Kvanttilaskentakone. Kvanttitietokoneiden toimintaperiaate. Kvanttitietokoneiden tyypit

Tiede ei seiso paikallaan, ja näyttää siltä, ​​että se, mitä eilen pidettiin mystiikkana, on nykyään kiistaton todellisuus. Joten nyt rinnakkaisia ​​maailmoja koskevista myyteistä voi tulla yleinen tosiasia tulevaisuudessa. Uskotaan, että tutkimus kvanttitietokoneen luomisen alalla auttaa saavuttamaan tämän lausunnon. Japani on edelläkävijä, yli 70 % kaikesta tutkimuksesta tulee tästä maasta. Tämän löydön olemus on ymmärrettävämpi niille, jotka ovat tavalla tai toisella yhteydessä fysiikkaan. Mutta useimmat meistä valmistuivat lukiosta, jossa 11. luokan oppikirja kattoi joitain kvanttifysiikan kysymyksiä.

Mistä kaikki alkoi

Muistakaamme, että alun loi kaksi päälöytöä, joista niiden kirjoittajat palkittiin Nobel-palkinnolla. Vuonna 1918 Max Planck löysi kvantti- ja Albert Einstein vuonna 1921 fotoni. Ajatus kvanttitietokoneen luomisesta syntyi vuonna 1980, jolloin kvanttiteorian totuus todistettiin. Ja ideoita alettiin toteuttaa vasta vuonna 1998. Massiivista ja samalla varsin tehokasta työtä on tehty vasta viimeisen 10 vuoden aikana.

Perusperiaatteet ovat selvät, mutta joka askeleella eteen tulee yhä enemmän ongelmia, joiden ratkaiseminen kestää melko kauan, vaikka monet laboratoriot ympäri maailmaa työskentelevät tämän ongelman parissa. Vaatimukset tällaiselle tietokoneelle ovat erittäin korkeat, koska mittaustarkkuuden on oltava erittäin korkea ja ulkoisten vaikutusten määrä on minimoitava, joista jokainen vääristää kvanttijärjestelmän toimintaa.

MIKSI TARVITSET KVANTTITIETOKONEEN?

Mihin kvanttitietokone perustuu?

Jokaisella on enemmän tai vähemmän käsitys siitä, miten tavallinen tietokone toimii. Sen merkitys piilee binäärikoodauksen käytössä, jossa tietyn jännitearvon olemassaolo otetaan 1:ksi ja 0:n puuttumista, ilmaistuna 0 tai 1, pidetään bittinä. Kvanttitietokoneen toiminta liittyy spinin käsitteeseen. Ne, jotka rajoittavat fysiikan koulutietoihin, voivat kiistellä kolmen alkeishiukkasen olemassaolosta ja yksinkertaisten ominaisuuksien, kuten massa ja varaus, olemassaolosta niissä.

Mutta fyysikot lisäävät jatkuvasti alkuainehiukkasten luokkaa ja niiden ominaisuuksia, joista yksi on spin. Ja tietty hiukkasen spinin suunta on 1 ja sen vastakkainen suunta 0. Tämä on samanlainen kuin transistorin rakenne. Pääelementtiä kutsutaan jo kvanttibitiksi tai kubitiksi. Se voi olla fotoneja, atomeja, ioneja ja atomiytimiä.

Pääehto tässä on kahden kvanttitilan läsnäolo. Tietyn bitin tilan muuttaminen perinteisessä tietokoneessa ei johda muutoksiin toisissa, mutta kvanttitietokoneessa yhden muuttaminen johtaa muutokseen muiden hiukkasten tilassa. Tätä muutosta voidaan hallita ja kuvitella, että tällaisia ​​hiukkasia on satoja.

Kuvittele vain, kuinka monta kertaa tällaisen koneen tuottavuus kasvaa. Mutta täydellisen uuden tietokoneen luominen on vain hypoteesi, fyysikoilla on paljon työtä sillä kvanttimekaniikan alueella, jota kutsutaan monihiukkasmekaniikaksi. Ensimmäinen minikvanttitietokone koostui 16 kubitistä. Äskettäin on julkaistu 512 kubittiä käyttäviä tietokoneita, mutta niitä käytetään jo nopeuttamaan monimutkaisten laskelmien suorittamista. Quipper on erityisesti tällaisille koneille suunniteltu kieli.

Suoritettujen toimintojen järjestys

Uuden sukupolven tietokoneen luomisessa on neljä suuntaa, jotka eroavat toisistaan ​​siinä, että ne toimivat loogisina kubitteina:

1. atomin perustan muodostavien hiukkasten spinien suunta;
2. Cooper-parin läsnäolo tai puuttuminen tietyssä paikassa avaruudessa;
3. missä tilassa ulompi elektroni on?
4. fotonin eri tilat.

Katsotaanpa nyt piiriä, jolla tietokone toimii. Aluksi otetaan kubittien joukko ja niiden alkuperäiset parametrit tallennetaan. Muunnokset suoritetaan loogisilla operaatioilla ja tuloksena oleva arvo, joka on tietokoneen tulosta, tallennetaan. Johdot ovat kubitteja, ja muunnokset koostuvat loogisista lohkoista. Tällaista prosessoria ehdotti D. Deutsch, joka vuonna 1995 pystyi luomaan ketjun, joka pystyy suorittamaan mitä tahansa kvanttitason laskelmia. Mutta tällainen järjestelmä tuottaa pieniä virheitä, joita voidaan hieman vähentää lisäämällä algoritmiin liittyvien toimintojen määrää.

Kuinka kvanttitietokone toimii?

Mitä olemme saavuttaneet?

Toistaiseksi on kehitetty vain kahdenlaisia ​​kvanttitietokoneita, mutta tiede ei pysy paikallaan. Molempien koneiden toiminta perustuu kvanttiilmiöihin:

1. liittyy suprajohtavuuteen. Kun sitä rikotaan, kvantisointia havaitaan;
2. perustuu sellaiseen ominaisuuteen kuin koherenssi. Tällaisten tietokoneiden laskentanopeus kaksinkertaistuu kubittien määrään verrattuna.

Toista tyyppiä pidetään ensisijaisena kvanttitietokoneiden luomisen alalla.

Eri maiden saavutuksia.

Lyhyesti sanottuna viimeisen 10 vuoden saavutukset ovat merkittäviä. Voidaan mainita kaksikubitinen tietokone, jossa on Amerikassa luotu ohjelmisto. He pystyivät myös valmistamaan kahden kubitin tietokoneen, jossa oli timanttikristalli. Kubittien roolissa käytettiin typpihiukkasten spinin suuntaa ja sen komponentteja: ydintä ja elektronia. Merkittävän suojan tarjoamiseksi kehitettiin erittäin monimutkainen järjestelmä, jonka avulla se antaa tuloksia 95 % tarkkuudella.

ICQT 2017. John Martinis, Google: Quantum Computer: Life After Mooren lain

Miksi kaikkea tätä tarvitaan?

Kvanttitietokoneiden luomisesta on jo keskusteltu. Nämä tietokoneet eivät ole tulosta siitä, mihin he pyrkivät, mutta ne löysivät ostajansa. Amerikkalainen puolustusyhtiö Lockheed Martin maksoi 10 miljoonaa dollaria. Niiden hankinta pystyy löytämään virheitä monimutkaisimmassa F-35-hävittäjään asennetussa ohjelmassa. Google haluaa käynnistää koneoppimisohjelmia hankinnallaan.

Tulevaisuus

Kvanttitietokoneen kehittämisessä Suuret yritykset ja valtio ovat erittäin kiinnostuneita. Se johtaa uusiin löytöihin salausalgoritmien kehittämisen alalla. Aika päättää, hyödyttääkö tämä valtio vai hakkerit. Mutta työ kryptoavainten luomiseksi ja tunnistamiseksi tehdään välittömästi. Monet pankkikorttiin liittyvät ongelmat ratkeavat.

Viestit välitetään valtavalla nopeudella, eikä yhteydenpidossa ole ongelmia minkään pisteen kanssa maapallolla ja ehkä jopa sen ulkopuolella.

Tällainen tietokone auttaa tässä, erityisesti geneettisen koodin tulkinnassa. Tämä johtaa monien lääketieteellisten ongelmien ratkaisemiseen.

Ja tietysti se avaa oven mystisten salaisuuksien ja rinnakkaisten maailmojen maahan.

Suuret shokit odottavat meitä. Kaikki mihin olemme tottuneet on vain osa sitä maailmaa, jolle on jo annettu nimi kvanttitodellisuus. Ne auttavat sinua pääsemään aineellisen maailman ulkopuolelle, mikä on kvanttitietokoneen toimintaperiaate.

Maailma on uuden kvanttivallankumouksen partaalla. Ensimmäinen kvanttitietokone ratkaisee välittömästi ongelmat, joiden ratkaiseminen tehokkaimmalla nykyaikaisella laitteella kestää vuosia. Mitä nämä tehtävät ovat? Kuka hyötyy ja ketä uhkaa kvanttialgoritmien massiivinen käyttö? Mikä on kubittien superpositio, kuinka ihmiset oppivat löytämään optimaalisen ratkaisun käymättä läpi biljoonia vaihtoehtoja? Vastaamme näihin kysymyksiin otsikon "Yksinkertaisesti kompleksista" alla.

Ennen kvanttiteoriaa oli käytössä klassinen sähkömagneettisen säteilyn teoria. Vuonna 1900 saksalainen tiedemies Max Planck, joka itse ei uskonut kvantteihin ja piti niitä kuvitteellisena ja puhtaasti teoreettisena konstruktiona, joutui myöntämään, että kuumennetun kappaleen energia säteilee osissa - kvantteina; Siten teorian oletukset osuivat yhteen kokeellisten havaintojen kanssa. Ja viisi vuotta myöhemmin suuri Albert Einstein turvautui samaan lähestymistapaan selittäessään valosähköistä vaikutusta: kun sitä säteilytettiin valolla, metalleissa syntyi sähkövirta! On epätodennäköistä, että Planck ja Einstein olisivat voineet kuvitella, että he luovat työllään perustaa uudelle tieteelle - kvanttimekaniikalle, jonka on määrä muuttaa maailmamme tuntemattomaan, ja että 2000-luvulla tiedemiehet olisivat lähellä luomista. kvanttitietokone.

Aluksi kvanttimekaniikka mahdollisti atomin rakenteen selittämisen ja auttoi ymmärtämään sen sisällä tapahtuvia prosesseja. Yleisesti ottaen alkemistien pitkäaikainen unelma muuttaa joidenkin alkuaineiden atomit toisten atomeiksi (kyllä, jopa kullaksi) on toteutunut. Ja Einsteinin kuuluisa kaava E=mc2 johti ydinenergian ja sen seurauksena atomipommin syntymiseen.

Viiden kubitin kvanttiprosessori IBM:ltä

Edelleen lisää. Einsteinin ja englantilaisen fyysikon Paul Diracin työn ansiosta 1900-luvun jälkipuoliskolla luotiin laser - myös kapeaan säteeseen kerätyn ultrapuhtaan valon kvanttilähde. Lasertutkimus on tuonut Nobel-palkinnon yli tusinalle tiedemiehelle, ja laserit ovat löytäneet käyttötarkoituksensa lähes kaikilla ihmisen toiminnan aloilla – teollisista leikkureista ja laseraseista viivakoodiskannereihin ja näönkorjaukseen. Samoihin aikoihin tehtiin aktiivista tutkimusta puolijohteista - materiaaleista, joilla sähkövirran kulkua voidaan helposti ohjata. Niiden perusteella luotiin ensimmäiset transistorit - niistä tuli myöhemmin modernin elektroniikan päärakennuselementtejä, joita ilman emme voi enää kuvitella elämäämme.

Elektronisten laskentakoneiden - tietokoneiden - kehitys on mahdollistanut monien ongelmien nopean ja tehokkaan ratkaisemisen. Ja niiden koon ja kustannusten asteittainen pienentäminen (massatuotannon vuoksi) tasoitti tietä tietokoneille jokaiseen kotiin. Internetin myötä riippuvuutemme tietokonejärjestelmistä, myös viestinnästä, on vahvistunut entisestään.

Richard Feynman

Riippuvuus kasvaa, laskentateho kasvaa jatkuvasti, mutta on tullut aika myöntää, että vaikuttavasta kyvystään huolimatta tietokoneet eivät ole pystyneet ratkaisemaan kaikkia niitä ongelmia, joita olemme valmiita asettamaan niiden eteen. Kuuluisa fyysikko Richard Feynman oli yksi ensimmäisistä, jotka puhuivat tästä: vuonna 1981 hän totesi eräässä konferenssissa, että on pohjimmiltaan mahdotonta laskea tarkasti todellista fyysistä järjestelmää tavallisissa tietokoneissa. Kyse on sen kvanttiluonteesta! Mikromittakaavailmiöitä selittää helposti kvanttimekaniikka ja erittäin huonosti klassinen mekaniikka, joka on meille tuttu: se kuvaa suurten esineiden käyttäytymistä. Silloin Feynman ehdotti vaihtoehtona kvanttitietokoneiden käyttöä fyysisten järjestelmien laskemiseen.

Mikä on kvanttitietokone ja miten se eroaa tietokoneista, joihin olemme tottuneet? Kaikki riippuu siitä, kuinka esitämme tiedot.

Jos tavanomaisissa tietokoneissa bitit - nollat ​​ja ykköset - ovat vastuussa tästä toiminnosta, niin kvanttitietokoneissa ne korvataan kvanttibiteillä (lyhennettynä qubits). Itse kubitti on melko yksinkertainen asia. Sillä on edelleen kaksi perusarvoa (tai tilaa, kuten kvanttimekaniikka haluaa sanoa), jotka se voi ottaa: 0 ja 1. Kuitenkin kvanttiobjektien "superpositioksi" kutsutun ominaisuuden ansiosta kubitti voi ottaa kaikki arvot jotka ovat yhdistelmä perustekijöitä. Lisäksi sen kvanttiluonteensa ansiosta se voi olla kaikissa näissä tiloissa samanaikaisesti.

Tämä on kvanttilaskennan rinnakkaisuus kubittien kanssa. Kaikki tapahtuu kerralla - ei enää tarvitse käydä läpi kaikkia mahdollisia järjestelmän tilojen vaihtoehtoja, ja juuri tämän tekee tavallinen tietokone. Haku suurista tietokannoista, optimaalisen reitin laatiminen, uusien lääkkeiden kehittäminen ovat vain muutamia esimerkkejä ongelmista, jotka voidaan ratkaista monta kertaa nopeammin kvanttialgoritmeilla. Nämä ovat tehtäviä, joissa oikean vastauksen löytämiseksi sinun on käytävä läpi valtava määrä vaihtoehtoja.

Lisäksi järjestelmän tarkan tilan kuvaamiseen ei enää tarvita valtavaa laskentatehoa ja RAM-määriä, koska 100 hiukkasen järjestelmän laskemiseen riittää 100 kubittia, ei biljoonaa biljoonaa bittiä. Lisäksi, kun hiukkasten lukumäärä kasvaa (kuten todellisissa monimutkaisissa järjestelmissä), tämä ero tulee vieläkin merkittävämmäksi.

Yksi luettelointiongelmista erottui ilmeisestä hyödyttömyydestään - suurten lukujen hajottaminen alkutekijöiksi (eli jaollisiksi vain itsellään ja yhdellä). Tätä kutsutaan "faktorisoinniksi". Tosiasia on, että tavalliset tietokoneet voivat kertoa numerot melko nopeasti, jopa erittäin suuret. Perinteiset tietokoneet selviävät kuitenkin erittäin huonosti käänteisongelmasta, joka liittyy suuren luvun hajottamiseen, joka johtuu kertomalla kaksi alkulukua niiden alkuperäisiksi tekijöiksi. Jos esimerkiksi 256 numeroa lasketaan kahdeksi tekijäksi, tehokkainkin tietokone tarvitsee yli tusina vuotta. Mutta kvanttialgoritmin, joka voi ratkaista tämän ongelman muutamassa minuutissa, keksi vuonna 1997 englantilainen matemaatikko Peter Shor.

Shorin algoritmin käyttöönoton myötä tiedeyhteisö kohtasi vakavan ongelman. 1970-luvun lopulla salaustutkijat loivat tekijöiden jakamisongelman monimutkaisuuden perusteella tiedon salausalgoritmin, josta on tullut laajalle levinnyt. Erityisesti tämän algoritmin avulla he alkoivat suojata Internetissä olevia tietoja - salasanoja, henkilökohtaista kirjeenvaihtoa, pankki- ja rahoitustapahtumia. Ja useiden vuosien onnistuneen käytön jälkeen yhtäkkiä kävi ilmi, että tällä tavalla salatusta tiedosta tulee helppo kohde Shorin algoritmille, joka toimii kvanttitietokoneessa. Salauksen purkamisesta sen avulla tulee muutama minuutti. Yksi asia oli hyvä: kvanttitietokonetta, jolla tappavaa algoritmia voitiin ajaa, ei ollut vielä luotu.

Samaan aikaan ympäri maailmaa kymmenet tieteelliset ryhmät ja laboratoriot alkoivat tehdä kokeellisia tutkimuksia kubiteista ja mahdollisuuksista luoda niistä kvanttitietokone. Loppujen lopuksi kubitin teoreettinen keksiminen on eri asia ja sen toteuttaminen todellisuudessa. Tätä varten täytyi löytää sopiva fyysinen järjestelmä kahdella kvanttitasolla, joita voidaan käyttää kubitin perustiloina - nolla ja yksi. Feynman itse ehdotti uraauurtavassa artikkelissaan eri suuntiin kierrettyjen fotonien käyttöä näihin tarkoituksiin, mutta ensimmäiset kokeellisesti luodut kubitit olivat ioneja, jotka vangittiin erityisiin ansoihin vuonna 1995. Ioneja seurasivat monet muut fyysiset toteutukset: atomiytimet, elektronit, fotonit, kidevirheet, suprajohtavat piirit - ne kaikki täyttivät vaatimukset.

Tällä monimuotoisuudella oli puolensa. Kiihkeän kilpailun ohjaamana useat tieteelliset ryhmät loivat yhä edistyneempiä kubitteja ja rakensivat niistä yhä monimutkaisempia piirejä. Kubiteille oli kaksi tärkeintä kilpailuparametria: niiden käyttöikä ja niiden kubittien määrä, jotka voidaan saada toimimaan yhdessä.

Keinotekoisten kvanttijärjestelmien laboratorion työntekijät

Kubittien elinikä määritti, kuinka kauan hauras kvanttitila säilyi niissä. Tämä puolestaan ​​määritti, kuinka monta laskentaoperaatiota kubitille voitiin suorittaa ennen kuin se "kuoli".

Kvanttialgoritmien tehokkaaseen toimintaan ei tarvittu yhtä kubittia, vaan vähintään sata ja yhdessä toimimista. Ongelmana oli, että kubitit eivät todellakaan pitäneet vierekkäisyydestä ja protestoivat vähentämällä dramaattisesti elinikää. Tämän kubittien yhteensopimattomuuden kiertämiseksi tutkijoiden oli turvauduttava kaikenlaisiin temppuihin. Ja kuitenkin tähän mennessä tiedemiehet ovat onnistuneet saamaan enintään yhden tai kaksi tusinaa kubittia työskentelemään yhdessä.

Joten kryptografien iloksi kvanttitietokone on edelleen tulevaisuuden asia. Vaikka se ei ole ollenkaan niin kaukana miltä se joskus näytti, sillä niin suurimmat yhtiöt kuten Intel, IBM ja Google sekä yksittäiset osavaltiot, joille kvanttitietokoneen luominen on strategisesti tärkeä asia, ovat aktiivisesti mukana sen luomisessa.

Älä missaa luentoa:

Kvanttilaskennasta on ainakin teoriassa puhuttu vuosikymmeniä. Nykyaikaiset koneet, jotka käyttävät ei-klassista mekaniikkaa potentiaalisesti käsittämättömien tietomäärien käsittelyyn, ovat olleet suuri läpimurto. Kehittäjien mukaan niiden toteutus osoittautui ehkä monimutkaisimmaksi koskaan luoduksi teknologiaksi. Kvanttiprosessorit toimivat aineen tasoilla, jotka ihmiskunta oppi vasta noin 100 vuotta sitten. Tällaisen laskennan potentiaali on valtava. Kvanttien omituisten ominaisuuksien käyttäminen nopeuttaa laskelmia, joten monet ongelmat, jotka eivät tällä hetkellä ylitä klassisten tietokoneiden kykyjä, ratkaistaan. Eikä vain kemian ja materiaalitieteen alalla. Wall Street on myös kiinnostunut.

Sijoittaminen tulevaisuuteen

CME Group on sijoittanut vancouverilaisyritykseen 1QB Information Technologies Inc., joka kehittää ohjelmistoja kvanttiprosessoreille. Tällaisella tietojenkäsittelyllä on todennäköisesti suurin vaikutus toimialoihin, jotka käsittelevät suuria määriä aikaherkkää dataa, sijoittajat sanovat. Esimerkki tällaisista kuluttajista ovat rahoituslaitokset. Goldman Sachs sijoitti D-Wave Systemsiin, ja In-Q-Tel on CIA:n rahoittama. Ensimmäinen tuottaa koneita, jotka tekevät niin sanotun "kvanttihehkutuksen" eli ratkaisevat matalan tason optimointiongelmia kvanttiprosessorin avulla. Intel investoi myös tähän teknologiaan, vaikka se pitääkin sen käyttöönottoa tulevaisuuden asiana.

Miksi tämä on välttämätöntä?

Syy, miksi kvanttilaskenta on niin jännittävää, johtuu sen täydellisestä yhdistelmästä koneoppimisen kanssa. Tämä on tällä hetkellä tällaisten laskelmien pääsovellus. Osa kvanttitietokoneen ideaa on fyysisen laitteen käyttäminen ratkaisujen löytämiseen. Joskus tämä käsite selitetään Angry Birds -pelin esimerkillä. Tabletin CPU käyttää matemaattisia yhtälöitä painovoiman ja törmäävien esineiden vuorovaikutuksen simuloimiseksi. Kvanttiprosessorit kääntävät tämän lähestymistavan päälaelleen. He "heittävät" muutaman linnun ja katsovat mitä tapahtuu. Linnut tallennetaan mikrosirulle, ne heitetään, mikä on optimaalinen lentorata? Sitten testataan kaikki mahdolliset ratkaisut tai ainakin hyvin suuri yhdistelmä niistä ja palautetaan vastaus. Kvanttitietokoneessa ei ole matemaatikkoa, vaan fysiikan lait toimivat.

Kuinka se toimii?

Maailmamme perusrakennuspalikoita ovat kvanttimekaaniset. Jos tarkastellaan molekyylejä, syy niiden muodostumiseen ja pysymiseen vakaina on niiden elektroniradan vuorovaikutus. Kaikki kvanttimekaaniset laskelmat sisältyvät jokaiseen niistä. Niiden määrä kasvaa eksponentiaalisesti simuloitujen elektronien määrän myötä. Esimerkiksi 50 elektronille on mahdollista 2-50 tehovaihtoehtoa. Tämä on ilmiömäistä, joten sitä on mahdotonta laskea tänään. Tietoteorian yhdistäminen fysiikkaan voi osoittaa tien tällaisten ongelmien ratkaisemiseen. 50 kubitin tietokone pystyy tähän.

Uuden aikakauden aamunkoitto

1QBitin puheenjohtajan ja perustajan Landon Downsin mukaan kvanttiprosessori on kyky valjastaa subatomisen maailman laskentatehoa, millä on valtavia vaikutuksia uusien materiaalien hankkimiseen tai uusien lääkkeiden luomiseen. Löytämisen paradigmasta ollaan siirtymässä uudelle suunnittelun aikakaudelle. Kvanttilaskennan avulla voidaan esimerkiksi mallintaa katalyyttejä, jotka poistavat hiiltä ja typpeä ilmakehästä ja auttavat siten pysäyttämään ilmaston lämpenemisen.

Edistyksen eturintamassa

Teknologian kehitysyhteisö on erittäin innostunut ja aktiivinen. Startup-yritysten, yritysten, yliopistojen ja valtion laboratorioiden tiimit ympäri maailmaa kilpailevat rakentaakseen koneita, jotka käyttävät erilaisia ​​lähestymistapoja kvanttitietojen käsittelyyn. Marylandin yliopiston ja Yhdysvaltain kansallisen standardi- ja teknologiainstituutin tutkijat ovat luoneet suprajohtavia kubittisiruja ja loukkuun jääneitä ionikubitteja. Microsoft kehittää topologista lähestymistapaa nimeltä Station Q, jonka tarkoituksena on hyödyntää ei-Abelin anionia, jonka olemassaoloa ei ole vielä lopullisesti todistettu.

Mahdollisen läpimurron vuosi

Ja tämä on vasta alkua. Toukokuun 2017 lopussa kvanttiprosessorien määrä, jotka selvästi tekevät jotain klassista tietokonetta nopeammin tai paremmin, on nolla. Tällainen tapahtuma vahvistaisi "kvanttiylivallan", mutta sitä ei ole vielä tapahtunut. Vaikka on todennäköistä, että tämä tapahtuu tänä vuonna. Useimmat sisäpiiriläiset sanovat, että selkeä suosikki on UC Santa Barbaran fysiikan professori John Martinin johtama Google-tiimi. Sen tavoitteena on saavuttaa laskennallinen ylivoima käyttämällä 49 qubit prosessoria. Toukokuun 2017 loppuun mennessä tiimi oli onnistuneesti testannut 22 kubitin sirua välivaiheena kohti klassisen supertietokoneen purkamista.

Mistä kaikki alkoi?

Ajatus kvanttimekaniikan käytöstä tiedon käsittelyyn on ollut olemassa vuosikymmeniä. Yksi tärkeimmistä tapahtumista tapahtui vuonna 1981, jolloin IBM ja MIT järjestivät yhdessä konferenssin tietojenkäsittelyn fysiikasta. Kuuluisa fyysikko ehdotti kvanttitietokoneen rakentamista. Hänen mukaansa mallintamiseen tulisi käyttää kvanttimekaniikkaa. Ja tämä on hieno tehtävä, koska se ei näytä niin helpolta. Kvanttiprosessorin toimintaperiaate perustuu useisiin outoihin atomien ominaisuuksiin - superpositioon ja takertumiseen. Hiukkanen voi olla kahdessa tilassa samanaikaisesti. Kuitenkin mitattuna se näkyy vain yhdessä niistä. Ja on mahdotonta ennustaa kumpi, paitsi todennäköisyysteorian näkökulmasta. Tämä vaikutus on perusta Schrödingerin kissan ajatuskokeilulle, joka on sekä elossa että kuolleena laatikossa, kunnes tarkkailija kurkistaa. Mikään arkielämässä ei toimi näin. Kuitenkin noin miljoona koetta, jotka on tehty 1900-luvun alun jälkeen, osoittavat, että superpositiota on olemassa. Ja seuraava askel on selvittää, kuinka tätä käsitettä käytetään.

Kvanttiprosessori: työn kuvaus

Klassiset bitit voivat saada arvon 0 tai 1. Jos kuljetat niiden merkkijonon "loogisten porttien" läpi (AND, OR, NOT jne.), voit kertoa numeroita, piirtää kuvia jne. Kubitti voi saada arvoja 0, 1 tai molemmat samaan aikaan. Jos esimerkiksi 2 kubittia on sotkeutunut, se tekee niistä täydellisen korrelaation. Kvanttiprosessori voi käyttää logiikkaportteja. T.n. Esimerkiksi Hadamardin portti asettaa kubitin täydellisen superpositioon. Kun superpositio ja kietoutuminen yhdistetään taitavasti sijoitettuihin kvanttiportteihin, subatomisen laskennan potentiaali alkaa avautua. 2 kubitin avulla voit tutkia 4 tilaa: 00, 01, 10 ja 11. Kvanttiprosessorin toimintaperiaate on sellainen, että loogisen toiminnon suorittaminen mahdollistaa työskentelyn kaikkien asemien kanssa kerralla. Ja käytettävissä olevien tilojen määrä on 2 kubittien lukumäärän potenssilla. Joten jos tekisit 50 kubitin yleisen kvanttitietokoneen, voisit teoriassa tutkia kaikkia 1 125 kvadriljoonaa yhdistelmää kerralla.

Kudits

Venäjän kvanttiprosessori nähdään hieman eri tavalla. MIPT:n ja Venäjän kvanttikeskuksen tutkijat ovat luoneet "quditteja", jotka ovat useita "virtuaalisia" kubitteja, joilla on eri "energiatasot".

Amplitudit

Kvanttiprosessorilla on se etu, että kvanttimekaniikka perustuu amplitudeihin. Amplitudit ovat samanlaisia ​​kuin todennäköisyys, mutta ne voivat olla myös negatiivisia ja kompleksilukuja. Joten jos sinun on laskettava tapahtuman todennäköisyys, voit laskea yhteen kaikkien mahdollisten vaihtoehtojen amplitudit niiden kehittämiseksi. Kvanttilaskennan ideana on yrittää virittää sitä niin, että joillakin poluilla vääriin vastauksiin on positiivinen amplitudi ja toisilla negatiivinen amplitudi, joten ne kumoavat toisensa. Ja oikeaan vastaukseen johtavilla poluilla olisi amplitudit, jotka ovat samassa vaiheessa keskenään. Temppu on järjestää kaikki tietämättä etukäteen, mikä vastaus on oikea. Joten kvanttitilojen eksponentiaalinen luonne yhdistettynä mahdollisiin häiriöihin positiivisten ja negatiivisten amplitudien välillä on tämän tyyppisen laskennan etu.

Shorin algoritmi

On monia ongelmia, joita tietokone ei pysty ratkaisemaan. Esimerkiksi salaus. Ongelmana on, että 200-numeroisen luvun alkutekijöiden löytäminen ei ole helppoa. Vaikka kannettavassa tietokoneessa olisi loistava ohjelmisto, saatat joutua odottamaan vuosia löytääksesi vastauksen. Joten toinen virstanpylväs kvanttilaskennassa oli algoritmi, jonka Peter Shor julkaisi vuonna 1994, nykyään matematiikan professori MIT:ssä. Hänen menetelmänsä on löytää suuren luvun tekijät kvanttitietokoneella, jota ei vielä ollut olemassa. Pohjimmiltaan algoritmi suorittaa operaatioita, jotka osoittavat alueille, joilla on oikea vastaus. Seuraavana vuonna Shor keksi menetelmän kvanttivirheen korjaamiseksi. Sitten monet ymmärsivät, että tämä oli vaihtoehtoinen laskentatapa, joka voisi joissain tapauksissa olla tehokkaampi. Sitten fyysikot kiinnostuivat kubittien ja logiikkaporttien luomisesta niiden välille. Ja nyt, kaksi vuosikymmentä myöhemmin, ihmiskunta on luomassa täysimittaista kvanttitietokonetta.

Hei taas kaikille blogini lukijoille! Eilen pari juttua "kvanttitietokoneesta" ilmestyi taas uutisissa. Tiedämme koulun fysiikan kurssista, että kvantti on tietty yhtä suuri osa energiaa, on myös ilmaisu "kvanttihyppy", eli välitön siirtyminen tietystä energiatasosta vielä korkeammalle tasolle.. Otetaan yhdessä selvää mitä kvanttitietokone on ja mitä Me kaikki odotamme tämän ihmekoneen ilmestymistä

Kiinnostuin tästä aiheesta ensimmäisen kerran katsellessani elokuvia Edward Snowdenista. Kuten tiedätte, tämä Amerikan kansalainen keräsi useita teratavuja luottamuksellisia tietoja (kompromittivia todisteita) Yhdysvaltain tiedustelupalvelujen toiminnasta, salasi sen perusteellisesti ja lähetti ne Internetiin. "Jos minulle tapahtuu jotain, hän sanoi, tieto salataan ja tulee siten kaikkien saataville."

Laskelma oli, että tämä tieto oli "kuumaa" ja olisi relevanttia vielä kymmenen vuoden ajan. Ja se voidaan purkaa nykyaikaisella laskentateholla vähintään kymmenessä vuodessa. Kvanttitietokone selviytyy tästä tehtävästä kehittäjien odotusten mukaan noin 25 minuutissa. Tämä on sellainen "kvanttihyppy", joka odottaa meitä pian, ystävät.

Nukkejen kvanttitietokoneen toimintaperiaatteet

Koska puhumme kvanttifysiikasta, puhutaanpa siitä vähän. En mene rikkaruohoihin, ystävät. Olen "teekannu", en kvanttifysiikko. Noin sata vuotta sitten Einstein julkaisi suhteellisuusteoriansa. Kaikki tuon ajan älykkäät ihmiset olivat yllättyneitä siitä, kuinka paljon paradokseja ja uskomattomia asioita siinä oli. Joten kaikki Einsteinin paradoksit, jotka kuvaavat maailmamme lakeja, ovat vain viisivuotiaan lapsen viatonta hölmöilyä verrattuna siihen, mitä tapahtuu atomien ja molekyylien tasolla.

"Kvanttifyysikot" itse, jotka kuvaavat elektronien ja molekyylien tasolla tapahtuvia ilmiöitä, sanovat jotain näin: "Tämä on uskomatonta. Tämä ei voi olla totta. Mutta niin se on. Älä kysy meiltä, ​​kuinka kaikki toimii. Emme tiedä miten tai miksi. Me vain katsomme. Mutta se toimii. Tämä on todistettu kokeellisesti. Tässä on kokeiden kaavat, riippuvuudet ja tietueet."

Joten mitä eroa on perinteisellä ja kvanttitietokoneella? Loppujen lopuksi tavallinen tietokone toimii myös sähköllä, ja sähkö on joukko hyvin pieniä hiukkasia - elektroneja?

Tietokoneemme toimivat joko "kyllä" tai "ei" periaatteella. Jos johdossa on virtaa, se on "Kyllä" tai "Yksi". Jos johdossa ei ole virtaa, se on "nolla". Varianttiarvot "1" ja "0" ovat tiedon tallennusyksikkö nimeltä "Bit". Yksi tavu on 8 bittiä ja niin edelleen ja niin edelleen...

Kuvittele nyt prosessorisi, jossa on 800 miljoonaa tällaista "johtoa", joista jokaisessa näkyy "nolla" tai "yksi" ja katoaa sekunnissa. Ja voit henkisesti kuvitella kuinka hän käsittelee tietoa. Luet nyt tekstiä, mutta itse asiassa se on kokoelma nollia ja ykkösiä.

Raakalla voimalla ja laskelmilla tietokoneesi käsittelee pyyntösi Yandexissä, etsii tarvitsemasi, kunnes se ratkaisee ongelman ja eliminoimalla pääset tarvitsemasi pyynnön pohjalle. Näyttää fontit ja kuvat näytöllä luettavassa muodossa... Toivottavasti ei toistaiseksi mitään monimutkaista? Ja kuva on myös nollia ja ykkösiä.

Nyt, ystävät, kuvitelkaa hetki aurinkokuntamme mallia. Aurinko on keskellä ja maa lentää sen ympärillä. Tiedämme, että tietyllä hetkellä se on aina tietyssä pisteessä avaruudessa, ja sekunnissa se lentää kolmekymmentä kilometriä pidemmälle.

Eli atomin malli on myös planetaarinen, jossa atomi myös pyörii ytimen ympäri. Mutta se on TODISTETTU, ystävät, fiksujen lasien kanssa, että atomi, toisin kuin maapallo, on samanaikaisesti ja aina kaikissa paikoissa... Kaikkialla ja ei missään samaan aikaan. Ja he kutsuivat tätä ihmeellistä ilmiötä "superpositioksi". Kvanttifysiikan muihin ilmiöihin tutustumiseksi suosittelen katsomaan populaaritieteellistä elokuvaa, joka puhuu monimutkaisista asioista yksinkertaisella kielellä ja melko omaperäisessä muodossa.

Jatketaan. Ja nyt "meidän" bitti on korvattu kvanttibitillä. Sitä kutsutaan myös "Qubitiksi". Sillä on myös vain kaksi alkutilaa "nolla" ja "yksi". Mutta koska sen luonne on "kvantti", se voi SAMANAIKAisesti ottaa kaikki mahdolliset väliarvot. Ja samalla olla niissä. Nyt sinun ei tarvitse laskea arvoja peräkkäin, lajitella niitä... tai etsiä tietokannasta pitkään. Ne tiedetään jo etukäteen, heti. Laskelmat suoritetaan rinnakkain.

Ensimmäiset "kvantti"-algoritmit matemaattisia laskelmia varten keksi englantilainen matemaatikko Peter Shore vuonna 1997. Kun hän esitteli ne maailmalle, kaikki kryptografit jännittyivät, koska olemassa olevat salaukset "särkevät" tällä algoritmilla muutamassa minuutissa. Mutta kvanttialgoritmia käyttäviä tietokoneita ei tuolloin ollut.

Siitä lähtien on toisaalta tehty työtä sellaisen fyysisen järjestelmän luomiseksi, jossa kvanttibitti toimisi. Eli "laitteisto". Toisaalta he ovat jo kehittämässä suojaa kvanttihakkerointia ja tietojen salauksen purkamista vastaan.

Mitä nyt? Ja tältä kvanttiprosessori näyttää Googlen 9-kubitin mikroskoopin alla.

Ovatko he todella ohittaneet meidät? 9 qubit tai "vanhan" 15 bitin mukaan, tämä ei ole vielä niin paljon. Lisäksi korkeat kustannukset, paljon teknisiä ongelmia ja kvanttien lyhyt "elinikä". Mutta muista, että ensin oli 8-bittisiä prosessoreita, sitten ilmestyi 16-bittisiä prosessoreita... Sama tulee käymään näille...

Kvanttitietokone Venäjällä - myytti vai todellisuus?

Mitä meistä? Mutta emme ole syntyneet lieden takana. Tässä kaivoin kuvan ensimmäisestä venäläisestä kuutiosta mikroskoopin alla. Hän on todella ainoa täällä.

Se näyttää myös eräänlaiselta "silmukalta", jossa tapahtuu jotain, jota emme vielä tiedä. On ilahduttavaa ajatella, että omamme kehittävät valtion tuella omaa. Kotimainen kehitys ei siis ole enää myytti. Tämä on tulevaisuutemme. Katsotaan millainen siitä tulee.

Viimeisimmät uutiset Venäjän 51 kubitin kvanttitietokoneesta

Tässä tämän kesän uutisia. Kaverimme (kunnia ja ylistys heille!) ovat kehittäneet maailman tehokkaimman (!) kvanttitietokoneen (!) 51 qubits (!) eli. Mielenkiintoisin asia on, että ennen tätä Google julkisti 49 kubitin tietokoneensa. Ja he arvioivat saavansa sen valmiiksi noin kuukaudessa. Ja meidän päätimme esitellä valmiin 51 qubitin kvanttiprosessorin... Bravo! Siinä se kisa on meneillään. Pystymme ainakin pysymään perässä. Koska näiden järjestelmien toimiessa odotetaan suurta läpimurtoa tieteessä. Tässä on kuva henkilöstä, joka esitteli kehitystämme kansainvälisellä "quantum" -foorumilla.

Tämän tiedemiehen nimi on Mikhail Lukin. Nykyään hänen nimensä on valokeilassa. Sellaista projektia on mahdotonta luoda yksin, ymmärrämme tämän. Hän ja hänen tiiminsä ovat luoneet maailman tehokkaimman kvanttitietokoneen tai prosessorin (!). Tässä on mitä pätevillä ihmisillä on sanottavaa tästä:

« Toimiva kvanttitietokone on paljon kauheampi kuin atomipommi”, toteaa Sergei Belousov, Venäjän kvanttikeskuksen perustaja. - Hän (Mihail Lukin) loi järjestelmän, jossa on eniten kubitteja. Varmuuden vuoksi. Tässä vaiheessa mielestäni se on yli kaksi kertaa niin monta kubittia kuin kukaan muu. Ja hän teki nimenomaan 51 kubittia, ei 49. Koska Google sanoi jatkuvasti, että he tekisivät 49."

Lukin itse ja Googlen kvanttilaboratorion johtaja John Martinez eivät kuitenkaan pidä itseään kilpailijoina tai kilpailijoina. Tiedemiehet ovat vakuuttuneita siitä, että heidän pääkilpailijansa on luonto, ja heidän päätavoitteensa on teknologian kehittäminen ja sen käyttöönotto ihmiskunnan viemiseksi uuteen kehitysvaiheeseen.

"On väärin ajatella tätä kilpailuna", John Martinez sanoo oikein. - Meillä on todellinen kilpailu luonnon kanssa. Koska kvanttitietokoneen luominen on todella vaikeaa. Ja on vain jännittävää, että joku onnistui luomaan järjestelmän, jossa on niin monta kubittia. Toistaiseksi 22 kubittia on maksimi, jonka voimme tehdä. Vaikka käytimme kaikkea taikuuttamme ja ammattitaitoamme.”

Kyllä, tämä kaikki on erittäin mielenkiintoista. Jos muistamme analogioita, kun transistori keksittiin, kukaan ei voinut tietää, että tietokoneet toimivat tällä tekniikalla 70 vuotta myöhemmin. Pelkästään nykyaikaisessa prosessorissa niiden määrä on 700 miljoonaa. Ensimmäinen tietokone painoi useita tonneja ja käytti suuria alueita. Mutta henkilökohtaiset tietokoneet ilmestyivät silti - paljon myöhemmin...

Mielestäni meidän ei nyt pitäisi odottaa tämän luokan laitteiden ilmestyvän myymälöihimme lähitulevaisuudessa. Monet odottavat heitä. Varsinkin kryptovaluutan kaivostyöntekijät kiistelevät tästä paljon. Tiedemiehet katsovat häntä toiveikkaasti, ja sotilaat katsovat häntä tarkasti. Tämän kehityksen potentiaali, sellaisena kuin me sen ymmärrämme, ei ole täysin selvä.

On vain selvää, että kun kaikki alkaa toimia, se vetää mukanaan koko tietointensiivisen teollisuuden. Jos vain oma kvanttitietokoneemme, joka meille syntyessä annettiin, ei petä ihmisiä - tämä on päämme. Älä siis vielä kiirehdi heittämään laitteitasi roskakoriin. He palvelevat sinua pitkään. Kirjoita, jos artikkeli oli mielenkiintoinen. Tule takaisin usein. Hyvästi!

Kvanttitietokoneet lupaavat todellisen vallankumouksen, ei vain tietojenkäsittelyssä, vaan myös tosielämässä. Media on täynnä otsikoita siitä, kuinka kvanttitietokoneet tuhoavat nykyaikaisen kryptografian, ja tekoälyn voima niiden ansiosta kasvaa suuruusluokkaa.

Viimeisten 10 vuoden aikana kvanttitietokoneet ovat siirtyneet puhtaasta teoriasta ensimmäisiin toimiviin esimerkkeihin. On totta, että luvattuun vallankumoukseen on vielä pitkä matka, eikä sen vaikutus loppujen lopuksi välttämättä ole niin kattava kuin nyt näyttää.

Miten kvanttitietokone toimii?

Kvanttitietokone on laite, joka käyttää kvantti-superpositiota ja kvanttikietoutumista. Tällaisten laskelmien pääelementti on kubitti eli kvanttibitti. Kaikkien näiden sanojen takana on melko monimutkainen matematiikka ja fysiikka, mutta jos yksinkertaistaa niitä mahdollisimman paljon, saat jotain tällaista.

Tavallisissa tietokoneissa käsittelemme bittejä. Bitti on tiedon yksikkö binäärijärjestelmässä. Se voi ottaa arvot 0 ja 1, mikä on erittäin kätevä paitsi matemaattisille, myös loogisille operaatioille, koska nolla voidaan yhdistää arvoon "false" ja yksi "tosi".

Nykyaikaiset prosessorit on rakennettu transistoreiden, puolijohdeelementtien pohjalta, jotka voivat tai ei voi siirtää sähkövirtaa. Toisin sanoen se tuottaa kaksi arvoa, 0 ja 1. Samoin flash-muistissa kelluva hilatransistori voi tallentaa varauksen. Jos se on läsnä, saamme yhden, jos sitä ei ole, saamme nollan. Magneettinen digitaalinen tallennus toimii samalla tavalla, vain tiedon kantajana on magneettinen hiukkanen, joko varauksella tai ilman.

Laskennassa luetaan muistista bitin arvo (0 tai 1) ja sitten viedään virta transistorin läpi ja riippuen siitä kulkeeko se vai ei, saadaan ulostuloon uusi bitti, jolla on mahdollisesti eri arvo.

Mitä ovat kubitit kvanttitietokoneille? Kvanttitietokoneessa pääelementti on kubitti - kvanttibitti. Toisin kuin tavallinen bitti, se on kvanttisuperpositiotilassa, eli sen arvo on sekä 0 että 1 ja mikä tahansa niiden yhdistelmä milloin tahansa. Jos järjestelmässä on useita kubitteja, yhden muuttaminen edellyttää myös kaikkien muiden kubittien vaihtamista.

Näin voit samanaikaisesti laskea kaikki mahdolliset vaihtoehdot. Perinteinen prosessori binäärilaskelmillaan itse asiassa laskee vaihtoehdot peräkkäin. Ensin yksi skenaario, sitten toinen, sitten kolmas jne. Asioiden nopeuttamiseksi he alkoivat käyttää monisäikeistystä, rinnakkaisten laskutoimitusten suorittamista, esihakua mahdollisten haarautumisvaihtoehtojen ennustamiseen ja niiden laskemiseen etukäteen. Kvanttitietokoneessa tämä kaikki tehdään rinnakkain.

Myös laskentaperiaate on erilainen. Tavallaan kvanttitietokone sisältää jo kaikki mahdolliset vaihtoehdot ongelman ratkaisemiseksi, meidän tehtävämme on vain lukea kubittien tila ja... valita niistä oikea vaihtoehto. Ja tästä vaikeudet alkavat. Tämä on kvanttitietokoneen toimintaperiaate.

Kvanttitietokoneen luominen

Mikä on kvanttitietokoneen fyysinen luonne? Kvanttitila voidaan saavuttaa vain hiukkasissa. Kubittia ei voi rakentaa useista atomeista, kuten transistori. Toistaiseksi tätä ongelmaa ei ole täysin ratkaistu. Vaihtoehtoja on useita. Atomien varaustiloja käytetään esimerkiksi elektronin läsnäoloa tai puuttumista tavallisessa pisteessä, suprajohtavia alkuaineita, fotoneja jne.

Tällaiset "hienot asiat" asettavat rajoituksia kubittien tilan mittaamiselle. Energiat ovat erittäin alhaiset, datan lukemiseen tarvitaan vahvistimia. Mutta vahvistimet voivat vaikuttaa kvanttijärjestelmään ja muuttaa sen tiloja, mutta ei vain niillä, vaan jopa havainnoinnin tosiasialla voi olla merkitystä.

Kvanttilaskenta sisältää joukon operaatioita, jotka suoritetaan yhdelle tai useammalle kubitille. Ne puolestaan ​​johtavat muutoksiin koko järjestelmässä. Tehtävänä on valita tiloistaan ​​oikea, joka antaa laskelmien tuloksen. Tässä tapauksessa voi olla mikä tahansa määrä tiloja, jotka ovat mahdollisimman lähellä tätä. Näin ollen tällaisten laskelmien tarkkuus eroaa melkein aina yhtenäisyydestä.

Siten täysimittainen kvanttitietokone vaatii merkittäviä edistysaskeleita fysiikassa. Lisäksi kvanttitietokoneen ohjelmointi on erilaista kuin nyt. Lopuksi, kvanttitietokoneet eivät pysty ratkaisemaan ongelmia, joita ei voida ratkaista perinteisillä tietokoneilla, mutta ne voivat nopeuttaa niiden ratkaisuja, joita ne voivat käsitellä. Totta, ei kaikki.

Qubit laskenta, qubit kvanttitietokone

Vähitellen kvanttitietokoneen matkalla olevat ongelmat poistetaan. Ensimmäiset kubitit rakennettiin vuosisadan alussa. Prosessi kiihtyi vuosikymmenen alussa. Nykyään kehittäjät pystyvät jo valmistamaan prosessoreita, joissa on kymmeniä kubitteja.

Viimeisin läpimurto oli Bristlecone-prosessorin luominen Googlen suolistossa. Maaliskuussa 2018 yritys ilmoitti pystyneensä rakentamaan 72 kubitin prosessorin. Google ei kerro, mihin fyysisiin periaatteisiin Bristlecone on rakennettu. Uskotaan kuitenkin, että 49 kubittiä riittää saavuttamaan "kvanttiylivallan", kun kvanttitietokone alkaa päihittää tavanomaisen tietokoneen. Google onnistui täyttämään tämän ehdon, mutta 0,6 %:n virheprosentti on silti korkeampi kuin vaadittu 0,5 %.

Syksyllä 2017 IBM ilmoitti 50 qubitin kvanttiprosessorin prototyypin luomisesta. Häntä testataan. Mutta vuonna 2017 IBM avasi 20 kubitin prosessorinsa pilvipalveluille. Maaliskuussa 2018 lanseerattiin IBM Q:n pienempi versio Kuka tahansa voi suorittaa kokeita tällaisella tietokoneella. Niiden tulosten perusteella on julkaistu jo 35 tieteellistä artikkelia.

10-vuotisjuhlan alkaessa markkinoille ilmestyi ruotsalainen D-Wave, joka sijoitti tietokoneensa kvantteiksi. Se aiheutti paljon kiistoja, kun se ilmoitti 1000 kubitin koneiden luomisesta, samalla kun tunnustetut johtajat "seikkailivat" vain parilla kubitilla. Ruotsalaisten kehittäjien tietokoneita myytiin 10-15 miljoonalla dollarilla, joten niiden tarkistaminen ei ollut niin helppoa.

D-Wave-tietokoneet eivät ole kvantteja sanan varsinaisessa merkityksessä, mutta ne käyttävät joitain kvanttiefektejä, joita voidaan käyttää joidenkin optimointiongelmien ratkaisemiseen. Toisin sanoen, kaikki algoritmit, jotka voidaan suorittaa kvanttitietokoneella, eivät saa kvanttikiihtyvyyttä D-Wavessa. Google osti yhden ruotsalaisten järjestelmistä. Tämän seurauksena sen tutkijat tunnustivat tietokoneet "rajoitetusti kvantteiksi". Kävi ilmi, että kubitit on ryhmitelty kahdeksan klusteriin, eli niiden todellinen lukumäärä on huomattavasti pienempi kuin ilmoitettu.

Kvanttitietokone Venäjällä

Perinteisesti vahva fysiikan koulu mahdollistaa merkittävän panoksen fyysisten ongelmien ratkaisemiseen kvanttitietokoneen luomiseksi. Tammikuussa 2018 venäläiset loivat signaalivahvistimen kvanttitietokoneeseen. Ottaen huomioon, että vahvistin itse pystyy vaikuttamaan kubittien tilaan toiminnallaan, sen tuottaman kohinan tason tulisi poiketa vähän "tyhjiöstä". Tässä onnistuivat venäläiset tutkijat NUST MISISin "Superconducting Metamaterials" -laboratoriosta ja kahdesta Venäjän tiedeakatemian instituutista. Suprajohtimia käytettiin vahvistimen luomiseen.

Venäjälle on myös luotu kvanttikeskus. Se on valtiosta riippumaton tutkimusorganisaatio, joka harjoittaa kvanttifysiikan tutkimusta. Hän työskentelee myös kubittien luomisen ongelman parissa. Keskuksen takana ovat liikemies Sergei Belousov ja Harvardin yliopiston professori Mihail Lukin. Hänen johdollaan Harvardiin oli jo luotu 51 qubit prosessori, joka oli jonkin aikaa ennen Bristleconin julkistamista maailman tehokkain kvanttitietokonelaite.

Kvanttilaskennan kehittämisestä on tullut osa digitaalitalouden valtioohjelmaa. Vuosina 2018-20 alan työhön osoitetaan valtion tukea. Toimintasuunnitelmassa on määrä luoda kvantisimulaattori kahdeksalla suprajohtavalla kubitilla. Tämän jälkeen päätetään tämän tekniikan skaalaamisesta edelleen.

Lisäksi Venäjä aikoo ennen vuotta 2020 testata toista kvanttiteknologiaa: kubittien rakentamista neutraaleille atomeille ja varautuneille ioneille ansoissa.

Yksi ohjelman tavoitteista on luoda kvanttisalausta ja kvanttiviestintälaitteita. Kvanttiavaimille luodaan jakelukeskuksia, jotka jakavat ne kuluttajille - pankeille, datakeskuksille ja teollisuusyrityksille. Uskotaan, että täysimittainen kvanttitietokone voi rikkoa minkä tahansa modernin salausalgoritmin muutamassa minuutissa.

Lopulta

Joten kvanttitietokoneet ovat edelleen kokeellisia. On epätodennäköistä, että täysimittainen kvanttitietokone, joka kykenee todella suureen laskentatehoon, ilmestyy ennen seuraavaa vuosikymmentä. Kubittien tuotanto ja niistä vakaiden järjestelmien rakentaminen on vielä kaukana täydellisestä.

Sen perusteella, että kvanttitietokoneissa on useita tekniikaltaan ja luultavasti kustannuksiltaan erilaisia ​​ratkaisuja, niitä ei yhtenäistetä vielä 10 vuoteen. Standardointiprosessi voi kestää kauan.

Lisäksi on jo selvää, että kvanttitietokoneet jäävät todennäköisesti "palasiksi" ja erittäin kalliiksi laitteiksi seuraavan vuosikymmenen aikana. On epätodennäköistä, että ne päätyvät tavallisen käyttäjän taskuun, mutta voit odottaa niiden ilmestymistä supertietokoneiden luetteloon.

On todennäköistä, että kvanttitietokoneita tarjotaan "pilvi"-mallissa, jossa niiden resursseja voivat käyttää kiinnostuneet tutkijat ja organisaatiot.