Kvantti prosessori: kuvausta, toimintaperiaate

Kvanttilaskentaa, ainakin teoriassa, muutamia mainitakseni vuosikymmeniä. Nykyisentyyppisiä koneita, jotka käyttävät muita kuin klassinen mekaniikka käsittelyyn mahdollisesti suunnattomia määriä tietoa, on tullut suuri läpimurto. Mukaan kehittäjät, niiden toteutus oli ehkä kaikkein kehittynyttä tekniikkaa koskaan luotu. Quantum prosessorit toimivat tasoilla asia, josta ihmiskunta on tiedossa vain 100 vuotta sitten. Potentiaalia tällaisia laskelmia on valtava. Käyttämällä outo kvantti ominaisuuksia nopeuttaa laskelmia, niin monia tehtäviä, jotka ovat parhaillaan klassista tietokonetta ei ole varaa ratkaista. Eikä vain alalla kemian ja materiaalitieteiden. Wall Street on myös osoittaa kiinnostusta.

Sijoittaminen tulevaisuuteen

CME Group on investoinut Vancouverin yhtiö 1QB Information Technologies Inc., kehittää ohjelmistoja Quantum prosessoria. Mukaan sijoittajille, nämä laskelmat ovat todennäköisesti suurimmat vaikutukset teollisuuteen, jotka toimivat suuria määriä arkaluonteisia tietoja ajoin. Esimerkki tällaisesta asiakkaat ovat rahoituslaitoksia. Goldman Sachs sijoitti D-Wave Systems, ja yhtiö In-Q-Tel rahoittama CIA. Ensimmäisessä valmistaa koneita, jotka tekevät mitä kutsutaan "kvantti hehkutus" eli. E. päättää matalan tason optimointi ongelman käyttämällä kvantti prosessori. Intel on mukana myös investoida tähän teknologiaan, vaikka se katsoo täytäntöönpanon tulevan liiketoiminnan.

Miksi se?

Syy siihen, että kvanttilaskentaa on niin jännittävää, on niiden täydellinen yhdistelmä, jossa koneoppimisen. Tällä hetkellä se on tärkein sovellus tällaisia laskelmia. Osittain tämä on seurausta ajatuksesta kvanttitietokoneen - käyttämällä fyysistä laitteen etsimään ratkaisuja. Joskus käsite selittää esimerkin pelin Angry Birds. Simuloida vuorovaikutus painovoiman ja törmätä esineitä CPU tabletti käyttää matemaattisia yhtälöitä. Quantum Prosessorit laittaa tämän lähestymistavan päälaelleen. Ne "heittää" muutaman lintuja, ja katsoa mitä tapahtuu. Microchip kirjallinen tehtävä: se on lintu, he heittävät mitä optimaalisen lentoradan? Jälkeen tarkistetaan kaikki mahdolliset ratkaisut, tai ainakin hyvin suuri niiden yhdistelmää, ja vastaus annetaan. Vuonna kvanttitietokoneen ongelmat ratkaistaan ole matemaatikko, fysiikan lakeja työn sijaan.

Miten se toimii?

Perusrakenneosia meidän maailmassa - kvanttimekaanisista. Jos tarkastellaan molekyylit, syy joista ne on muodostettu ja pysyvän vakaana - vuorovaikutus elektroniorbitaalien. Kaikki kvanttimekaanisista laskelmat sisältyvät kukin niistä. Heidän määränsä kasvaa eksponentiaalisesti lisätä määrää simuloitu elektroneja. Esimerkiksi 50 elektronit olemassa kaksi 50 asteen vaihtoehtoja. Tämä ilmiömäisen suuri määrä, joten se ei voi laskea tänään. Yhteyden tiedot teoria fysiikan voi viitoittaa tietä ratkaista tällaisia ongelmia. 50 kubitovnomu tietokone voi tehdä sitä.

Dawn of uuden aikakauden

Mukaan Landon Downs, presidentti ja co-founder 1QBit, kvantti prosessori - on mahdollista käyttää prosessorin tehosta aliatomisella maailma, on tärkeää saada uusia materiaaleja tai uusien lääkkeiden. On siirrytty paradigma oivaltamisen uuden aikakauden suunnitteluun. Esimerkiksi, kvanttilaskennalla voidaan mallintaa katalyyttejä, jotka mahdollistavat poimia hiilen ja typen ilmakehästä, ja siten auttaa maapallon lämpenemisen pysäyttämiseksi.

Eturintamassa edistymisen

kehittäjien tämä teknologia on erittäin innostunut ja kiireinen toimintaan. Joukkueet ympäri maailmaa yritysten, yritysten, yliopistojen ja valtion labs rakentavat kilpa-auto, joka käyttää erilaisia lähestymistapoja kvantti-informaation käsittelyyn. Luotu kubitti suprajohtava kubittien ja pelimerkit vangitut ionit, jotka osallistuvat tutkijat Marylandin yliopistossa ja National Institute of Standards and Technology. Microsoft kehittää esimerkiksi topologinen lähestymistapa nimeltään Station Q, jonka tarkoituksena on soveltaa muita kuin Abelin anioni joiden olemassaoloa ei ole kiistatta osoitettu.

Vuosi todennäköinen läpimurto

Ja tämä on vasta alkua. Lopussa toukokuun 2017 määrä kvantti-prosessoria ovat yksilöllisesti tekemässä jotain nopeammin tai parempi kuin klassista tietokonetta, on nolla. Tämä tapahtuma asettaa "kvantti paremmuuden", mutta toistaiseksi se ei ole tapahtunut. Vaikka on todennäköistä, että tämä voisi tapahtua jo tänä vuonna. Useimmat sisäpiiriläisten sanoi, että Google on selvä suosikki johtama ryhmä fysiikan professori, University of California at Santa Barbara, John Martin. Sen tarkoituksena - saavuttaa ylivoimainen computing avulla 49-kubitti prosessori. Loppuun mennessä toukokuun 2017 joukkue onnistuneesti testanneet 22-kubitti siru välivaiheena kohti purkamista klassisen supertietokoneen.

Miten kaikki alkoi?

Ajatus käyttää kvanttimekaniikan tietojen käsittelyn vuosikymmeniä. Yksi tärkeimmistä tapahtumia vuonna 1981, kun IBM ja MIT järjestivät yhdessä konferenssin laskennallisen fysiikan. Kuuluisa fyysikko Richard Feynman aiotaan rakentaa kvanttitietokoneen. Hänen mukaansa simulaatio tulisi hyödyntää keinoja kvanttimekaniikka. Ja se on suuri haaste, koska se ei näytä niin helppoa. Kvantti-prosessori toimintaperiaate perustuu useisiin outo ominaisuuksia atomien - päällekkäisyys ja kietoutuminen. Hiukkanen voi olla kahdessa tilassa samaan aikaan. Kuitenkin, kun sen mittaaminen on vain yksi niistä. Ja on mahdotonta ennustaa, jossa paitsi näkökulmasta teorian todennäköisyys. Tämä vaikutus on perusteella ajatuskokeen Schrödingerin kissa, joka on pakkauksessa samanaikaisesti kuolleet ja hengissä niin kauan kuin tarkkailija ei hiipiä kurkistaa. Mikään ei toimi arkielämässä tällä tavalla. Kuitenkin noin 1 miljoona kokeita alusta vuosisadan, osoittavat, että koostumus ei ole. Ja seuraava askel on kuvauksen siitä, miten käyttää tätä käsitettä.

Quantum-prosessori: työnkuva

Klassinen bittiä voi olla arvo 0 tai 1, se on mahdollista kertoa numeroita, piirtää kuvia ja niin edelleen. N. Qubit voi myös olla 0, jos hän on unohtanut linjan kautta "loogisia portteja" (d. AND, OR, EI, jne.), 1 tai molemmat. Jos vaikkapa 2 qubit sekasotku, se tekee niistä täysin korreloi. tyypin kvantti prosessori voi käyttää loogisia portteja. T. N. Hadamard portti, esimerkiksi, asettaa qubit on päällekkäin tilan täydellinen. Jos päällekkäisyys ja kietoutuminen yhdistää älykkäästi sijoitettu kvanttiporttien, jotka alkavat avautua mahdollisuuksia osa-atomi laskelmat. 2 mahdollistavat tutkimuksen qubit 4 todetaan: 00, 01, 10 ja 11. toimintaperiaate quantum prosessoriin siten, että toteutuksen loogisia operaatioita tekee mahdolliseksi työskennellä kaikissa asennoissa kerralla. Ja käytettävissä olevien valtioiden on 2 potenssiin määrän kubittien. Joten, jos teet 50-kubitti universaali kvanttitietokone, on teoriassa mahdollista tutkia kaikki 1125 Kvadriljoona yhdistelmiä samanaikaisesti.

Kudity

Quantum prosessori Venäjällä nähdä hieman eri tavalla. Tutkijat MIPT ja Venäjän kvantti keskus luotu "kudity" edustaa useita "virtuaalinen" kvanttibittejä eri "energia" tasot.

amplitudi

tyypin kvantti prosessori on se etu, että kvanttimekaniikan perustuu amplitudit. Todennäköisyysamplitudi ovat samanlaisia, mutta ne voivat olla myös negatiivinen, ja kompleksiluvut. Joten, jos haluat laskea todennäköisyys tapahtuman, voit lisätä kaikenlaisia amplitudi niiden kehityksen vaihtoehtoja. Ajatus kvanttilaskentaa on yrittää setup interferenssikuvio niin että jotkut tavoista vääriä vastauksia oli positiivinen amplitudi, ja jotkut - negatiivinen, joten ne kumoavat toisensa. Polku johtaa oikean vastauksen olisi amplitudit, jotka ovat vaiheessa keskenään. Juju on, että sinun täytyy järjestää kaiken, tietämättä etukäteen, mitä vastaus on oikea. Joten eksponentiaalinen kvanttitilojen yhdessä potentiaalin välisen interferenssin positiivinen ja negatiivinen amplitudi on etu tässä käytetty laskennan tyyppi.

Shorin algoritmi

On monia tehtäviä, että tietokone ei kykene ratkaisemaan. Kuten salaus. Ongelmana on, että se ei ole niin helppo löytää alkutekijät 200 numeroa. Vaikka kannettava tietokone on käynnissä erinomainen ohjelmisto, saatat joutua odottamaan vuosia löytää vastauksen. Siksi uusi virstanpylväs kvanttilaskenta on tullut algoritmin julkaistiin vuonna 1994 Peter Shore, on nyt matematiikan professori MIT. Hänen menetelmänsä on löytää tekijöitä monien käyttämällä kvanttitietokonetta, joka ei vielä ole. Itse asiassa, algoritmi suorittaa operaation, joka osoittaa alueen, jossa on oikea vastaus. Seuraavana vuonna Shore löytäneet menetelmän kvantti virheen korjaus. Sitten monet ovat ymmärtäneet, että se on - vaihtoehtoinen laskentamenetelmä, joka joissakin tapauksissa voi olla tehokkaampi. Sitten seurasi aalto kiinnostusta fyysikot luoda kvanttibittejä ja loogisia portteja niiden välillä. Ja nyt, kaksi vuosikymmentä myöhemmin, ihmiskunta on partaalla luoda täysimittainen kvanttitietokoneelle.