขึ้น ที่ไมโครชิปเขียน งาน: มันเป็น นกที่พวกเขาโยนสิ่งวิถีที่ดีที่สุด? จากนั้นตรวจสอบทุกโซลูชั่นที่เป็นไปได้หรืออย่างน้อยรวมกันขนาดใหญ่มากของพวกเขาและคำตอบที่จะได้รับ ในควอนตัมคอมพิวเตอร์ ปัญหาจะแก้ไข ไม่ได้เป็นนักคณิตศาสตร์กฎหมายของการทำงานฟิสิกส์แทน

มันทำงานอย่างไร

สร้างพื้นฐานของโลกของเรา - ควอนตัมกล ถ้าคุณดูที่โมเลกุลเหตุผลที่พวกเขาจะเกิดขึ้นและยังคงมีเสถียรภาพ - ทำงานร่วมกันของวงโคจรอิเล็กตรอน ทั้งหมดคำนวณควอนตัมกลที่มีอยู่ในแต่ละของพวกเขา จำนวนของพวกเขาเติบโตชี้แจงเพิ่มจำนวนของอิเล็กตรอนจำลอง ยกตัวอย่างเช่น 50 อิเล็กตรอนที่มีอยู่ในตัวเลือกที่สอง 50 องศา นี้เปรอะเปื้อน จำนวนมาก ดังนั้นจึงไม่สามารถคำนวณวันนี้ ทฤษฎีข้อมูลการเชื่อมต่อกับฟิสิกส์สามารถชี้ทางให้กับการแก้ปัญหาดังกล่าว 50 kubitovnomu คอมพิวเตอร์สามารถทำมันได้

รุ่งอรุณของยุคใหม่

ตามที่แลนดอนดาวนส์ประธานและผู้ร่วมก่อตั้งของ 1QBit หน่วยประมวลผลควอนตัม - มันเป็นไปได้ที่จะใช้พลังการประมวลผลของโลก subatomic มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะได้รับวัสดุใหม่หรือการสร้างของยาใหม่ มีการเปลี่ยนแปลงจากกระบวนทัศน์ของการค้นพบไปสู่ยุคใหม่ของการออกแบบคือ ยกตัวอย่างเช่นคอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถนำมาใช้ในการจำลองตัวเร่งปฏิกิริยาซึ่งอนุญาตให้มีการแยกคาร์บอนและไนโตรเจนจากบรรยากาศและทำให้ช่วยหยุดยั้งภาวะโลกร้อน

อยู่ในระดับแนวหน้าของความคืบหน้า

ชุมชนนักพัฒนาของเทคโนโลยีนี้คือตื่นเต้นมากและกิจกรรมที่วุ่นวาย ทีมงานทั่วโลกในการเริ่มต้นอัพ, บริษัท , มหาวิทยาลัยและห้องปฏิบัติการที่รัฐบาลกำลังสร้างรถแข่งที่ใช้วิธีการที่แตกต่างกันกับการประมวลผลข้อมูลควอนตัม สร้าง qubit qubits ยิ่งยวดและชิปบนไอออนจับที่เกี่ยวข้องกับนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแมรี่แลนด์และสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยี ไมโครซอฟท์ได้พัฒนาวิธีการทอพอโลยีที่เรียกว่าสถานี Q วัตถุประสงค์ในการที่จะนำไปใช้ที่ไม่ใช่คริสต์-ไอออนมีอยู่ยังไม่ได้รับการพิสูจน์อย่างแน่ชัด

ปีที่ประสบความสำเร็จน่าจะเป็น

และนี้เป็นเพียงจุดเริ่มต้น ณ สิ้นเดือนพฤษภาคม 2017 จำนวนตัวประมวลผลควอนตัมชนิดจะไม่ซ้ำกันทำอะไรได้เร็วขึ้นหรือดีกว่าคอมพิวเตอร์ที่คลาสสิกเป็นศูนย์ เหตุการณ์นี้จะตั้ง "เหนือกว่าควอนตัม" แต่จนถึงขณะนี้ก็ยังไม่เกิดขึ้น ในขณะที่มันอาจเป็นไปได้ที่ว่านี้อาจเกิดขึ้นเป็นช่วงต้นปีนี้ ภายในส่วนใหญ่กล่าวว่า Google เป็นที่ชื่นชอบที่ชัดเจนของกลุ่มที่นำโดยศาสตราจารย์ฟิสิกส์มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียที่ซานตาบาร์บารา, จอห์นมาร์ติน วัตถุประสงค์ - เพื่อให้บรรลุการประมวลผลที่เหนือกว่าด้วยความช่วยเหลือของหน่วยประมวลผล 49 คิวบิต เมื่อปลายเดือนพฤษภาคม 2017 ทีมประสบความสำเร็จในการทดสอบชิป 22 คิวบิตเป็นขั้นตอนกลางไปสู่การรื้อของซูเปอร์คลาสสิก

วิธีการที่จะเริ่มต้นทั้งหมด?

ความคิดของการใช้กลศาสตร์ควอนตัสำหรับการประมวลผลข้อมูลมานานหลายทศวรรษ หนึ่งในเหตุการณ์สำคัญที่เกิดขึ้นในปี 1981 เมื่อ IBM และเอ็มไอทีร่วมกันจัดประชุมเกี่ยวกับการคำนวณทางฟิสิกส์ นักฟิสิกส์ที่มีชื่อเสียง ริชาร์ดไฟน์แมน เสนอให้สร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัม ตามเขาสำหรับการจำลองควรใช้ประโยชน์จากวิธีการของกลศาสตร์ควอนตัม และมันก็เป็นความท้าทายที่ดีเพราะมันไม่ได้ดูง่ายมาก ในการประมวลผลควอนตัมหลักการการดำเนินงานจะขึ้นอยู่กับจำนวนของคุณสมบัติที่แปลกประหลาดของอะตอม - ซ้อนและสิ่งกีดขวาง อนุภาคที่สามารถอยู่ในสองรัฐในเวลาเดียวกัน แต่เมื่อวัดมันจะเป็นเพียงแค่หนึ่งในพวกเขา และมันก็เป็นไปไม่ได้ที่จะคาดการณ์ที่ยกเว้นจากมุมมองของทฤษฎีความน่าจะเป็นที่ ผลกระทบนี้จะเป็นพื้นฐานของความคิดการทดลองแมวSchrödingerซึ่งอยู่ในกล่องพร้อมกันตายและมีชีวิตอยู่ได้นานเท่าที่สังเกตไม่ได้ที่จะแอบมองลอด ไม่มีอะไรทำงานในชีวิตประจำวันในลักษณะนี้ อย่างไรก็ตามประมาณ 1 ล้านของการทดลองดำเนินการตั้งแต่จุดเริ่มต้นของศตวรรษที่ยี่สิบแสดงให้เห็นว่าองค์ประกอบไม่อยู่ และขั้นตอนต่อไปคือการหาวิธีการใช้แนวคิดนี้

หน่วยประมวลผลควอนตัม: รายละเอียดงาน

บิตคลาสสิกอาจมีค่า 0 หรือ 1 มันเป็นไปได้ที่จะคูณตัวเลขวาดภาพและอื่น ๆ . เอ็น Qubit ยังสามารถเป็น 0 ถ้าพวกเขาพลาดสายผ่าน "ประตูตรรกะ" (d. AND, OR NOT, ฯลฯ ) ที่ 1 หรือทั้งสองอย่าง ถ้าพูด 2 qubit พันกันยุ่งก็จะทำให้พวกเขามีความสัมพันธ์ที่ดีเลิศ ประเภทหน่วยประมวลผลควอนตัมสามารถใช้ประตูตรรกะ ทีเอ็น Hadamard ประตูเช่นทำให้คิวบิตในรัฐซ้อนที่สมบูรณ์แบบ หากซ้อนและสิ่งกีดขวางรวมกับตำแหน่งที่ชาญฉลาดประตูควอนตัมที่เริ่มต้นที่จะแฉที่มีศักยภาพของการคำนวณย่อยของอะตอม 2 ช่วยให้การศึกษาของคิวบิต 4 รัฐ: 00, 01, 10 และ 11 หลักการการดำเนินงานของหน่วยประมวลผลควอนตัมดังกล่าวว่าการดำเนินการของการดำเนินงานตรรกะทำให้มันเป็นไปได้ที่จะทำงานกับทุกตำแหน่งในครั้งเดียว และจำนวนของรัฐที่มีอยู่ 2 ถึงพลังของจำนวน qubits ที่ ดังนั้นถ้าคุณทำ 50 คิวบิตคอมพิวเตอร์ควอนตัมสากลก็เป็นไปได้ในทางทฤษฎีการตรวจสอบทั้งหมด 1,125 quadrillion อยู่รวมกันพร้อมกัน

Kudity

หน่วยประมวลผลควอนตัมในรัสเซียดูแตกต่างกันเล็กน้อย นักวิทยาศาสตร์จาก MIPT และศูนย์ควอนตัมของรัสเซียสร้าง "kudity" เป็นตัวแทนของหลาย qubits "เสมือน" ต่าง ๆ ระดับ "พลังงาน"

ความกว้าง

ประเภทหน่วยประมวลผลควอนตัมมีประโยชน์ที่กลศาสตร์ควอนตัจะขึ้นอยู่กับช่วงกว้างของคลื่น ความน่าจะเป็นช่วงกว้างของคลื่นจะคล้ายกัน แต่พวกเขาก็อาจจะเป็นเชิงลบและตัวเลขที่ซับซ้อน ดังนั้นถ้าคุณต้องการที่จะคำนวณความน่าจะเป็นของเหตุการณ์ที่คุณสามารถเพิ่มทุกชนิดของความกว้างของตัวเลือกการพัฒนาของพวกเขา ความคิดของการใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมคือการพยายามที่จะตั้งค่า รูปแบบการแทรกแซง เพื่อให้บางส่วนของวิธีการที่จะตอบไม่ถูกต้องมีความกว้างในเชิงบวกและบางส่วน - ลบดังนั้นพวกเขาจะยกเลิกกันและกัน เส้นทางที่นำไปสู่คำตอบที่ถูกต้องจะมีช่วงกว้างของคลื่นที่อยู่ในขั้นตอนการกับแต่ละอื่น ๆ เคล็ดลับคือการที่คุณต้องจัดการทุกอย่างโดยไม่ทราบล่วงหน้าว่าคำตอบคือถูกต้อง ควอนตัมรัฐดังนั้นการชี้แจงในการรวมกันที่มีศักยภาพของการรบกวนระหว่างช่วงกว้างของคลื่นบวกและลบเป็นข้อได้เปรียบของประเภทของการคำนวณนี้

ขั้นตอนวิธีของชอร์

มีงานจำนวนมากว่าคอมพิวเตอร์ไม่สามารถแก้ไข เช่นการเข้ารหัส ปัญหาคือว่ามันไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะหาปัจจัยสำคัญของจำนวน 200 บาท แม้ว่าแล็ปท็อปที่กำลังทำงานกับซอฟต์แวร์ที่ดีคุณอาจจะต้องรอสำหรับปีที่จะหาคำตอบ ดังนั้นอีกขั้นในการใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมได้กลายเป็นอัลกอริทึมที่ตีพิมพ์ในปี 1994 โดยปีเตอร์ชอร์อยู่ในขณะนี้อาจารย์ของคณิตศาสตร์ที่เอ็มไอที วิธีการของเขาคือการหาปัจจัยเป็นจำนวนมากโดยใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมซึ่งไม่ได้อยู่เลย ในความเป็นจริงขั้นตอนวิธีการดำเนินการดำเนินการที่แสดงพื้นที่ที่มีคำตอบที่ถูกต้อง ในปีต่อไปฝั่งค้นพบวิธีการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัม แล้วหลายคนได้ตระหนักว่ามันเป็น - วิธีทางเลือกของการคำนวณซึ่งในบางกรณีอาจจะมีประสิทธิภาพมากขึ้น จากนั้นตามกระชากความสนใจจากนักฟิสิกส์ในการสร้างและประตู qubits ตรรกะระหว่างพวกเขา และตอนนี้สองทศวรรษต่อมาเป็นมนุษย์อยู่บนปากเหวของการสร้างที่เต็มเปี่ยมคอมพิวเตอร์ควอนตัม