Ríomhairí chandamach agus ríomhaireacht chandamach - nua , a cuireadh lenár spás faisnéise in éineacht le , agus téarmaí ardteicneolaíochta eile. Ag an am céanna, ní raibh mé riamh in ann ábhar a fháil ar an Idirlíon a chuirfeadh an bhfreagra i mo cheann ar a dtugtar “Conas a oibríonn ríomhairí chandamach”. Sea, tá go leor saothair den scoth, lena n-áirítear ar Habr (féach. ), tuairimí a bhfuil, mar is gnách, fiú níos mó faisnéiseach agus úsáideach, ach níor chuir an pictiúr i mo cheann, mar a deir siad, suas.
Agus le déanaí tháinig mo chomhghleacaithe aníos chugam agus d’fhiafraigh siad, “An dtuigeann tú conas a oibríonn ríomhaire chandamach? An féidir leat insint dúinn?" Agus ansin thuig mé nach mise an t-aon duine a bhfuil fadhb aige le pictiúr soiléir a chur le chéile i mo cheann.
Mar thoradh air sin, rinneadh iarracht faisnéis a thiomsú faoi ríomhairí chandamach i gciorcad loighic comhsheasmhach ina bhfuil leibhéal bunúsach, gan tumoideachas domhain sa mhatamaitic agus struchtúr an domhain chandamach, míníodh cad é ríomhaire chandamach, cad iad na prionsabail a fheidhmíonn sé, agus cad iad na fadhbanna a bhíonn ag eolaithe agus é á chruthú agus á oibriú.
Tábla na nÁbhar
Séanadh
Ní saineolaí ar ríomhaireacht chandamach é an t-údar, agus Is iad na daoine TF céanna an spriocghrúpa san alt, ní speisialtóirí chandamach, atá ag iarraidh freisin pictiúr a chur le chéile ina gceann ar a dtugtar "Conas a oibríonn ríomhairí chandamach." Mar gheall air seo, déantar go leor coincheapa san alt a shimpliú d’aon ghnó chun teicneolaíochtaí chandamach a thuiscint níos fearr ar leibhéal “bunúsach”, ach gan .
Úsáideann an t-alt in áiteanna áirithe ábhair ó fhoinsí eile,. . Nuair is féidir, cuirtear isteach naisc dhíreacha agus tásca chuig an buntéacs, tábla nó figiúr. Má rinne mé dearmad ar rud éigin (nó duine éigin) áit éigin, scríobh agus ceartóidh mé é.
Réamhrá
Sa chaibidil seo, féachfaimid go hachomair ar conas a thosaigh an ré chandamach, cad é an chúis a spreag an smaoineamh ar ríomhaire chandamach, cé (cad iad na tíortha agus na corparáidí) atá ar na himreoirí tosaigh sa réimse seo faoi láthair, agus labhair go hachomair freisin. faoi na príomhthreoracha forbartha na ríomhaireachta chandamach.
Conas a thosaigh sé ar fad
Meastar gurb é 1900 pointe tosaigh na ré chandamach, nuair a chuir M. Planck chun tosaigh ar dtús go ndéantar fuinneamh a astú agus a ionsú ní go leanúnach, ach ina chodanna ar leith. Ba iomaí eolaithe den scoth na linne sin a roghnaíodh agus a d’fhorbair an smaoineamh – Bohr, Einstein, Heisenberg, Schrödinger, rud a d’eascair sa deireadh thiar le cruthú agus forbairt na heolaíochta sin mar . Tá go leor ábhar maith ar an Idirlíon maidir le foirmiú na fisice chandamach mar eolaíocht; san Airteagal seo ní bheidh muid ag fanacht ar seo go mion, ach bhí sé riachtanach a chur in iúl an dáta ar tháinig muid isteach sa ré chandamach nua.
Thug fisic chandamach go leor aireagán agus teicneolaíochtaí isteach inár saol laethúil, agus dá uireasa tá sé deacair anois an domhan thart orainn a shamhlú. Mar shampla, léasair, a úsáidtear anois i ngach áit, ó fhearais tí (leibhéil léasair, etc.) go córais ardteicneolaíochta (léasair le haghaidh ceartú fís, dia duit ). Bheadh sé loighciúil glacadh leis go luath nó mall go dtiocfaidh duine ar an smaoineamh cén fáth nach n-úsáidfí córais chandamach don ríomhaireacht. Agus ansin i 1980 a tharla sé.
Tugann Vicipéid le fios gur chuir ár n-eolaí Yuri Manin an chéad smaoineamh ar ríomhaireacht chandamach in iúl i 1980. Ach thosaigh siad i ndáiríre ag caint faoi ach amháin i 1981, nuair a bhí an-aitheanta R. Feynman , faoi deara go bhfuil sé dodhéanta insamhail a dhéanamh ar éabhlóid chóras chandamach ar ríomhaire clasaiceach ar bhealach éifeachtach. Mhol sé samhail bhunúsach , a bheidh in ann samhaltú den sórt sin a dhéanamh.
Tá , ina bhfuil a mheas ar bhealach níos acadúla agus níos mionsonraithe, ach déanfaimid dul síos go hachomair:
Clocha míle móra i stair chruthú ríomhairí chandamach:
- [1994]. P. Cladach. Deartha ag
- [1998]. Cruthaithe
- [2001]. Thug IBM forghníomhú isteach chun uimhir 15 a leathnú
- [2007-2016]. cruthaíonn agus forbraíonn ríomhaire le 128-2000 cubits
- [2012]. Curtha i bhfeidhm ag Ollscoil California
- [2016]. Google ar ríomhaire 9 qubit
- [2017]. (trí adamh)
- [2019]. . Ríomhaire 20-qubit sa scamall
- [2019]. . 53 qubit ríomhaire. ?
Mar a fheiceann tú, tá 17 mbliana caite (ó 1981 go 1998) ó nóiméad an smaoineamh go dtí a chéad chur i bhfeidhm ar ríomhaire le 2 qubits, agus 21 bliain (ó 1998 go 2019) go dtí gur tháinig méadú ar líon na gcubits go 53. Thóg sé 11 bliain (ó 2001 go 2012) feabhas a chur ar thoradh algartam Shor (beidh muid ag breathnú air go mion níos déanaí) ón uimhir 15 go 21. Chomh maith leis sin, ach trí bliana ó shin tháinig muid go dtí an pointe de an rud a labhair Feynman faoi a chur i bhfeidhm, agus foghlaim conas na córais fhisiceacha is simplí a shamhaltú.
Tá forbairt na ríomhaireachta chandamach mall. Tá tascanna an-deacair ag eolaithe agus ag innealtóirí, tá stáit chandamach an-ghearr agus leochaileach, agus chun iad a chaomhnú fada go leor chun ríomhaireachtaí a dhéanamh, caithfidh siad sarcophagi a thógáil ar feadh na mílte dollar, ina gcoimeádtar an teocht. díreach os cionn absalóideach náid, agus atá cosanta uasta ó thionchair sheachtracha. Next beidh muid ag caint faoi na tascanna agus fadhbanna seo níos mine.
Imreoirí Ceannais
Tógtar na sleamhnáin don chuid seo ón alt , ó thaighdeoir Alexey Fedorov. Lig dom Sleachta díreacha a thabhairt duit:
Tá teicneolaíochtaí chandamach á bhforbairt go gníomhach ag na tíortha go léir a bhfuil rath orthu ó thaobh na teicneolaíochta de. Tá méid ollmhór airgid á infheistiú sa taighde seo, agus tá cláir speisialta á gcruthú chun tacú le teicneolaíochtaí chandamach.
Ní stáit amháin, ach freisin cuideachtaí príobháideacha atá rannpháirteach sa rás chandamach. San iomlán, d'infheistigh Google, IBM, Intel agus Microsoft thart ar $0,5 billiún le déanaí i bhforbairt ríomhairí chandamach agus chruthaigh siad saotharlanna móra agus ionaid taighde.
Tá go leor alt ar Habré agus ar an Idirlíon, mar shampla, , и , ina ndéantar scrúdú níos mine ar an staid reatha maidir le forbairt teicneolaíochtaí chandamach i dtíortha éagsúla. Is é an rud is mó dúinn anois ná go bhfuil na tíortha agus na himreoirí is mó le rá sa teicneolaíocht forbartha ag infheistiú suimeanna ollmhóra airgid i dtaighde sa treo seo, rud a thugann dóchas do bhealach amach as an srian teicneolaíochta atá ann faoi láthair.
Treoracha forbartha
I láthair na huaire (d'fhéadfainn a bheith mícheart, ceart mé) tá príomhiarrachtaí (agus torthaí suntasacha níos mó nó níos lú) na n-imreoirí mór le rá dírithe ar dhá réimse:
- Ríomhairí chandamach speisialaithe, atá dírithe ar fhadhb shonrach amháin ar leith a réiteach, mar shampla, fadhb leas iomlán a bhaint. Sampla de tháirge is ea ríomhairí chandamach D-Wave.
- Ríomhairí chandamach uilíoch — atá in ann halgartaim chandamach treallach a chur i bhfeidhm (Shor, Grover, etc.). Feidhmithe ó IBM, Google.
Veicteoirí forbartha eile a thugann fisic chandamach dúinn, mar shampla:
- mar bhonn le haghaidh
- agus i bhfad níos mó
Ar ndóigh, tá sé freisin ar an liosta de na réimsí le haghaidh taighde, ach faoi láthair is cosúil nach bhfuil níos mó nó níos lú torthaí suntasacha.
Ina theannta sin is féidir leat léamh , bhuel, google”", Mar shampla, , и .
Bunúsacha. Rudaí chandamach agus córais chandamach
Is é an rud is tábhachtaí le tuiscint ón alt seo ná
Quantum ríomhaire (murab ionann agus gnáthúsáidí) mar iompróirí faisnéise rudaí chandamach, agus chun ríomhaireachtaí a dhéanamh, ní mór rudaí chandamach a nascadh isteach córas chandamach.
Cad is réad chandamach ann?
Réad chandamach - réad den mhicrea-dhomhan (domhan candamach) a thaispeánann airíonna chandamach:
- Tá staid shainithe aige le dhá leibhéal teorann
- Tá sé i bhforshuíomh ar a staid go dtí an nóiméad tomhais
- Nascann sé é féin le réada eile chun córais chandamach a chruthú
- Sásaíonn sé an teoirim gan chlónáil (ní féidir staid réada a chóipeáil)
Breathnaímid ar gach maoin go mion:
Tá staid shainithe aige le dhá leibhéal teorann (staid deiridh)
Sampla clasaiceach den saol fíor is ea bonn airgid. Tá staid “taobh” aige, a ghlacann dhá leibhéal teorann – “cinn” agus “eireabaill”.
Tá sé i bhforshuíomh ar a staid go dtí an nóiméad tomhais
Chaith siad bonn airgid, cuileoga agus casadh. Cé go bhfuil sé ag rothlú, ní féidir a rá cé acu de na leibhéil teorann ina bhfuil a staid “taobh” suite. Ach chomh luath agus a cháinimid é agus a fhéachaimid ar an toradh, titfidh forshuíomh na stát i gceann amháin den dá stát teorann láithreach – “cinn” agus “eireabaill”. Is tomhas é bonn a bhaint inár gcás.
Nascann sé é féin le réada eile chun córais chandamach a chruthú
Tá sé deacair le bonn airgid, ach déanaimis iarracht. Samhlaigh gur chaitheamar trí bhonn ionas go rothlaíonn siad agus iad ag cloí lena chéile, tá sé seo juggling le boinn. Ag gach nóiméad ama, ní hamháin go bhfuil gach ceann acu i bhforshuíomh stáit, ach bíonn tionchar ag na stáit seo ar a chéile (imbhuaileann na boinn).
Sásaíonn sé an teoirim gan chlónáil (ní féidir staid réada a chóipeáil)
Cé go bhfuil na boinn ag eitilt agus ag sníomh, níl aon bhealach ann gur féidir linn cóip de staid sníomh aon cheann de na boinn a chruthú, ar leithligh ón gcóras. Tá an córas ina chónaí ann féin agus tá an-éad air aon eolas a scaoileadh chuig an domhan lasmuigh.
Cúpla focal eile faoin gcoincheap féin “superpositions”, i mbeagnach gach alt mínítear forshuíomh mar "i ngach stát ag an am céanna", rud atá fíor, ar ndóigh, ach uaireanta mearbhall gan ghá. Is féidir forshuíomh stáit a shamhlú freisin mar an bhfíric go mbíonn réad chandamach ag gach nóiméad ama tá dóchúlachtaí áirithe ann go dtitfidh sé isteach i ngach ceann dá leibhéil teorann, agus san iomlán tá na dóchúlachtaí seo comhionann go nádúrtha le 1. Níos déanaí, agus an qubit á bhreithniú againn, déanfaimid níos mine faoi seo.
Maidir le boinn, is féidir é seo a léirshamhlú - ag brath ar an luas tosaigh, an uillinn caithimh, staid an chomhshaoil ina bhfuil an bonn ag eitilt, tá an dóchúlacht go bhfaighidh tú "cinn" nó "eireabaill" difriúil ag gach nóiméad. Agus, mar a luadh níos luaithe, is féidir staid bonn eitilte den sórt sin a shamhlú mar “a bheith ina stáit teorann go léir ag an am céanna, ach le dóchúlachtaí éagsúla maidir lena gcur i bhfeidhm”.
Is féidir aon réad a gcomhlíontar na hairíonna thuas dó agus ar féidir linn a chruthú agus a rialú a úsáid mar iompróir faisnéise i ríomhaire chandamach.
Beagán eile beimid ag caint ar an staid reatha maidir le cur i bhfeidhm fisiciúil qubits mar réada chandamach, agus cad atá á úsáid ag eolaithe anois sa cháil seo.
Mar sin sonraíonn an tríú airí gur féidir rudaí chandamach a ghreamú chun córais chandamach a chruthú. Cad is córas candamach ann?
Córas chandamach — córas de dhúile candamach bhfostú a bhfuil na hairíonna seo a leanas acu:
- Tá córas candamach i bhforshuíomh ar gach staid fhéideartha de na cuspóirí as a bhfuil sé
- Ní féidir staid an chórais a bheith eolach go dtí an nóiméad tomhais
- Faoi láthair an tomhais, cuireann an córas ceann de na leaganacha féideartha dá stáit teorann i bhfeidhm
(agus, ag breathnú amach romhainn beagán)
Atoradh le haghaidh cláir chandamach:
- Tá staid tugtha ag ríomhchlár chandamach den chóras ag an ionchur, forshuí laistigh, forshuíomh ag an aschur
- Ag aschur an chláir tar éis tomhais tá cur i bhfeidhm dóchúlachta againn ar cheann de na staideanna deiridh a d’fhéadfadh a bheith sa chóras (móide earráidí féideartha)
- Tá ailtireacht simléir ag aon chlár chandamach (ionchur -> aschur. Níl aon lúba ann, ní féidir leat staid an chórais a fheiceáil i lár an phróisis.)
Comparáid idir ríomhaire chandamach agus ríomhaire traidisiúnta
Déanaimis anois ríomhaire traidisiúnta agus ríomhaire chandamach a chur i gcomparáid.
| ríomhaire rialta | Quantum ríomhaire | |
|
Loighic
|
0 / 1 | `a|0> + b|1>, a^2+b^2=1` |
|
Fisic
|
Trasraitheoir leathsheoltóra | Réad chandamach |
|
Iompróir faisnéise
|
Leibhéil voltais | Polarú, casadh,… |
|
Oibríochtaí
|
NÍ, AGUS, NÓ, XOR thar giotán | Comhlaí: CNOT, Hadamard,… |
|
Gaol
|
Sliseanna leathsheoltóra | Mearbhall lena chéile |
|
halgartaim
|
Caighdeán (féach Aoire) | Speisialta (Cladach, Grover) |
|
Prionsabal
|
Digiteach, cinntitheach | Analógach, probabilistic |
Leibhéal loighic
I ríomhaire rialta tá sé seo beagán. Ar eolas go maith dúinn tríd agus tríd giotán cinntitheach. Is féidir le luachanna de cheachtar 0 nó 1 a ghlacadh. Déileálann sé go foirfe leis an ról aonad loighciúil le haghaidh ríomhaire rialta, ach tá sé go hiomlán mí-oiriúnach chun cur síos a dhéanamh ar an stát réad chandamach, atá, mar atá ráite againn cheana, sa fiáin suite iforshuíomhanna a stáit teorann.
Is é seo a tháinig siad suas leis . Ina stáit teorann réadaíonn sé stáit atá cosúil le 0 agus 1 , agus i superposition ionann dáileadh dóchúlachta thar a stáit teorann |0> и |1>:
a|0> + b|1>, такое, что a^2+b^2=1is ionann a agus b , agus is ionann cearnóga a gcuid modúl agus na dóchúlachtaí iarbhír go bhfaighfear go beacht luachanna den sórt sin sna stáit teorann |0> и |1>, má thiteann tú an qubit le tomhas ceart anois.
Ciseal fisiciúil
Ag an leibhéal forbartha teicneolaíochta atá ann faoi láthair, tá cur i bhfeidhm fisiciúil beagán le haghaidh ríomhaire traidisiúnta trasraitheoir leathsheoltóra, for quantum, mar atá ráite againn cheana, aon réad chandamach. Sa chéad chuid eile beimid ag caint faoi na rudaí a úsáidtear faoi láthair mar mheáin fhisiciúla do qubits.
Meán stórála
Do ríomhaire rialta é seo leictreachas - leibhéil voltais, láithreacht nó easpa srutha, etc., don chandamach - mar an gcéanna staid réad chandamach (treo polaraithe, casadh, etc.), a d'fhéadfadh a bheith i stát forshuíomh.
Oibríochtaí
Chun ciorcaid loighic a chur i bhfeidhm ar ríomhaire rialta, bainimid úsáid as dea-aitheanta , le haghaidh oibríochtaí ar qubits bhí sé riachtanach chun teacht suas le córas oibríochtaí go hiomlán difriúil, ar a dtugtar . Is féidir le geataí a bheith aon-qubit nó dúbailte-qubit, ag brath ar cé mhéad cubits atá á chomhshó.
Samplaí de gheataí candamach:
Tá coincheap ann sraith comhla uilíoch, atá leordhóthanach chun aon ríomh chandamach a dhéanamh. Mar shampla, cuimsíonn sraith uilíoch geata Hadamard, geata aistrithe céime, geata CNOT, agus geata π⁄8. Le cabhair uathu, is féidir leat aon ríomh chandamach a dhéanamh ar shraith qubits treallach.
San Airteagal seo ní bheidh muid ag dúil go mion ar an gcóras geataí chandamach; is féidir leat níos mó a léamh mar gheall orthu agus oibríochtaí loighciúil ar qubits, mar shampla, . An rud is mó le cuimhneamh:
- Éilíonn oibríochtaí ar rudaí candamach go gcruthófar oibreoirí loighciúla nua (geataí candamach)
- Tagann geataí Quantum i gcineálacha aon-qubit agus dúbailte-qubit.
- Tá tacair uilíoch geataí ann ar féidir a úsáid chun aon ríomh chandamach a dhéanamh
Gaol
Tá trasraitheoir amháin go hiomlán neamhúsáideach dúinn; chun ríomhaireachtaí a dhéanamh ní mór dúinn go leor trasraitheoirí a nascadh lena chéile, is é sin, sliseanna leathsheoltóra a chruthú as na milliúin trasraitheoirí chun ciorcaid loighciúla a thógáil, agus, ar deireadh thiar, faigh próiseálaí nua-aimseartha ina fhoirm clasaiceach.
Tá cubit amháin go hiomlán gan tairbhe dúinn freisin (bhuel, más i dtéarmaí acadúla amháin é),
Teastaíonn córas cubits (rudaí chandamach) uainn le ríomhanna a dhéanamh
a chruthaítear, mar atá ráite againn cheana, trí qubits a cheangal lena chéile ionas go dtarlaíonn athruithe ina stáit ar bhealach comhordaithe.
halgartaim
Tá na halgartaim chaighdeánacha atá carntha ag an gcine daonna go dtí seo go hiomlán mí-oiriúnach le cur i bhfeidhm ar ríomhaire chandamach. Sea, go ginearálta níl aon ghá. Éilíonn ríomhairí chandamach bunaithe ar loighic geata thar qubits go gcruthófar halgartaim go hiomlán difriúil, halgartaim chandamach. De na halgartaim chandamach is cáiliúla, is féidir trí cinn a idirdhealú:
- (fachtóiriú)
- (cuardach tapa i mbunachar sonraí neamhordaithe)
- (freagra don cheist, feidhm sheasta nó chothromaithe)
Prionsabal
Agus is é an difríocht is tábhachtaí ná an prionsabal oibríochta. Maidir le ríomhaire caighdeánach é seo digiteach, prionsabal go docht cinntitheach, bunaithe ar an bhfíric má shocraímid roinnt staid tosaigh an chórais agus é a rith trí algartam áirithe, ansin beidh toradh na ríomhanna mar an gcéanna, is cuma cé mhéad uair a ritheann muid an ríomh seo. I ndáiríre, is é an iompar seo go díreach cad a bhfuil súil againn ó ríomhaire.
Ritheann ríomhaire Quantum ar analógach, prionsabal dóchúlachta. Is é an toradh ar algartam tugtha ag staid tosaigh ar leith sampla ó dháileadh dóchúlachta cur i bhfeidhm deiridh an algartam móide earráidí féideartha.
Is de bharr nádúr an-dóchúil an domhain chandamach an nádúr dóchúil seo den ríomhaireacht chandamach. “Ní imríonn Dia dísle leis an gcruinne.”, a dúirt Einstein d'aois, ach deimhníonn gach turgnamh agus tuairimí go dtí seo (sa paraidím eolaíoch reatha) a mhalairt.
Cur i bhfeidhm fisiciúil na qubits
Mar a dúirt muid cheana, is féidir le qubit a léiriú le réad chandamach, is é sin, réad fisiceach a chuireann na hairíonna chandamach a gcuirtear síos orthu thuas i bhfeidhm. Is é sin, go garbh, is féidir aon réad fisiceach ina bhfuil dhá stát agus ina bhfuil an dá stát seo i riocht forshuíomh a úsáid chun ríomhaire chandamach a thógáil.
“Más féidir linn adamh a chur in dhá leibhéal éagsúla agus iad a rialú, tá cubit agat. Más féidir linn é seo a dhéanamh le hian, is qubit é. Tá sé mar an gcéanna le reatha. Má rithimid é deiseal agus tuathalach ag an am céanna, tá cubit agat.”
Tá к , ina ndéantar éagsúlacht reatha feidhmiúcháin fhisiceacha an qubit a mheas go mion, ní dhéanfaimid ach na cinn is cáiliúla agus is coitianta a liostú:
- agus go leor smaointe coimhthíocha eile (ainions, etc.)
As an éagsúlacht seo go léir, is é an ceann is forbartha an chéad mhodh chun qubits a fháil, bunaithe ar . , , agus úsáideann imreoirí móra le rá eile é chun a gcórais a thógáil.
Bhuel, léigh níos mó féidir qubits ó .
Bunúsacha. Conas a oibríonn ríomhaire chandamach
Tógtar na hábhair don roinn seo (tasc agus pictiúir) ón alt .
Mar sin, samhlaigh go bhfuil an tasc seo a leanas againn:
Tá grúpa de thriúr ann: (A)ndrey, (B)olodya agus (C)erezha. Tá dhá thacsaí ann (0 agus 1).
Tá sé ar eolas freisin go:
- Is cairde iad (A)ndrey, (B)olodya
- Is naimhde iad (A)ndrey, (C)erezha
- Is naimhde iad (B)olodya agus (C)erezha
Tasc: Cuir daoine i dtacsaithe ionas go Uas (cairde) и Mion(naimhde)
Rátáil: L = (líon cairde) - (líon naimhde) do gach rogha lóistín
TÁBHACHTACH: Ag glacadh leis nach bhfuil heuristics ann, níl aon réiteach is fearr ann. Sa chás seo, ní féidir an fhadhb a réiteach ach trí chuardach iomlán a dhéanamh ar roghanna.
Réiteach ar ríomhaire rialta
Conas an fhadhb seo a réiteach ar ríomhaire rialta (super) (nó braisle) - is léir go bhfuil ní mór duit lúb trí gach rogha féideartha. Má tá córas ilphróiseálaí againn, is féidir linn ríomh na réitigh a chomhthreomharú thar roinnt próiseálaithe agus ansin na torthaí a bhailiú.
Tá 2 rogha chóiríochta fhéideartha againn (tacsaí 0 agus tacsaí 1) agus 3 dhuine. Spás réitigh 2 ^ 3 = 8. Is féidir leat dul fiú trí 8 roghanna ag baint úsáide as áireamhán, nach bhfuil sé seo ina fhadhb. Anois déanaimis an fhadhb a chasta - tá 20 duine agus dhá bhus againn, an spás réitigh 2^ 20 = 1. Ní dhéanfaidh aon ní casta ach an oiread. Méadóimis líon na ndaoine faoi 2.5 uair - tóg 50 duine agus dhá thraein, tá an spás réitigh anois 2^ 50 = 1.12 x 10^ 15. Tá gnáth-ríomhaire (super) ag tosú cheana féin le fadhbanna tromchúiseacha. Déanaimis líon na ndaoine a mhéadú faoi 2 uair, tabharfaidh 100 duine dúinn cheana féin 1.2 x 10 ^ 30 roghanna féideartha.
Sin é, ní féidir an tasc seo a ríomh i méid réasúnta ama.
Sárríomhaire a nascadh
Is é an ríomhaire is cumhachtaí faoi láthair ná uimhir 1 de Tá sé , táirgiúlacht 122 . Glacaimid leis go bhfuil 100 oibríocht ag teastáil uainn chun rogha amháin a ríomh, agus ansin chun an fhadhb a réiteach do 100 duine beidh orainn:
(1.2 x 10^ 30 100) / 122×10^15 / (606024365. XNUMX) = 3 x 10^37 bliain.
Mar a fheicimid de réir mar a mhéadaíonn gné na sonraí tosaigh, fásann an spás réitigh de réir dlí cumhachta, go ginearálta, i gcás na ngiotán N tá 2 ^N roghanna réitigh féideartha againn, a thugann spás réitigh neamh-áirithe (ag an leibhéal teicneolaíochta reatha) dúinn i gcás N réasúnta beag (100).
An bhfuil aon roghanna eile ann? Mar is féidir leat a bheith buille faoi thuairim, tá, tá.
Ach sula dtugaimid faoi conas agus cén fáth ar féidir le ríomhairí chandamach fadhbanna mar seo a réiteach go héifeachtach, déanaimis nóiméad le dul siar ar a bhfuil iontu. dáileadh dóchúlachta. Ná bíodh eagla ort, is alt athbhreithnithe é seo, ní bheidh aon mhatamaitic chrua anseo, déanfaimid an sampla clasaiceach le mála agus liathróidí.
Just a combinatorics beag, teoiric dóchúlacht agus turgnamh aisteach
Tógaimis mála agus cuirimis ann é 1000 liathróid bán agus 1000 liathróid dubh. Déanfaimid turgnamh - tóg amach an liathróid, scríobh síos an dath, cuir an liathróid ar ais go dtí an mála agus measc na liathróidí sa mhála.
Rinneadh an turgnamh 10 n-uaire, ceirteacha tarraingthe amach 10 liathróidí dubha. B'fhéidir? Go leor. An dtugann an sampla seo aon smaoineamh réasúnta dúinn ar an dáileadh fíor sa mhála? Is léir nach bhfuil. Cad is gá a dhéanamh - ceart, lchdéan an turgnamh arís milliún uair agus ríomh minicíochtaí na liathróidí dubh agus bán. Faighimid, mar shampla 49.95% dubh agus 50.05% bán. Sa chás seo, tá struchtúr an dáileacháin as a ndéanaimid sampla (bain amach liathróid amháin) níos soiléire nó níos lú cheana féin.
Is é an rud is mó a thuiscint go tá nádúr dóchúil ag an turgnamh féin, le sampla amháin (liathróid) ní bheidh a fhios againn struchtúr fíor an dáileacháin, caithfimid an turgnamh a athdhéanamh go minic agus meán na dtorthaí.
Cuirimis lenár mála é 10 liathróid dearg agus 10 liathróid glas (earráidí). Déanaimis an turgnamh arís 10 n-uaire. INceirteacha tarraingthe amach 5 dearg agus 5 glas. B'fhéidir? Tá. Is féidir linn rud éigin a rá faoin dáileadh fíor - Uimh. Cad is gá a dhéanamh - go maith, an dtuigeann tú.
Chun tuiscint a fháil ar struchtúr dáilte dóchúlachta, is gá torthaí aonair ón dáileadh seo a shampláil arís agus arís eile agus na torthaí a mheánú.
Teoiric a nascadh le cleachtas
Anois in ionad na liathróidí dubh agus bán, a ligean ar a ghlacadh liathróidí billiard agus iad a chur i mála 1000 liathróid le huimhir 2, 1000 le huimhir 7 agus 10 liathróid le huimhreacha eile. Samhlóimid turgnamh atá oilte sna gníomhartha is simplí (bain amach liathróid, scríobh síos an uimhir, cuir an liathróid ar ais sa mhála, measc na liathróidí sa mhála) agus déanann sé é seo i 150 soicind. Bhuel, a leithéid de thurgnamhóir ar luas (ní fógra drugaí é!!!). Ansin i 150 soicind beidh sé in ann ár dturgnamh a dhéanamh 1 milliún uair agus na torthaí meánaithe a sholáthar dúinn.
Shuigh siad an turgnamh síos, thug siad mála dó, d'éirigh leo, d'fhan siad 150 soicind agus fuair siad:
uimhir 2 - 49.5%, uimhir 7 - 49.5%, na huimhreacha atá fágtha san iomlán - 1%.
Seá sin ceart, Is ríomhaire chandamach é ár mála le algartam a réitíonn ár bhfadhb, agus is réitigh fhéideartha iad na liathróidí. Ós rud é go bhfuil dhá réitigh chearta, ansin tabharfaidh ríomhaire chandamach aon cheann de na réitigh fhéideartha seo dúinn a bhfuil an dóchúlacht chéanna acu, agus earráidí 0.5% (10/2000)., a labhróimid faoi níos déanaí.
Chun toradh ríomhaire chandamach a fháil, ní mór duit an t-algartam chandamach a rith go minic ar an tacar sonraí ionchuir céanna agus an toradh a mheánú.
Inscálaitheacht ríomhaire chandamach
Samhlaigh anois é sin le haghaidh tasc a bhaineann le 100 duine (spás réitigh 2^100 cuimhin linn seo), níl ach dhá chinneadh chearta ann freisin. Ansin, má thógann muid 100 cubits agus má scríobhaimid algartam a ríomhann ár bhfeidhm oibiachtúil (L, féach thuas) thar na cubits seo, ansin gheobhaidh muid mála ina mbeidh 1000 liathróid le huimhir an chéad fhreagra ceart, 1000 le uimhir an dara freagra ceart agus 10 liathróid le huimhreacha eile. Agus laistigh den 150 soicind céanna tabharfaidh ár dturgnamhóir meastachán dúinn ar dháileadh dóchúlachta na bhfreagraí cearta.
Is féidir am forghníomhaithe algartam chandamach (le roinnt boinn tuisceana) a mheas mar tairiseach O(1) maidir le toise an spáis réitigh (2^N).
Agus is é seo go beacht maoin ríomhaire chandamach - seasmhacht ama rite i ndáil le méadú ar chastacht dlí cumhachta an spás réitigh an eochair.
Qubit agus domhan comhthreomhar
Conas a tharlaíonn sé seo? Cad a ligeann do ríomhaire chandamach ríomhaireachtaí a dhéanamh chomh tapa sin? Tá sé ar fad faoi nádúr chandamach an qubit.
Féach, dúirt muid go bhfuil cubit cosúil le réad chandamach tuigeann sé ceann amháin den dá stát nuair a bhreathnaítear air, ach sa “nádúr fiáin” atá sé i superpositions na stát, is é sin, go bhfuil sé sa dá stát teorann go comhuaineach (le roinnt dóchúlachta).
Tóg (A)ndrea agus a staid a shamhlú (cén fheithicil ina bhfuil sé - 0 nó 1) mar qubit. Ansin ní mór dúinn (i spás chandamach) dhá shaol comhthreomhar, i gceann (A) ina suí i dtacsaí 0, i ndomhan eile - i dtacsaí 1. I dhá tacsaí ag an am céanna, ach le roinnt dóchúlachta go bhfaighidh siad é i ngach ceann acu le linn breathnóireachta.
Tóg (B) óg agus samhlaímid freisin a staid mar qubit. Éiríonn dhá shaol comhthreomhar eile. Ach faoi láthair na péirí de shaol (A) и (AT) ná idirghníomhaíonn ar chor ar bith. Cad is gá a dhéanamh a chruthú gaolmhar córas? Sin ceart, ní mór dúinn na qubits ceangail (mearbhall). Glacann muid é agus cuirimid mearbhall air (A) le (B) — faighimid córas candamach de dhá chubit (A, B), a bhaint amach laistigh de féin ceithre idirspleách saol comhthreomhar. Cuir (S)eirge agus faigheann muid córas de thrí qubits (ABC), cur i bhfeidhm ocht idirspleách saol comhthreomhar.
Is é croílár na ríomhaireachta chandamach (slabhra geataí candamach a chur i bhfeidhm thar chóras cubits nasctha) go dtarlaíonn an ríomh i ngach saol comhthreomhar ag an am céanna.
Agus is cuma cé mhéad acu atá againn, 2^3 nó 2^100, déanfar an t-algartam chandamach a fhorghníomhú in am teoranta thar na saolta comhthreomhara seo go léir agus tabharfaidh sé toradh dúinn, ar sampla é ó dháileadh dóchúlachta freagraí an algartam.
Chun tuiscint níos fearr a fháil, is féidir é sin a shamhlú ritheann ríomhaire chandamach ag an leibhéal chandamach próisis tuaslagáin comhthreomhara 2^N, gach duine acu ag obair ar rogha amháin féideartha, ansin bailíonn torthaí na hoibre - agus tugann sé an freagra dúinn i bhfoirm forshuíomh den réiteach (dáileadh dóchúlachta na bhfreagraí), as a ndéanaimid sampla amháin gach uair (do gach turgnamh).
Cuimhnigh ar an am a theastaíonn ónár dturgnamhóir (150 µs) chun an turgnamh a dhéanamh, beidh sé seo úsáideach dúinn beagán eile, nuair a labhraímid faoi na príomhfhadhbanna a bhaineann le ríomhairí chandamach agus an t-am dí-chomhtháthaithe.
Algartaim chandamach
Mar a luadh cheana, níl algartaim thraidisiúnta bunaithe ar loighic dhénártha infheidhme maidir le ríomhaire chandamach a úsáideann loighic chandamach (geataí candamach). Dó, bhí sé riachtanach teacht ar cinn nua a bhainfidh leas iomlán as an bpoitéinseal is gné dhílis de nádúr candamach na ríomhaireachta.
Is iad na halgartaim is cáiliúla inniu:
Murab ionann agus na cinn clasaiceacha, níl ríomhairí chandamach uilíoch.
Níor aimsíodh ach líon beag halgartaim chandamach go dtí seo.
Go raibh maith agat don nasc chuig , áit a bhfuil, de réir an údair (), tá na hionadaithe is fearr den domhan chandamach-algartam bailithe agus leanann siad ag bailiú.
San Airteagal seo ní dhéanfaimid anailís mhionsonraithe ar halgartaim chandamach; tá go leor ábhar den scoth ar an Idirlíon le haghaidh aon leibhéal castachta, ach ní mór dúinn fós dul go hachomair ar na trí cinn is cáiliúla.
Algartam Shor.
Is é an algartam chandamach is cáiliúla (a cheap an matamaiticeoir Béarla i 1994 ), atá dírithe ar fhadhb na n-uimhreacha fachtóirithe a réiteach i bpríomhfhachtóirí (fadhb fachtóirithe, logartamach scoite).
Is é an algartam seo a luadh mar shampla nuair a scríobhann siad go mbeidh do chórais bhaincéireachta agus pasfhocail hacked go luath. Ós rud é nach bhfuil fad na n-eochracha a úsáidtear inniu níos lú ná 2048 giotán, níl an t-am le haghaidh caipín tagtha fós.
Go dtí seo níos mó ná measartha. Torthaí Fachtóirí is Fearr le Algartam Shor - Uimhreacha и , atá i bhfad níos lú ná 2048 giotán. Maidir leis na torthaí atá fágtha ón tábla, difriúil ríomhaireachtaí, ach fiú an toradh is fearr de réir an algartam (291311) i bhfad ó chur i bhfeidhm fíor.
Is féidir leat tuilleadh a léamh faoi algartam Shor, mar shampla,. Maidir le cur i bhfeidhm praiticiúil - .
Ceann de castacht agus an chumhacht riachtanach chun uimhir 2048-giotán a fhachtóiriú is ríomhaire le . Codlaímid go sámh.
Algartam Grover
- fadhb na háirimh a réiteach, is é sin, teacht ar réiteach ar an gcothromóid F(X) = 1, áit a bhfuil F ó n athróga. Moladh ag matamaiticeoir Meiriceánach в .
Is féidir algartam Grover a úsáid chun a fháil и sraith uimhreacha. Ina theannta sin, is féidir é a úsáid chun réiteach fadhbanna trí chuardach uileghabhálach i measc go leor réitigh fhéideartha. D'fhéadfadh go mbeadh gnóthachain luais suntasacha i gceist leis seo i gcomparáid le halgartaim chlasaiceacha, cé nach bhfuil "" go ginearálta.
Is féidir leat níos mó a léamhNó . Níos mó Tá míniú maith ar an algartam ag baint úsáide as an sampla boscaí agus liathróid, ach, ar an drochuair, ar chúiseanna nach bhfuil smacht ag aon duine, ní oscailt an suíomh seo dom ón Rúis. Má tá bac freisin, mar sin seo achoimre gearr:
Algartam Grover. Samhlaigh go bhfuil N píosa boscaí dúnta uimhrithe agat. Tá siad go léir folamh seachas ceann amháin, ina bhfuil liathróid. Do thasc: faigh amach uimhir an bhosca ina bhfuil an liathróid suite (is minic a luaitear an uimhir anaithnid seo leis an litir w).
Conas an fhadhb seo a réiteach? Is é an bealach is graí ná sealanna a ghlacadh ag oscailt na mboscaí, agus luath nó mall tiocfaidh tú trasna ar bhosca le liathróid. Ar an meán, cé mhéad bosca is gá a sheiceáil sula n-aimsítear bosca le liathróid? Ar an meán, ní mór duit thart ar leath de na boscaí N/2 a oscailt. Is é an rud is mó anseo ná má mhéadaímid líon na mbosca faoi 100 uair, ansin méadóidh meánlíon na mboscaí a chaithfear a oscailt sula bhfaightear an bosca leis an liathróid an 100 uair chéanna freisin.
Anois déanaimis soiléiriú amháin eile. Ná lig dúinn féin na boscaí a oscailt lenár lámha agus seiceáil le haghaidh láithreacht liathróid i ngach ceann, ach tá idirghabhálaí áirithe ann, cuirimis Oracle air. Deirimid leis an Oracle, “seiceáil uimhir bhosca 732,” agus seiceálann agus freagraíonn an Oracle go macánta, “níl aon liathróid i mbosca uimhir 732.” Anois, in ionad a rá cé mhéad boscaí a chaithfidh muid a oscailt ar an meán, deirimid “cé mhéad uair ar an meán ar cheart dúinn dul chuig an Oracle chun uimhir an bhosca leis an liathróid a fháil”
Tharlaíonn sé go raibh má aistrímid an fhadhb seo le boscaí, liathróid agus an Oracle go teanga chandamach, a fháil againn toradh iontach: chun teacht ar líon na mbosca le liathróid i measc boscaí N, ní mór dúinn cur isteach ar an Oracle ach amháin faoi SQRT. (N) uair!
Is é sin, laghdaítear castacht an taisc chuardaigh ag baint úsáide as algartam Grover le fréamh cearnach na n-amanna.
Algartam Deutsch-Jozi
Algartam Deutsch-Jozsa (ar a dtugtar algartam Deutsch-Jozsa freisin) - [algartam chandamach](%D0%B0%D0%BB%D0%B3%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%82%D0%BC), предложенный и в , agus bhí sé ar cheann de na chéad samplaí de halgartaim a dearadh le cur i gcrích . _
Is í an fhadhb Deutsch-Jozsi ná a fháil amach an bhfuil feidhm de roinnt athróg dhénártha F(x1, x2, ... xn) tairiseach (glacann sé an luach 0 nó 1 le haghaidh argóintí ar bith) nó cothrom (le haghaidh leath an fhearainn a thógann sé an luach 0, don leath eile 1). Sa chás seo, meastar go bhfuil a fhios a priori go bhfuil an fheidhm tairiseach nó cothromaithe.
Is féidir leat léamh freisin . Míniú níos simplí:
Tá algartam Deutsch (Deutsch-Jozsi) bunaithe ar fhórsa brute, ach is féidir é a dhéanamh níos tapúla ná mar is gnách. Samhlaigh go bhfuil bonn airgid ar an mbord agus ní mór duit a fháil amach an bhfuil sé góchumtha nó nach bhfuil. Chun seo a dhéanamh, ní mór duit breathnú ar an mbonn faoi dhó agus a chinneadh: tá "cinn" agus "eireabaill" fíor, tá dhá "cheann", dhá "eireabaill" falsa. Mar sin, má úsáideann tú algartam quantum Deutsch, is féidir an cinneadh seo a dhéanamh le sracfhéachaint amháin - tomhas.
Fadhbanna a bhaineann le ríomhairí chandamach
Agus ríomhairí chandamach á ndearadh agus á n-oibriú acu, bíonn líon mór fadhbanna le sárú ag eolaithe agus innealtóirí, fadhbanna a réitíodh go dtí seo ar leibhéil éagsúla ratha. De réir () is féidir an tsraith fadhbanna seo a leanas a aithint:
- Íogaireacht don chomhshaol agus idirghníomhú leis an gcomhshaol
- Earráidí a charnadh le linn ríomhaireachtaí
- Deacrachtaí maidir le stáit qubit a thosú ar dtús
- Deacrachtaí maidir le córais il-qubit a chruthú
Molaim go mór an t-alt a léamh “”, go háirithe na tuairimí a thug sé.
Déanaimis na príomhfhadhbanna go léir a eagrú ina dtrí ghrúpa mhóra agus breathnú níos géire ar gach ceann acu:
Decoherence
.
Staid chandamach rud an-leochaileachtá cubits i riocht bhfostú thar a bheith éagobhsaí, is féidir le tionchar seachtrach ar bith (agus déanann sé) an nasc seo a mhilleadh. Athrú teochta ag an gcodán is lú de chéim, brú, fótón randamach ag eitilt in aice láimhe - déanann sé seo go léir ár gcóras a dhíchobhsú.
Chun an fhadhb seo a réiteach, tógtar sarcophagi íseal-teocht, ina bhfuil an teocht (-273.14 céim Celsius) beagán os cionn absalóideach náid, le leithlisiú uasta an tseomra inmheánach leis an bpróiseálaí ó gach tionchar (is féidir) den timpeallacht sheachtrach.
Is é an t-am dí-chomhleanúnachais a thugtar ar uasshaolré córais chandamach de roinnt cubits bhfostú, a choinníonn sé a airíonna candamach agus ar féidir é a úsáid le haghaidh ríomhaireachtaí.
Faoi láthair, tá an t-am dí-chomhtháthaithe sna réitigh chandamach is fearr ar ordú na mílte agus na céadta micrishicindí.
Tá iontach áit ar féidir leat breathnú de gach córas chandamach cruthaithe. Níl san alt seo ach dhá phróiseálaí barr mar shamplaí - ó IBM agus ó . Mar is féidir linn a fheiceáil, ní mó ná 2 μs an t-am dí-chomhtháthaithe (T200).
Ní bhfuair mé sonraí cruinne maidir le Seiceamar, ach sa chuid is mó tugtar dhá uimhir - 1 milliún ríomhaireachtaí i 200 soicind, áit eile - le haghaidh 130 soicind gan cailleadh comharthaí rialaithe, etc.. In aon chás, tugann sé seo dúinn thart ar 150 μs an t-am dí-chomhtháthaithe. Cuimhnigh ar ár turgnamh le mála? Bhuel, seo é.
| Ainm ríomhaireachta | N Qubits | Max péireáilte | T2 (µs) |
| Córas XNUMX IBM Q | 20 | 6 | 70 |
| Google Sycamore | 53 | 4 | ~ 150-200 |
Cad a chuireann an dí-chomhleanúnachas i mbaol dúinn?
Is í an phríomhfhadhb ná tar éis 150 μs, go dtosóidh ár gcóras ríomhaireachta cubits bhfostaithe N ag aschur torann bán dóchúil in ionad dáileadh dóchasach de réitigh chearta.
Is é sin, ní mór dúinn:
- Cuir tús leis an gcóras qubit
- Déan ríomh (oibríochtaí slabhra geata)
- Léigh an toradh
Agus déan é seo go léir i 150 microseconds. Ní raibh am agam - d'iompaigh an toradh isteach i bpumpkin.
Ach ní hé sin go léir…
Earráidí
Mar a dúirt muid, is dóchúla iad próisis chandamach agus ríomhaireacht chandamach, ní féidir linn a bheith 100% cinnte de rud ar bith, ach amháin le roinnt dóchúlachta. Tá an scéal níos measa fós ag an bhfíric go bhfuil tá seans ann go bhfuil earráid i ríomhaireacht chandamach. Is iad seo a leanas na príomhchineálacha earráidí sa ríomhaireacht chandamach:
- Is iad castacht an chórais agus idirghníomhú leis an timpeallacht sheachtrach is cúis le hearráidí dí-chomhtháthaithe
- Earráidí ríomhaireachta geata (mar gheall ar nádúr chandamach na ríomha)
- Earráidí agus an staid dheiridh á léamh (toradh)
Earráidí a bhaineann le dí-chomhleanúnachas, le feiceáil chomh luath agus a entangle muid ár qubits agus tús a dhéanamh ríomhaireachtaí. Dá mhéad qubits a fholaíonn muid, is amhlaidh is casta an córas, agus an níos éasca é a scrios. Sarcophagi íseal-teocht, seomraí cosanta, tá na cleasanna teicneolaíochta seo go léir dírithe go beacht ar líon na n-earráidí a laghdú agus an t-am dí-chomhtháthaithe a leathnú.
Earráidí ríomhaireachta geata - is féidir le haon oibríocht (geata) ar qubits, le roinnt dóchúlacht, deireadh le earráid, agus chun an algartam a chur i bhfeidhm ní mór dúinn a dhéanamh na céadta geataí, mar sin a shamhlú cad a fhaigheann muid ag deireadh an fhorghníomhú ár algartam. Is é an freagra clasaiceach ar an gceist ná "Cad é an dóchúlacht go mbuailfidh tú le dineasáir in ardaitheoir?" - 50x50, beidh tú le chéile nó nach bhfuil.
Chun an fhadhb a dhéanamh níos measa, ní oibríonn modhanna caighdeánacha ceartúcháin earráide (dúbailt ríomhanna agus meánú) sa domhan chandamach mar gheall ar an teoirim gan chlónáil. Le haghaidh sa ríomhaireacht chandamach b'éigean a chumadh . Go garbh, tógaimid N gnáthchúibí agus déanaimid 1 chubhall qubit loighciúil le ráta earráide níos ísle.
Ach tagann fadhb eile anseo - líon iomlán na qubits. Féach, lig dúinn a rá go bhfuil próiseálaí againn le 100 qubits, a n-úsáidtear 80 qubits chun earráidí a cheartú, ansin níl ach 20 fágtha againn le haghaidh ríomhaireachtaí.
Earráidí agus an toradh deiridh á léamh — mar is cuimhin linn, cuirtear torthaí na n-áireamh chandamach i láthair dúinn san fhoirm dáileadh dóchúlachta freagraí. Ach d’fhéadfadh go dteipeann ar léamh an staid dheiridh freisin le hearráid.
Ar an gcéanna Tá táblaí comparáideacha de phróiseálaithe ann de réir leibhéil earráide. Chun comparáid a dhéanamh, déanaimis na próiseálaithe céanna a ghlacadh mar atá sa sampla roimhe seo - IBM и :
| ríomhaire | Dílseacht Geata 1-Qubit | 2- Qubit Geata Fidelity | Léigh amach Fidelity |
| Córas XNUMX IBM Q | 99.96% | 98.31% | - |
| Google Sycamore | 99.84% | 99.38% | 96.2% |
Anseo is tomhas é ar chosúlacht dhá stát chandamach. Is féidir méid na hearráide a chur in iúl go garbh mar 1-Fidelity. Mar a fheicimid, is iad earráidí ar gheataí 2-qubit agus earráidí léamha an príomhchonstaic maidir le halgartaim casta agus fada a chur i bhfeidhm ar ríomhairí chandamach atá ann cheana féin.
Is féidir leat léamh freisin blianta ó chun an fhadhb a réiteach earráid a cheartú.
Ailtireacht próiseálaí
Go teoiriciúil déanaimid tógáil agus oibriú ciorcaid na mórán cubits bhfostú, i ndáiríre tá gach rud níos casta. Tógtar na sliseanna chandamach (próiseálaithe) go léir atá ann cheana sa chaoi is go soláthraíonn siad gan phian cubit amháin a bheith i bhfostú lena chomharsana, nach bhfuil níos mó ná sé cinn acu.
Más gá dúinn an 1ú qubit a cheangal, abair, leis an 12ú, ansin beidh orainn slabhra oibríochtaí breise chandamach a thógáil, qubits breise, etc., a ardaíonn an leibhéal earráide foriomlán. Sea, agus ná déan dearmad faoi am decoherence, b'fhéidir faoin am a chríochnaíonn tú na cubits a nascadh leis an gciorcad atá uait, go dtiocfaidh deireadh leis an am agus casfaidh an ciorcad iomlán isteach gineadóir torann bán deas.
Chomh maith leis sin ná déan dearmad go Tá ailtireacht na bpróiseálaithe chandamach go léir difriúil, agus ní mór an clár atá scríofa san aithriseoir sa mhodh “nascacht uile-le-huile” a “ath-thiomsú” in ailtireacht sceallóg ar leith. Tá fiú chun an oibríocht seo a dhéanamh.
Nascacht uasta agus uaslíon qubits do na sliseanna barr céanna:
| Ainm ríomhaireachta | N Qubits | Max péireáilte | T2 (µs) |
| Córas XNUMX IBM Q | 20 | 6 | 70 |
| Google Sycamore | 53 | 4 | ~ 150-200 |
Agus, mar chomparáid, tábla le sonraí ón nglúin roimhe seo de phróiseálaithe. Déan comparáid idir líon na gcubits, an t-am dí-chomhleanúnachais agus an ráta earráide leis an méid atá againn anois leis an nglúin nua. Fós féin, tá dul chun cinn mall, ach ag gluaiseacht.
Mar sin:
- Níl aon ailtireacht lán-nasctha ann faoi láthair le > 6 qubits
- Chun qubit 0 s a ghreamú ar fhíorphróiseálaí, mar shampla, d'fhéadfadh go mbeadh cúpla dosaen oibríochtaí breise ag teastáil ó qubit 15
- Tuilleadh oibríochtaí -> níos mó earráidí -> tionchar níos láidre ar dhíchomhleanúnachas
Torthaí
Is é an dí-chomhleanúnachas an leaba Procrustean den ríomhaireacht chandamach nua-aimseartha. Ní mór dúinn gach rud a chur isteach i 150 μs:
- Tús a chur le staid tosaigh na gcubits
- Fadhb a ríomh ag baint úsáide as geataí chandamach
- Earráidí a cheartú chun torthaí brí a fháil
- Léigh an toradh
Go dtí seo tá na torthaí díomá, áfach éileamh a bhaint amach 0.5s comhleanúnachas ama coinneála ar ríomhaire chandamach bunaithe ar :
Tomhaisimid am comhleanúnachais qubit os cionn 0.5 s, agus le sciath maighnéadach táimid ag súil go dtiocfaidh feabhas air seo níos faide ná 1000 s.
Is féidir leat léamh freisin faoin teicneolaíocht seo nó mar shampla .
Is casta eile an scéal toisc go bhfuil sé riachtanach ciorcaid cheartúcháin earráide chandamach a úsáid agus áirimh chasta á ndéanamh, a itheann suas an t-am agus na cuabanna atá ar fáil.
Agus ar deireadh, ní cheadaíonn ailtireachtaí nua-aimseartha scéimeanna i bhfostú a chur i bhfeidhm níos fearr ná 1 in 4 nó 1 in 6 ar an gcostas is lú.
Bealaí chun fadhbanna a réiteach
Chun na fadhbanna thuas a réiteach, úsáidtear na cineálacha cur chuige agus na modhanna seo a leanas faoi láthair:
- Criosúil a úsáid le teocht íseal (10 mK (–273,14°C))
- Úsáid a bhaint as aonaid phróiseálaithe a bhfuil an chosaint is mó acu ó thionchair sheachtracha
- Córais Quantum Ceartúcháin Earráide á n-úsáid (Qubit Logic)
- Optimizers a úsáid agus ciorcaid á ríomhchlárú do phróiseálaí ar leith
Tá taighde á dhéanamh freisin atá dírithe ar an am dí-chomhleanúnachais a mhéadú, feidhmiú fisiceach nua (agus feabhsuithe ar eolas) de rudaí candamach a chuardach, ciorcaid cheartúcháin a bharrfheabhsú, etc., etc. Tá dul chun cinn (féach thuas ar shaintréithe sliseanna barr-deireadh níos luaithe agus an lae inniu), ach go dtí seo tá sé mall, an-, an-mhall.
D-Wave
D-Wave 2000Q 2000-qubit ríomhaire. Foinse:
I measc fhógra Google maidir le hardcheannas chandamach a bhaint amach ag baint úsáide as próiseálaí 53-qubit, и ón gcuideachta D-Wave, ina bhfuil líon na qubits sna mílte, mearbhall beag. Bhuel, i ndáiríre, dá mbeadh 53 qubits in ann ardcheannas chandamach a bhaint amach, cad is féidir le ríomhaire a bhfuil 2048 cubits ann? Ach níl gach rud chomh maith ...
I mbeagán focal (tógtha ón vicí):
Ríomhairí obair ar an bprionsabal (), is féidir le fo-aicme an-teoranta fadhbanna optamaithe a réiteach, agus níl siad oiriúnach chun halgartaim chandamach traidisiúnta agus geataí candamach a chur i bhfeidhm.
Le haghaidh tuilleadh sonraí is féidir leat a léamh, mar shampla, , (cúramach, ní féidir a oscailt ón Rúis), nó в óna . Dála an scéil, molaim go mór a bhlag a léamh go ginearálta, tá go leor ábhar maith ann
Go ginearálta, ó thús na bhfógraí, bhí ceisteanna ag an bpobal eolaíoch faoi ríomhairí D-Wave. Mar shampla, in 2014, chuir IBM ceist ar an bhfíric go raibh D-Wave Tháinig sé ar an bpointe gur cheannaigh Google in 2015, in éineacht le NASA, ceann de na ríomhairí chandamach seo agus tar éis taighde a dhéanamh. , go bhfuil, oibríonn an ríomhaire agus ríomhann an fhadhb níos tapúla ná an gnáth. Is féidir leat tuilleadh a léamh faoi ráiteas Google agus, mar shampla, .
Is é an rud is mó ná nach féidir ríomhairí D-Wave, leis na céadta agus na mílte qubits, a úsáid chun algartaim chandamach a ríomh agus a rith. Ní féidir leat algartam Shor a rith orthu, mar shampla. Ní féidir leo ach meicníochtaí candamach áirithe a úsáid chun fadhb leas iomlán a bhaint áirithe a réiteach. Is féidir linn a mheas gur ASIC chandamach é D-Wave le haghaidh tasc sonrach.
Beagán faoi aithrise ríomhaire chandamach
Is féidir aithris a dhéanamh ar ríomhaireacht chandamach ar ríomhaire rialta. Cínte, :
- Is féidir le staid an qubit a bheith uimhir choimpléascach, ag áitiú ó 2x32 go 2x64 giotán (8-16 bytes) ag brath ar ailtireacht an phróiseálaí
- Is féidir staid N cubits nasctha a léiriú mar uimhreacha coimpléascacha 2^N, i.e. 2^(3+N) le haghaidh ailtireacht 32-giotán agus 2^(4+N) le haghaidh 64-giotán.
- Is féidir oibríocht chandamach ar N cubits a léiriú le maitrís 2^N x 2^N
Ansin:
- Chun na stáit aithrise de 10 cubits a stóráil, tá 8 KB ag teastáil
- Chun na stáit 20 qubits a stóráil teastaíonn 8 MB uait
- Chun na stáit de 30 qubits a stóráil, tá gá le 8 GB
- Tá gá le 40 teiribít chun na stáit 8 cubit a stóráil
- Chun na stáit de 50 qubits a stóráil, tá gá le 8 Petabytes, etc.
Chun comparáid a dhéanamh, () nach n-iompraíonn ach 2.8 peitibít cuimhne.
— Seachadadh 49 qubit anuraidh chuig an sár-ríomhaire Síneach is mó ()
Cinntear an teorainn a bhaineann le ríomhaire chandamach a insamhlú ar chórais chlasaiceacha ag an méid RAM a theastaíonn chun staid na gcubits a stóráil.
Molaim léamh freisin . As sin:
Trí oibriú - chun aithris chruinn a dhéanamh ar chiorcad 49-qubit ina bhfuil 39 “timthriall” (sraitheanna neamhspleácha geataí) 2^63 iolraithe casta - 4 Pflops d'ollríomhaire ar feadh 4 uair an chloig
Meastar go bhfuil sé dodhéanta i dtréimhse ama réasúnta ríomhaire chandamach 50+ qubit a aithris ar chórais chlasaiceacha. Sin é freisin an fáth ar úsáid Google próiseálaí 53-qubit dá thurgnamh ardcheannas chandamach.
Ardcheannas ríomhaireachta chandamach.
Tugann Vicipéid an sainmhíniú seo a leanas dúinn ar ardcheannas na ríomhaireachta chandamach:
Ardcheannas Quantum - cumas gléasanna chun fadhbanna a réiteach nach féidir le ríomhairí clasaiceacha a réiteach.
Go deimhin, ciallaíonn baint amach ardcheannas chandamach, mar shampla, gur féidir fachtóiriú líon mór ag baint úsáide as algartam Shor a réiteach in am leordhóthanach, nó is féidir móilíní ceimiceacha casta a aithris ar an leibhéal chandamach, agus mar sin de. Is é sin, tá ré nua tagtha.
Ach tá roinnt bealaí éalaithe i bhfoclaíocht an mhínithe, “rud nach féidir le ríomhairí clasaiceacha a réiteach go praiticiúil" Go deimhin, ciallaíonn sé seo má chruthaíonn tú ríomhaire chandamach de 50+ qubits agus má ritheann tú ciorcad chandamach air, ansin, mar a phléamar thuas, ní féidir toradh an chiorcaid seo a aithris ar ríomhaire rialta. Is é sin ní bheidh ríomhaire clasaiceach in ann toradh ciorcad den sórt sin a athchruthú.
Is ceist fhealsúnach í an fíorcheannas chandamach é toradh den sórt sin nó nach ea. Ach tuig cad a rinne Google agus cad ar a bhfuil sé bunaithe riachtanach.
Ráiteas Supremacy Quantum Google
Próiseálaí seiceamar 54-qubit
Mar sin, i mí Dheireadh Fómhair 2019, d’fhoilsigh forbróirí Google alt san fhoilseachán eolaíoch Nature “" D’fhógair na húdair gur baineadh amach ardcheannas chandamach den chéad uair sa stair ag baint úsáide as próiseálaí Sycamore 54-qubit.
Is minic a thagraíonn earraí seiceamar ar líne do phróiseálaí 54-qubit nó do phróiseálaí 53-qubit. Is í an fhírinne go bhfuil de réir , is éard atá sa phróiseálaí go fisiciúil 54 qubits, ach tá ceann acu neamh-oibre agus baineadh as seirbhís. Mar sin, i ndáiríre tá próiseálaí 53-qubit againn.
Ar an ngréasán ceart ann ábhair ar an ábhar seo, a mhéid a éagsúil ó до .
Dúirt foireann ríomhaireachta chandamach IBM é sin níos déanaí . Maíonn an chuideachta go mbeidh ríomhaire traidisiúnta i ngleic leis an tasc seo sa chás is measa i 2,5 lá, agus beidh an freagra mar thoradh air a bheith níos cruinne ná an freagra ar ríomhaire chandamach. Rinneadh an chonclúid seo bunaithe ar thorthaí anailíse teoiriciúil ar roinnt modhanna optamaithe.
Agus ar ndóigh, ina Níorbh fhéidir liom neamhaird a dhéanamh den ráiteas seo. Bhí a chuid mar aon leis na naisc go léir agus mar is gnách, is fiú do chuid ama a chaitheamh orthu. Ar an mol na Ceisteanna Coitianta seo, agus bí cinnte na tuairimí a léamh, tá naisc chuig réamhdhoiciméid a sceitheadh ar líne roimh an bhfógra oifigiúil.
Cad a rinne Google i ndáiríre? Chun tuiscint mhionsonraithe a fháil, léigh Aaronson, ach go hachomair anseo:
Is féidir liom, ar ndóigh, a rá leat, ach mothaím sách dúr. Is é seo a leanas an ríomh: gineann an turgnamhóir ciorcad candamach randamach C (i.e. seicheamh randamach de gheataí 1-qubit agus 2-qubit idir na comharsana is gaire, le doimhneacht, mar shampla, 20, ag gníomhú ar líonra 2T de n. = 50-60 qubits). Ansin cuireann an turgnamh C chuig an ríomhaire chandamach, agus iarrann air C a chur i bhfeidhm go dtí staid tosaigh 0, an toradh a thomhas ar an mbonn {0,1}, seicheamh n-ghiotán breathnaithe (teaghrán) a sheoladh ar ais, agus roinnt arís a dhéanamh. míle nó na milliúin uair. Ar deireadh, ag baint úsáide as a chuid eolais ar C, déanann an turgnamh tástáil staitistiúil féachaint an dtagann an toradh leis an aschur ionchais ón ríomhaire chandamach.
Go hachomair:
- Cruthaítear ciorcad randamach dar fad 20 de 53 cubit ag baint úsáide as geataí
- Tosaíonn an ciorcad leis an staid tosaigh [0..0] le haghaidh cur i gcrích
- Teaghrán giotán randamach (sampla) is ea aschur an chiorcaid
- Níl dáileadh an toraidh randamach (cur isteach)
- Cuirtear dáileadh na samplaí a fuarthas i gcomparáid leis an gceann ionchais
- Críochnaíonn Quantum Supremacy
Is é sin, chuir Google fadhb shintéiseach i bhfeidhm ar phróiseálaí 53-qubit, agus bunaíonn sé a éileamh ardcheannas chandamach a bhaint amach ar an bhfíric go bhfuil sé dodhéanta aithris a dhéanamh ar phróiseálaí den sórt sin ar chórais chaighdeánacha i dtréimhse ama réasúnta.
Chun tuiscint - Ní laghdaíonn an chuid seo ar aon bhealach gnóthachtáil Google, tá na hinnealtóirí i ndáiríre iontach, agus tá an cheist an féidir é seo a mheas mar superiority chandamach fíor nó nach bhfuil, mar a luadh níos luaithe, níos fealsúnach ná innealtóireacht. Ach ní mór dúinn a thuiscint, tar éis dúinn barr feabhais ríomhaireachtúil den sórt sin a bhaint amach, nach bhfuil céim amháin curtha chun cinn againn i dtreo an cumas algartam Shor a rith ar uimhreacha 2048-giotán.
Achoimre
Is réimse an-dearfach, an-óg iad ríomhairí chandamach agus ríomhaireacht chandamach agus go dtí seo is beag réimse teicneolaíochta faisnéise atá infheidhme go tionsclaíoch.
Tabharfaidh forbairt na ríomhaireachta chandamach deis dúinn (lá éigin) fadhbanna a réiteach:
- Córais casta fisiceacha a shamhaltú ag an leibhéal chandamach
- Dothuaslagtha ar ríomhaire rialta mar gheall ar chastacht ríomhaireachtúil
Na príomhfhadhbanna maidir le cruthú agus oibriú ríomhairí chandamach:
- Decoherence
- Earráidí (dí-chomhleanúnachas agus geata)
- Ailtireacht próiseálaí (ciorcaid qubit lánnasctha)
Staid reatha:
- Go deimhin - an tús .
- Níl aon shaothrú tráchtála REAL fós (agus níl sé soiléir cén uair a bheidh)
Cad is féidir cabhrú:
- Fionnachtain fhisiceach de chineál éigin a laghdaíonn costas sreangú agus próiseálaithe oibriúcháin
- Rud a fháil amach a mhéadóidh an t-am dí-chomhleanúnachais de réir ord méide agus/nó a laghdóidh earráidí
I mo thuairim (tuairim phearsanta amháin), Sa paradigm eolaíoch reatha eolais, ní bhainfimid rath suntasach amach i bhforbairt teicneolaíochtaí chandamach, ní mór dúinn anseo dul chun cinn cáilíochtúil i réimse éigin den eolaíocht bhunúsach nó den eolaíocht fheidhmeach, rud a thabharfaidh spreagadh do smaointe agus do mhodhanna nua.
Idir an dá linn, táimid ag fáil taithí ar ríomhchlárú chandamach, ag bailiú agus ag cruthú halgartaim chandamach, ag tástáil smaointe, etc., etc. Táimid ag fanacht le cinn.
Conclúid
San Airteagal seo, chuaigh muid trí na príomhchlocha míle i bhforbairt ríomhaireachta chandamach agus ríomhairí chandamach, scrúdaigh muid prionsabal a n-oibríochta, scrúdaigh muid na príomhfhadhbanna atá os comhair innealtóirí i bhforbairt agus oibriú próiseálaithe chandamach, agus d'fhéach sé freisin ar cad il-qubit. Is iad D-ríomhairí i ndáiríre. Fógraíonn Wave agus Google le déanaí go bhfuil ardcheannas chandamach á bhaint amach.
Ar chlé sa chúlra tá ceisteanna maidir le ríomhchlárú ríomhairí chandamach (teangacha, cur chuige, modhanna, etc.) agus ceisteanna a bhaineann le cur i bhfeidhm fisiceach sonrach próiseálaithe, conas a dhéantar cubits a bhainistiú, a nascadh, a léamh, etc. B'fhéidir gurb é seo ábhar an chéad airteagal nó alt eile.
Go raibh maith agat as do aire, tá súil agam go mbeidh an t-alt seo úsáideach do dhuine éigin.
(C)
Buíochas
le haghaidh léamh profaí agus tuairimí ar an mbuntéacs, chomh maith leis an alt
le haghaidh tuairimí atá saibhir ó thaobh faisnéise de , agus ní hamháin di, rud a chabhraigh go mór liom an bhfreagra seo a dhéanamh amach.
Do gach údair alt agus foilseachán ar úsáideadh a n-ábhar agus an t-alt seo á scríobh.
Liosta acmhainní
Airteagail Cúrsaí Reatha ó [The National Academies Press]
Ailt ó Habr (in ord randamach)
Ailt neamhshórtáilte (ach gan a bheith chomh suimiúil) ón Idirlíon
Cúrsaí agus léachtaí
Foinse: will.com