Komputer kuantum lan komputasi kuantum - anyar , sing ditambahake menyang ruang informasi kita bebarengan karo , lan istilah teknologi dhuwur liyane. Ing wektu sing padha, aku tau bisa nemokake materi ing Internet sing bakal sijine bebarengan teka-teki ing sirah disebut "cara kerja komputer kuantum". Ya, ana akeh karya sing apik banget, kalebu ing Habr (pirsani. ), komentar sing, kaya biasane, malah luwih informatif lan migunani, nanging gambar ing sirahku, kaya sing dikandhakake, ora nambah.
Lan bubar kanca-kancaku teka lan takon, "Apa sampeyan ngerti cara kerja komputer kuantum? Apa sampeyan bisa ngandhani kita?" Banjur aku temen maujud sing aku ora mung siji sing duwe masalah karo sijine bebarengan gambar koheren ing sirah.
AkibatΓ©, ana upaya kanggo ngumpulake informasi babagan komputer kuantum menyang sirkuit logika sing konsisten tingkat dhasar, tanpa kecemplung jero ing matΓ©matika lan struktur donya kuantum, diterangake apa komputer kuantum, apa prinsip operasi ing, lan apa masalah ilmuwan ngadhepi nalika nggawe lan operate.
Daftar Isi
Penafian
Penulis ora ahli ing komputasi kuantum, lan Penonton target artikel kasebut yaiku wong IT sing padha, dudu spesialis kuantum, sing uga pengin nggawe gambar ing sirah sing diarani "Carane komputer kuantum bisa digunakake." Amarga iki, akeh konsep ing artikel kasebut sengaja disederhanakake kanggo luwih ngerti teknologi kuantum ing tingkat "dhasar", nanging tanpa .
Artikel ing sawetara panggonan nggunakake bahan saka sumber liyane, . Yen bisa, pranala langsung lan indikasi menyang teks asli, tabel utawa gambar dilebokake. Yen aku kelalen soko (utawa wong) nang endi wae, nulis lan aku bakal mbenerake.
Pambuka
Ing bab iki, kita bakal cepet ndeleng kepiye jaman kuantum diwiwiti, apa sebabe motivasi kanggo ide komputer kuantum, sing (negara lan perusahaan apa) saiki dadi pemain utama ing lapangan iki, lan uga ngobrol kanthi ringkes. babagan arah utama pangembangan komputasi kuantum.
Cara kabeh mulai
Titik wiwitan jaman kuantum dianggep minangka 1900, nalika M. Planck pisanan diajukake energi sing dipancarake lan diserap ora terus-terusan, nanging ing jumlah (bagian) sing kapisah. Ide iki dijupuk lan dikembangake dening akeh ilmuwan sing pinunjul ing wektu iku - Bohr, Einstein, Heisenberg, SchrΓΆdinger, sing pungkasane nyebabake nggawe lan ngembangake ilmu kayata. . Ana akeh materi sing apik ing Internet babagan pambentukan fisika kuantum minangka ilmu, ing artikel iki kita ora bakal ngrembug babagan iki kanthi rinci, nanging perlu kanggo nunjukake tanggal nalika kita mlebu jaman kuantum anyar.
Fisika kuantum wis nggawa akeh panemuan lan teknologi ing saben dinten gesang kita, tanpa kang saiki angel mbayangno donya watara kita. Contone, laser, sing saiki digunakake ing endi wae, saka peralatan rumah tangga (tingkat laser, lan sapiturute) menyang sistem teknologi dhuwur (laser kanggo koreksi sesanti, hello ). Iku bakal logis kanggo nganggep yen cepet utawa mengko wong bakal teka karo idea sing kok ora nggunakake sistem kuantum kanggo komputasi. Banjur ing taun 1980 kedadeyan kasebut.
Wikipedia nuduhake yen gagasan pisanan babagan komputasi kuantum diungkapake ing taun 1980 dening ilmuwan kita Yuri Manin. Nanging dheweke pancene wiwit ngomong babagan mung ing 1981, nalika kondhang R. Feynman , nyathet yen ora mungkin kanggo nyimulake evolusi sistem kuantum ing komputer klasik kanthi cara sing efisien. Dheweke ngusulake model dhasar , sing bakal bisa nindakake modeling kuwi.
Ana , ing endi dianggep luwih akademis lan rinci, nanging kita bakal ngrembug kanthi ringkes:
Tonggak penting ing sajarah nggawe komputer kuantum:
- [1994]. P. Pesisir. Dirancang dening
- [1998]. Digawe
- [2001]. IBM ngenalake eksekusi kanggo ekspansi nomer 15
- [2007-2016]. nggawe lan ngembangake komputer kanthi 128-2000 qubit
- [2012]. Dilaksanakake ing Universitas California
- [2016]. Google ing komputer 9-qubit
- [2017] (telung atom)
- [2019] . 20-qubit komputer ing mΓ©ga
- [2019] . komputer 53 qubit. ?
Kaya sing sampeyan ngerteni, 17 taun wis liwati (saka 1981 nganti 1998) saka ide kasebut nganti implementasine pisanan ing komputer kanthi 2 qubit, lan 21 taun (saka 1998 nganti 2019) nganti jumlah qubit mundhak dadi 53. Butuh 11 taun (saka 2001 kanggo 2012) kanggo nambah asil saka algoritma Shor (kita bakal katon ing liyane rinci mengko) saka nomer 15 kanggo 21. Uga, mung telung taun kepungkur kita teka menyang titik ngleksanakake apa sing diomongake Feynman, lan sinau model sistem fisik sing paling gampang.
Pangembangan komputasi kuantum alon. Ilmuwan lan insinyur ngadhepi tugas sing angel banget, negara-negara kuantum cendhak banget lan rapuh, lan supaya bisa ngreksa cukup suwe kanggo nindakake petungan, dheweke kudu mbangun sarcophagi kanthi puluhan yuta dolar, ing ngendi suhu dijaga. mung ndhuwur nol Absolute, lan kang maximally dilindhungi saka pengaruh external. Sabanjure kita bakal ngomong babagan tugas lan masalah kasebut kanthi luwih rinci.
Pemain Utama
Slide kanggo bagean iki dijupuk saka artikel , saka peneliti Alexey Fedorov. Ayo kula menehi kutipan langsung:
Kabeh negara sing sukses kanthi teknologi saiki aktif ngembangake teknologi kuantum. Dhuwit sing akeh diinvestasikan ing riset iki, lan program khusus kanggo ndhukung teknologi kuantum digawe.
Ora mung negara, nanging uga perusahaan swasta sing melu lomba kuantum. Secara total, Google, IBM, Intel lan Microsoft bubar nandur modal babagan $ 0,5 milyar kanggo pangembangan komputer kuantum lan nggawe laboratorium lan pusat riset gedhe.
Ana akeh artikel babagan HabrΓ© lan ing Internet, contone, , ΠΈ , ing ngendi kahanan saiki karo perkembangan teknologi kuantum ing macem-macem negara diteliti kanthi luwih rinci. Sing utama kanggo kita saiki yaiku kabeh negara lan pemain sing maju kanthi teknologi nandur modal dhuwit akeh kanggo riset ing arah iki, sing menehi pangarep-arep kanggo cara metu saka impasse teknologi saiki.
Pandhuan pangembangan
Ing wayahe (Aku bisa salah, please mbenerake kula), efforts utama (lan asil liyane utawa kurang pinunjul) kabeh pemain anjog klempakan ing rong wilayah:
- Komputer kuantum khusus, sing ngarahake kanggo ngrampungake siji masalah tartamtu, contone, masalah optimasi. Conto produk yaiku komputer kuantum D-Wave.
- Komputer kuantum universal - sing bisa ngetrapake algoritma kuantum sing sewenang-wenang (Shor, Grover, lsp). Implementasi saka IBM, Google.
Vektor pangembangan liyane sing diwenehake fisika kuantum, kayata:
- minangka basis kanggo
- lan liya-liyane
Mesthine, uga ana ing dhaptar wilayah kanggo riset, nanging saiki ora ana asil sing luwih utawa kurang penting.
Kajaba iku, sampeyan bisa maca nggih, google"", Tuladhane, , ΠΈ .
dhasar. Objek kuantum lan sistem kuantum
Bab sing paling penting kanggo mangerteni saka bagean iki yaiku
Komputer kuantum (ora kaya biasane) digunakake minangka operator informasi obyek kuantum, lan kanggo nindakake petungan, obyek kuantum kudu disambungake sistem kuantum.
Apa obyek kuantum?
Objek kuantum - obyek saka microworld (donya kuantum) sing nuduhake sifat kuantum:
- Nduwe negara sing ditemtokake kanthi rong tingkat wates
- Ana ing superposisi negara nganti wayahe pangukuran
- Entangles dhewe karo obyek liyane kanggo nggawe sistem kuantum
- Nyukupi teorema tanpa kloning (kahanan obyek ora bisa disalin)
Ayo ndeleng saben properti kanthi luwih rinci:
Nduwe negara sing ditemtokake kanthi rong tingkat wates (negara pungkasan)
Conto klasik ing donya nyata yaiku koin. Nduwe negara "sisih", sing njupuk rong tingkat wates - "kepala" lan "buntut".
Ana ing superposisi negara nganti wayahe pangukuran
Dheweke mbuwang dhuwit recehan, mabur lan muter. Nalika iku puteran, iku mokal kanggo ngomong kang saka tingkat wates sawijining "sisih" negara dumunung. Nanging sanalika kita mbanting mudhun lan ndeleng asil, superposition saka negara langsung ambruk menyang salah siji saka rong negara wates - "kepala" lan "buntut". Slapping duwit receh ing kasus kita minangka ukuran.
Entangles dhewe karo obyek liyane kanggo nggawe sistem kuantum
Iku angel karo duwit receh, nanging ayo kang nyoba. Mbayangno kita tos telung dhuwit recehan supaya padha muter clinging kanggo saben liyane, iki juggling karo dhuwit recehan. Ing saben wayahe, ora mung saben negara ing superposisi negara, nanging negara kasebut saling pengaruh (koin tabrakan).
Nyukupi teorema tanpa kloning (kahanan obyek ora bisa disalin)
Nalika dhuwit recehan mabur lan muter, ora ana cara kita bisa nggawe salinan saka negara Spinning samubarang dhuwit recehan, kapisah saka sistem. Sistem kasebut urip ing awake dhewe lan cemburu banget amarga ngeculake informasi menyang jagad njaba.
Sawetara tembung liyane babagan konsep kasebut dhewe "superposisi", ing meh kabeh artikel superposition diterangake minangka "Ing kabeh negara ing wektu sing padha", kang, mesthi, bener, nanging ing kaping rasah bingung. A superposisi negara uga bisa dibayangake minangka kasunyatan sing ing saben wayahe obyek kuantum duwe ana kemungkinan tartamtu ambruk ing saben tingkat wates, lan total kemungkinan kasebut padha karo 1.. Mengko, nalika nimbang qubit, kita bakal ngrembug babagan iki kanthi luwih rinci.
Kanggo dhuwit recehan, iki bisa digambarake - gumantung saka kacepetan awal, sudut tos, kahanan lingkungan ing ngendi koin kasebut mabur, ing saben wektu kemungkinan entuk "kepala" utawa "buntut" beda. Lan, kaya sing wis kasebut sadurunge, kahanan koin mabur kasebut bisa dibayangake minangka "ing kabeh negara wates ing wektu sing padha, nanging kanthi kemungkinan sing beda kanggo implementasine."
Sembarang obyek sing nduweni sifat ing ndhuwur lan bisa digawe lan dikontrol bisa digunakake minangka operator informasi ing komputer kuantum.
Luwih sethithik, kita bakal ngomong babagan kahanan saiki karo implementasi fisik qubits minangka obyek kuantum, lan apa sing saiki digunakake para ilmuwan ing kapasitas iki.
Dadi properti katelu nyatakake yen obyek kuantum bisa dadi entangled kanggo nggawe sistem kuantum. Apa iku sistem kuantum?
Sistem kuantum - sistem obyek kuantum entangled kanthi sifat ing ngisor iki:
- Sistem kuantum ana ing superposisi kabeh kahanan sing bisa ditindakake saka obyek kasebut
- Ora mungkin ngerti kahanan sistem nganti wayahe pangukuran
- Ing wayahe pangukuran, sistem ngleksanakake salah siji saka varian bisa saka negara wates sawijining
(lan, nyawang ngarep sethithik)
Corollary kanggo program kuantum:
- Program kuantum nduweni status sistem tartamtu ing input, superposisi ing njero, superposisi ing output
- Ing output program sawise pangukuran, kita duwe implementasi probabilistik saka salah sawijining kahanan pungkasan sistem (plus kemungkinan kesalahan)
- Sembarang program kuantum duwe arsitektur cerobong asep (input -> output. Ora ana puteran, sampeyan ora bisa ndeleng negara sistem ing tengah proses.)
Perbandingan komputer kuantum lan komputer konvensional
Ayo saiki mbandhingake komputer konvensional lan komputer kuantum.
| komputer biasa | Komputer kuantum | |
|
Logika
|
0 / 1 | `a|0> + b|1>, a^2+b^2=1` |
|
Fisika
|
Transistor semikonduktor | Objek kuantum |
|
Pembawa media
|
Tingkat voltase | Polarisasi, spin,β¦ |
|
Operasi
|
NOT, AND, OR, XOR liwat bit | Katup: CNOT, Hadamard,β¦ |
|
sesambetan
|
chip semikonduktor | Kebingungan karo saben liyane |
|
Algoritma
|
Standar (ndeleng Whip) | Spesial (Shore, Grover) |
|
Prinsip
|
Digital, deterministik | Analog, probabilistik |
Level logika
Ing komputer biasa iki dicokot. Uga dikenal kanggo kita liwat lan liwat bit deterministik. Bisa njupuk nilai salah siji 0 utawa 1. Iku copes sampurna karo peran unit logis kanggo komputer biasa, nanging ora cocog kanggo njlèntrèhaké negara obyek kuantum, kang, kita wis ngandika, ing alam bébas dumunung ingsuperposisi negara watese.
Iki apa padha teka munggah karo . Ing negara wates, dheweke nyadari negara sing padha karo 0 lan 1 , lan ing superposition nggantosi distribusi probabilitas liwat negara wates sawijining |0> ΠΈ |1>:
a|0> + b|1>, ΡΠ°ΠΊΠΎΠ΅, ΡΡΠΎ a^2+b^2=1a lan b makili , lan kuadrat modul kasebut minangka kemungkinan nyata kanggo entuk nilai-nilai negara wates kasebut. |0> ΠΈ |1>, yen sampeyan ambruk qubit karo pangukuran saiki.
Lapisan fisik
Ing tingkat teknologi saiki pembangunan, implementasine fisik saka dicokot kanggo komputer conventional punika transistor semikonduktor, kanggo kuantum, kaya sing wis dakkandhakake, sembarang obyek kuantum. Ing bagean sabanjure kita bakal ngomong babagan apa sing saiki digunakake minangka media fisik kanggo qubit.
Medium panyimpenan
Kanggo komputer biasa iki listrik - tingkat voltase, ngarsane utawa ananΓ© saiki, etc., kanggo kuantum - padha kahanan obyek kuantum (arah polarisasi, spin, lsp), sing bisa uga ana ing superposisi.
Operasi
Kanggo ngleksanakake sirkuit logika ing komputer biasa, kita nggunakake kondhang , kanggo operasi ing qubits perlu kanggo teka munggah karo sistem operasi temen beda, disebut . Gerbang bisa dadi siji-qubit utawa dobel-qubit, gumantung saka jumlah qubit sing diowahi.
Contoh gerbang kuantum:
Ana konsep set katup universal, sing cukup kanggo nindakake pitungan kuantum apa wae. Contone, set universal kalebu gerbang Hadamard, gerbang shift fase, gerbang CNOT, lan gerbang Οβ8. Kanthi bantuan, sampeyan bisa nindakake pitungan kuantum ing set qubit sing sewenang-wenang.
Ing artikel iki, kita ora bakal manggon kanthi rinci babagan sistem gerbang kuantum; sampeyan bisa maca liyane babagan lan operasi logis babagan qubit, contone, . Wangsulan: Bab ingkang utama kanggo elinga:
- Operasi ing obyek kuantum mbutuhake nggawe operator logis anyar (gerbang kuantum)
- Gerbang kuantum kasedhiya ing jinis siji-qubit lan dobel-qubit.
- Ana set gerbang universal sing bisa digunakake kanggo nindakake komputasi kuantum
sesambetan
Siji transistor pancen ora ana gunane kanggo kita, kanggo nindakake petungan, kita kudu nyambungake akeh transistor siji liyane, yaiku, nggawe chip semikonduktor saka jutaan transistor kanggo mbangun sirkuit logis, lan, pungkasanipun, njaluk prosesor modern ing wangun klasik.
Siji qubit uga ora ana gunane kanggo kita (uga, yen mung ing istilah akademik),
kanggo nindakake petungan kita butuh sistem qubit (objek kuantum)
kang, kita wis ngandika, digawe dening entangling qubits karo saben liyane supaya owah-owahan ing negara sing dumadi ing proses tumata.
Algoritma
Algoritma standar sing dikumpulake manungsa nganti saiki ora cocog kanggo implementasine ing komputer kuantum. Ya, umume ora perlu. Komputer kuantum adhedhasar logika gerbang liwat qubit mbutuhake nggawe algoritma sing beda banget, algoritma kuantum. Saka algoritma kuantum sing paling misuwur, telu bisa dibedakake:
- (faktorisasi)
- (search cepet ing database unordered)
- (jawaban kanggo pitakonan, fungsi konstan utawa imbang)
Prinsip
Lan prabΓ©dan paling penting yaiku prinsip operasi. Kanggo komputer standar iki digital, prinsip strictly deterministik, adhedhasar kasunyatan yen kita nyetel sawetara negara wiwitan sistem lan liwati liwat algoritma tartamtu, banjur asil petungan bakal padha, ora ketompo carane kakehan kita mbukak pitungan iki. Bener, prilaku iki persis kaya sing dikarepake saka komputer.
Komputer kuantum mlaku analog, prinsip probabilistik. Asil saka algoritma diwenehi ing negara wiwitan diwenehi sampel saka distribusi probabilitas implementasine pungkasan saka algoritma plus bisa kasalahan.
Sifat probabilistik komputasi kuantum iki amarga esensi banget probabilistik saka donya kuantum. "Gusti Allah ora muter dadu karo alam semesta.", ngandika Einstein lawas, nanging kabeh nyobi lan pengamatan supaya adoh (ing paradigma ilmiah saiki) konfirmasi ngelawan.
Implementasi fisik qubit
Kaya sing wis dakkandhakake, qubit bisa diwakili dening obyek kuantum, yaiku obyek fisik sing ngetrapake sifat kuantum sing kasebut ing ndhuwur. Tegese, kira-kira, obyek fisik sing ana rong negara lan rong negara kasebut ing superposisi bisa digunakake kanggo mbangun komputer kuantum.
"Yen kita bisa nyelehake atom dadi rong tingkat sing beda lan ngontrol, mula sampeyan duwe qubit. Yen kita bisa nindakake iki karo ion, iku qubit. Iku padha karo saiki. Yen kita mbukak searah jarum jam lan counterclockwise ing wektu sing padha, sampeyan duwe qubit.
Ana ΠΊ , ing ngendi macem-macem implementasi fisik qubit saiki dianggep luwih rinci, kita mung bakal dhaptar sing paling kondhang lan umum:
- lan akeh gagasan eksotis liyane (anion, lsp.)
Saka kabeh macem-macem iki, sing paling dikembangake yaiku cara pertama kanggo entuk qubit, adhedhasar . , , lan pemain anjog liyane digunakake kanggo mbangun sistem sing.
Inggih, maca liyane bisa qubit saka .
dhasar. Cara kerja komputer kuantum
Bahan kanggo bagean iki (tugas lan gambar) dijupuk saka artikel .
Dadi, bayangake yen kita duwe tugas ing ngisor iki:
Ana klompok telu wong: (A)ndrey, (B)olodya lan (C)erezha. Ana rong taksi (0 lan 1).
Iku uga dikenal sing:
- (A)ndrey, (B)olodya kanca
- (A)ndrey, (C)erezha iku mungsuh
- (B)olodya lan (C)erezha iku mungsuh
Tugas: Panggonan wong ing taksi supaya Max (kanca) ΠΈ Min (mungsuh)
Rating: L = (jumlah kanca) - (jumlah mungsuh) kanggo saben pilihan akomodasi
PENTING: Yen ora ana heuristik, ora ana solusi sing optimal. Ing kasus iki, masalah mung bisa ditanggulangi kanthi nggoleki pilihan lengkap.
Solusi ing komputer biasa
Carane ngatasi masalah iki ing biasa (super) komputer (utawa cluster) - iku cetha sing sampeyan kudu daur ulang liwat kabeh opsi bisa. Yen kita duwe sistem multiprocessor, kita bisa parallelize pitungan solusi ing sawetara prosesor lan banjur ngumpulake asil.
We kudu 2 opsi akomodasi bisa (taxi 0 lan taxi 1) lan 3 wong. Ruang solusi 2 ^ 3 = 8. Sampeyan bisa malah liwat 8 opsi nggunakake kalkulator, iki ora masalah. Saiki ayo nggawe masalah - kita duwe 20 wong lan rong bus, ruang solusi 2^20 = 1. Ora ana sing rumit. Ayo tambah jumlah wong 2.5 kaping - njupuk 50 wong lan rong sepur, ruang solusi saiki 2^50 = 1.12 x 10^15. Komputer biasa (super) wis wiwit ngalami masalah serius. Ayo nambah jumlah wong 2 kaping, 100 wong bakal menehi kita wis 1.2 x 10^30 opsi bisa.
Semono wae, tugas iki ora bisa diitung ing wektu sing cukup.
Nyambungake superkomputer
Komputer paling kuat saiki nomer 1 saka , iki produktivitas 122 . Ayo nganggep yen kita butuh 100 operasi kanggo ngetung siji opsi, banjur kanggo ngatasi masalah kanggo 100 wong sing kita butuhake:
(1.2 x 10^30 100) / 122Γ10^15 / (606024365) = 3 x 10^37 taun.
Kaya sing bisa dideleng minangka ukuran data dhisikan mundhak, papan solusi mundak akeh miturut hukum daya, ing kasus umum, kanggo N bit kita duwe 2 ^ N opsi solusi bisa, kang kanggo relatif cilik N (100) menehi kita uncalculated (ing tingkat teknologi saiki) papan solusi.
Apa ana alternatif? Kaya sing wis sampeyan duga, ya, ana.
Nanging sadurunge kita ngerti kepiye lan kenapa komputer kuantum bisa ngrampungake masalah kaya iki, ayo goleki maneh. distribusi probabilitas. Aja kuwatir, iki minangka artikel review, ora ana matematika sing angel ing kene, kita bakal nggawe conto klasik kanthi tas lan bal.
Mung kombinatorik cilik, teori kemungkinan lan eksperimen aneh
Ayo njupuk tas lan sijine ing 1000 putih lan 1000 bal ireng. Kita bakal nindakake eksperimen - njupuk bal, nulis werna, bali bal menyang tas lan nyampur bal ing tas.
Uji coba ditindakake kaping 10, ditarik metu 10 bal ireng. Mungkin? Cukup. Apa conto iki menehi ide sing cukup babagan distribusi sing bener ing tas kasebut? Temenan ora. Apa sing kudu ditindakake - bener, pmbaleni eksperimen kaping yuta lan ngetung frekuensi saka bal ireng lan putih. We njaluk, contone 49.95% ireng lan 50.05% putih. Ing kasus iki, struktur distribusi saka ngendi kita sampel (njupuk siji bal) wis luwih utawa kurang cetha.
Sing utama yaiku ngerti eksprimen dhewe nduweni sifat probabilistik, karo siji sampel (bal) kita ora bakal ngerti struktur bener saka distribusi, kita kudu mbaleni eksperimen kaping pirang-pirang lan rata-rata asil.
Ayo ditambahake menyang tas kita 10 bal abang lan 10 ijo (kaluputan). Ayo baleni eksperimen 10 kaping. INGditarik metu 5 abang lan 5 ijo. Mungkin? ya wis. Kita bisa ngomong babagan distribusi sing bener - Ora. Apa sing kudu ditindakake - sampeyan ngerti.
Kanggo mangerteni struktur distribusi probabilitas, kudu bola-bali sampel asil individu saka distribusi iki lan rata-rata asil.
Nyambungake teori karo praktik
Saiki tinimbang bal ireng putih, ayo njupuk bal biliar lan dilebokake ing tas 1000 bal kanthi nomer 2, 1000 kanthi nomer 7 lan 10 bal kanthi nomer liyane. Ayo bayangake eksperimen sing dilatih ing tumindak sing paling gampang (njupuk bal, tulis nomer kasebut, lebokake bal maneh ing tas, nyampur bal ing tas) lan nindakake iki ing 150 mikrodetik. Inggih, eksperimen kasebut babagan kacepetan (dudu iklan obat !!!). Banjur ing 150 detik dheweke bakal bisa nindakake eksperimen kita kaping 1 yuta lan menehi kita asil rata-rata.
Dheweke njagong eksperimen, menehi tas, mlayu, ngenteni 150 detik lan nampa:
nomer 2 - 49.5%, nomer 7 - 49.5%, jumlah sing isih ana - 1%.
Pancen bener, tas kita iku komputer kuantum karo algoritma sing solves masalah kita, lan bal bisa dadi solusi. Amarga ana rong solusi sing bener, mula komputer kuantum bakal menehi solusi sing bisa ditindakake kanthi kemungkinan sing padha, lan kesalahan 0.5% (10/2000)., sing bakal kita pirembagan mengko.
Kanggo entuk asil komputer kuantum, sampeyan kudu mbukak algoritma kuantum kaping pirang-pirang ing set data input sing padha lan rata-rata asil.
Skalabilitas komputer kuantum
Saiki bayangake yen kanggo tugas sing nglibatake 100 wong (papan solusi 2^100 kita elinga iki), ana uga mung loro pancasan bener. Banjur, yen kita njupuk 100 qubits lan nulis algoritma sing ngetung fungsi obyektif kita (L, ndeleng ndhuwur) liwat qubits iki, banjur kita bakal entuk tas sing bakal ana 1000 bal kanthi nomer jawaban sing bener pisanan, 1000 karo nomer jawaban bener kaloro lan 10 bal karo nomer liyane. Lan ing 150 detik sing padha, eksperimen kita bakal menehi perkiraan distribusi kemungkinan jawaban sing bener.
Wektu eksekusi algoritma kuantum (kanthi sawetara asumsi) bisa dianggep konstan O (1) babagan dimensi ruang solusi (2^N).
Lan iki sabenere properti saka komputer kuantum - konstanta runtime ing hubungan kanggo nambah kerumitan hukum daya saka papan solusi tombol.
Qubit lan donya podo
Kepiye kedadeyan iki? Apa sing ngidini komputer kuantum nindakake petungan kanthi cepet? Iku kabeh babagan sifat kuantum saka qubit.
Deleng, kita ngomong yen qubit kaya obyek kuantum nyadari salah siji saka rong negara nalika diamati, nanging ing "alam liar" iku ing superposisi negara, yaiku, ing loro negara watese bebarengan (kanthi sawetara kemungkinan).
Njupuk (A) andreya lan mbayangno kahanane (ing kendaraan kasebut - 0 utawa 1) minangka qubit. Banjur kita duwe (ing ruang kuantum) rong jagad podo, ing siji (A) lenggah ing taksi 0, ing jagad liyane - ing taksi 1. Ing rong taksi bebarengan, nanging karo sawetara kemungkinan nemokake ing saben wong sak pengamatan.
Njupuk (B) enom lan uga mbayangno kahanane minangka qubit. Loro jagad podo liyane muncul. Nanging saiki iki pasangan donya (A) ΠΈ (AT) ora sesambungan babar pisan. Apa sing kudu ditindakake kanggo nggawe gegandhengan sistem? Bener, kita butuh qubit iki ikatan (bingung). Kita njupuk lan bingung (A) karo (B) - kita entuk sistem kuantum rong qubit (A, B), sadhar ing dhewe papat saling gumantung jagad podo. Tambah (S) enggeh lan kita entuk sistem telung qubit (ABC), ngleksanakake wolung saling gumantung jagad podo.
Inti saka komputasi kuantum (implementasine rantai gerbang kuantum liwat sistem qubit sing disambungake) yaiku nyatane yen pitungan kasebut dumadi ing kabeh jagad paralel kanthi bebarengan.
Lan ora ketompo carane akeh sing kita duwe, 2 ^ 3 utawa 2 ^ 100, algoritma kuantum bakal kaleksanan ing wektu winates liwat kabeh donya podo iki lan bakal menehi kita asil, kang sampel saka distribusi kemungkinan saka respon algoritma.
Kanggo pangerten sing luwih apik, siji bisa mbayangno komputer kuantum ing tingkat kuantum mbukak 2^N pangolahan solusi paralel, saben kang bisa ing siji opsi bisa, banjur ngumpulake asil karya - lan menehi kita jawaban ing wangun superposition saka solusi (distribusi probabilitas respon), saka ngendi kita sampel siji saben wektu (kanggo saben eksperimen).
Elinga wektu sing dibutuhake dening eksperimen kita (150 Β΅s) kanggo nindakake eksperimen, iki bakal luwih migunani kanggo kita, nalika kita ngomong babagan masalah utama komputer kuantum lan wektu decoherence.
Algoritma kuantum
Kaya sing wis kasebut, algoritma konvensional adhedhasar logika biner ora bisa ditrapake kanggo komputer kuantum nggunakake logika kuantum (gerbang kuantum). Kanggo dheweke, perlu kanggo nggawe sing anyar sing ngeksploitasi potensial sing ana ing alam kuantum komputasi.
Algoritma sing paling misuwur saiki yaiku:
Ora kaya klasik, komputer kuantum ora universal.
Mung sawetara algoritma kuantum sing ditemokake nganti saiki.
Π‘ΠΏΠ°ΡΠΈΠ±ΠΎ kanggo link menyang , papan ngendi, miturut pengarang (), wakil paling apik saka donya kuantum-algoritma wis diklumpukake lan terus ngumpul.
Ing artikel iki, kita ora bakal nganalisa algoritma kuantum kanthi rinci; ana akeh bahan sing apik banget ing Internet kanggo tingkat kerumitan apa wae, nanging kita isih kudu nliti telung sing paling misuwur.
Algoritma Shor.
Algoritma kuantum sing paling misuwur yaiku (diciptakake ing taun 1994 dening ahli matematika Inggris ), sing ditujokake kanggo ngrampungake masalah pemfaktoran angka dadi faktor prima (masalah faktorisasi, logaritma diskrit).
Algoritma iki sing dikutip minangka conto nalika nulis manawa sistem perbankan lan sandhi sampeyan bakal disusupi. Ngelingi dawane tombol sing digunakake saiki ora kurang saka 2048 bit, wektu kanggo tutup durung teka.
Kanggo tanggal, luwih saka andhap asor. Asil Faktorisasi Paling apik karo Algoritma Shor - Nomer ΠΈ , sing kurang saka 2048 bit. Kanggo asil isih saka tabel, beda petungan, nanging malah asil paling apik miturut algoritma iki (291311) banget adoh saka aplikasi nyata.
Sampeyan bisa maca liyane babagan algoritma Shor, contone,. Babagan implementasi praktis - .
Salah siji saka kerumitan lan daya dibutuhake kanggo faktor nomer 2048-dicokot punika komputer karo . Kita turu kanthi tentrem.
algoritma Grover kang
- ngrampungake masalah enumerasi, yaiku, nemokake solusi kanggo persamaan F(X) = 1, ngendi F saka n variabel. Diusulake dening ahli matematika Amerika Π² .
algoritma Grover bisa digunakake kanggo golek ΠΈ seri nomer. Kajaba iku, bisa digunakake kanggo ngatasi masalah liwat panelusuran exhaustive antarane akeh solusi bisa. Iki bisa uga mbutuhake asil kacepetan sing signifikan dibandhingake karo algoritma klasik, sanajan tanpa nyedhiyakake ""umum.
Sampeyan bisa maca liyane, utawa . Isih Ana panjelasan sing apik babagan algoritma nggunakake conto kothak lan bal, nanging, sayangΓ©, amarga alasan sing ora bisa dikontrol sapa waΓ©, situs iki ora mbukak kanggo aku saka Rusia. Yen sampeyan duwe uga diblokir, dadi iki ringkesan singkat:
algoritma Grover kang. Mbayangno sing duwe N bagΓ©yan kothak ditutup nomer. Kabeh kosong kajaba siji, sing isine bal. Tugas sampeyan: ngerteni nomer kothak ing ngendi bal kasebut (nomer sing ora dingerteni iki asring dilambangake karo huruf w).
Carane ngatasi masalah iki? Cara sing paling bodho yaiku kanthi giliran mbukak kothak, lan cepet utawa mengko sampeyan bakal nemokake kothak kanthi bal. Rata-rata, pira kothak sing kudu dicenthang sadurunge kothak kanthi bal ditemokake? Rata-rata, sampeyan kudu mbukak kira-kira setengah saka N / 2 kothak. Ingkang utama ing kene yaiku yen kita nambahake jumlah kothak ping 100, mula jumlah kothak rata-rata sing kudu dibukak sadurunge kothak kanthi bal ditemokake uga bakal tambah 100 kaping.
Saiki ayo nggawe klarifikasi maneh. Ayo kita ora mbukak kothak dhewe karo tangan lan mriksa ana werni ing saben, nanging ana perantara tartamtu, ayo kang nelpon wong Oracle. Kita ngandhani Oracle, "kotak mriksa nomer 732," lan Oracle kanthi jujur ββmriksa lan mangsuli, "ora ana bal ing kothak nomer 732." Saiki, tinimbang ngomong pirang-pirang kothak sing kudu dibukak rata-rata, kita ngomong "sepira rata-rata kita kudu pindhah menyang Oracle kanggo nemokake nomer kothak kanthi bal"
Pranyata yen kita nerjemahake masalah iki karo kothak, bal lan Oracle menyang basa kuantum, kita entuk asil sing luar biasa: kanggo nemokake nomer kothak kanthi bal ing antarane kothak N, kita kudu ngganggu Oracle mung babagan SQRT. (N) kaping!
Yaiku, kerumitan tugas telusuran nggunakake algoritma Grover dikurangi kanthi akar kuadrat kaping.
Algoritma Deutsch-Jozi
Algoritma Deutsch-Jozsa (uga diarani algoritma Deutsch-Jozsa) - [algoritma kuantum](%D0%B0%D0%BB%D0%B3%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%82%D0%BC), ΠΏΡΠ΅Π΄Π»ΠΎΠΆΠ΅Π½Π½ΡΠΉ ΠΈ Π² , lan dadi salah siji saka conto pisanan saka algoritma dirancang kanggo kaleksanan ing . _
Masalah Deutsch-Jozsi yaiku kanggo nemtokake manawa fungsi saka sawetara variabel biner F(x1, x2, ... xn) konstan (njupuk nilai 0 utawa 1 kanggo argumen apa wae) utawa imbang (kanggo setengah saka domain sing dibutuhake. nilai 0, kanggo setengah liyane 1). Ing kasus iki, dianggep priori dikenal sing fungsi iku salah siji pancet utawa imbang.
More bisa diwaca . Panjelasan sing luwih prasaja:
Algoritma Deutsch (Deutsch-Jozsi) adhedhasar brute force, nanging ngidini supaya luwih cepet tinimbang biasane. Mbayangno sing ana duwit receh ing meja lan sampeyan kudu mangerteni apa iku palsu utawa ora. Kanggo nindakake iki, sampeyan kudu ndeleng duwit receh kaping pindho lan nemtokake: "kepala" lan "buntut" nyata, loro "kepala", loro "buntut" palsu. Dadi, yen sampeyan nggunakake algoritma kuantum Deutsch, tekad iki bisa ditindakake kanthi sekilas - pangukuran.
Masalah komputer kuantum
Nalika ngrancang lan ngoperasikake komputer kuantum, para ilmuwan lan insinyur ngadhepi pirang-pirang masalah, sing nganti saiki wis dirampungake kanthi sukses sing beda-beda. miturut () seri masalah ing ngisor iki bisa diidentifikasi:
- Sensitivitas kanggo lingkungan lan interaksi karo lingkungan
- Akumulasi kesalahan sajrone petungan
- Kesulitan karo initialization awal negara qubit
- Kesulitan nggawe sistem multi-qubit
Aku banget nyaranake maca artikel "", utamane komentar kasebut.
Ayo ngatur kabeh masalah utama dadi telung klompok gedhe lan nliti saben wong:
Dekoherensi
.
Negara kuantum barang sing rapuh bangetqubits ing negara entangled banget ora stabil, pengaruh njaba bisa (lan ora) numpes sambungan iki. Owah-owahan ing suhu kanthi fraksi paling cilik saka derajat, tekanan, foton acak sing mabur ing cedhak - kabeh iki ngrusak sistem kita.
Kanggo ngatasi masalah iki, dibangun sarcophagi suhu rendah, ing endi suhu (-273.14 derajat Celsius) rada ndhuwur nol absolut, kanthi isolasi maksimal saka kamar internal karo prosesor saka kabeh (bisa) pengaruh lingkungan njaba.
Umur maksimum saka sistem kuantum saka sawetara qubits entangled, sajrone nahan sifat kuantum lan bisa digunakake kanggo petungan, diarani wektu decoherence.
Saiki, wektu decoherence ing solusi kuantum paling apik ing urutan saka puluhan lan atusan mikrodetik.
Ana sing apik banget ngendi sampeyan bisa katon kabeh sistem kuantum digawe. Artikel iki kalebu mung loro prosesor ndhuwur minangka conto - saka IBM lan saka . Nalika kita bisa ndeleng, wektu decoherence (T2) ora ngluwihi 200 ΞΌs.
Aku ora nemu data pas ing Sycamore, nanging ing paling rong nomer diwenehi - 1 yuta petungan ing 200 detik, liya - kanggo 130 detik tanpa mundhut sinyal kontrol, etc.. Ing kasus apa wae, iki menehi kita wektu decoherence kira 150 ΞΌs. Elingi kita eksperimen karo tas? Inggih, punika piyambakipun.
| Jeneng Komputer | N Kubit | Max dipasangake | T2 (Β΅s) |
| IBM Q Sistem Siji | 20 | 6 | 70 |
| Google Sycamore | 53 | 4 | ~ 150-200 |
Apa decoherence ngancam kita?
Masalah utama yaiku sawise 150 ΞΌs, sistem komputasi N entangled qubits bakal miwiti ngasilake swara putih probabilistik tinimbang distribusi probabilistik solusi sing bener.
Sing, kita kudu:
- Miwiti sistem qubit
- Nindakake pitungan (chain of gate operations)
- Maca asil
Lan nindakake kabeh iki ing 150 mikrodetik. Aku ora duwe wektu - asil dadi waluh.
Nanging ora mung kuwiβ¦
Kasalahan
Kaya sing kita ucapake, pangolahan kuantum lan komputasi kuantum ana ing alam probabilistik, kita ora bisa 100% yakin apa, nanging mung karo sawetara kemungkinan. Kahanan kasebut tambah saya tambah akeh amarga kasunyatane komputasi kuantum rawan kesalahan. Jinis utama kesalahan ing komputasi kuantum yaiku:
- Kesalahan dekoherensi disebabake kerumitan sistem lan interaksi karo lingkungan njaba
- Kesalahan komputasi gerbang (amarga sifat komputasi kuantum)
- Kasalahan nalika maca status pungkasan (asil)
Kesalahan sing ana gandhengane karo dekoherensi, katon sanalika kita entangle qubits kita lan miwiti nindakake petungan. Sing liyane qubits kita entangle, luwih Komplek sistem, lan luwih gampang kanggo numpes. Sarcophagi suhu rendah, kamar sing dilindhungi, kabeh trik teknologi kasebut kanthi tepat ngarahake nyuda jumlah kesalahan lan ndawakake wektu dekoherensi.
Kesalahan komputasi gerbang - operasi apa wae (gapura) ing qubits bisa, kanthi sawetara kemungkinan, mungkasi kesalahan, lan kanggo ngleksanakake algoritma kita kudu nindakake atusan gerbang, mula mbayangno apa sing kita entuk ing pungkasan eksekusi algoritma kita. Jawaban klasik kanggo pitakonan yaiku "Apa kemungkinan ketemu dinosaurus ing lift?" - 50x50, sampeyan bakal ketemu utawa ora.
Masalah kasebut tambah akeh amarga kasunyatan manawa metode koreksi kesalahan standar (duplikasi kalkulasi lan rata-rata) ora bisa digunakake ing jagad kuantum amarga teorema tanpa kloning. Kanggo ing komputasi kuantum kudu diciptakake . Secara kasar, kita njupuk N qubit biasa lan nggawe 1 logika qubit kanthi tingkat kesalahan sing luwih murah.
Nanging ing kene ana masalah liyane - jumlah total qubit. Deleng, ayo kita duwe prosesor kanthi 100 qubit, sing 80 qubit digunakake kanggo koreksi kesalahan, banjur kita mung duwe 20 kanggo petungan.
Kasalahan nalika maca asil pungkasan - minangka kita elinga, asil saka petungan kuantum presented kanggo kita ing wangun distribusi kemungkinan jawaban. Nanging maca negara pungkasan bisa uga gagal kanthi kesalahan.
Ing padha Ana tabel komparatif pemroses kanthi tingkat kesalahan. Kanggo mbandhingake, ayo njupuk prosesor sing padha kaya ing conto sadurunge - IBM ΠΈ :
| Komputer | 1-Qubit Gate Fidelity | 2-Qubit Gate Fidelity | Readout Fidelity |
| IBM Q Sistem Siji | 99.96% | 98.31% | - |
| Google Sycamore | 99.84% | 99.38% | 96.2% |
iku minangka ukuran mirip saka rong negara kuantum. Gedhene kesalahan bisa kira-kira ditulis minangka 1-Fidelity. Kaya sing kita deleng, kesalahan ing gerbang 2-qubit lan kesalahan maca minangka alangan utama kanggo nglakokake algoritma sing rumit lan dawa ing komputer kuantum sing ana.
More bisa diwaca taun saka kanggo ngatasi masalah koreksi kesalahan.
Arsitektur prosesor
Ing teori kita mbangun lan operate sirkuit Welasan qubits entangled, ing kasunyatan kabeh luwih rumit. Kabeh chip kuantum (prosesor) sing ana dibangun kanthi cara sing ora krasa lara entanglement siji qubit mung karo tanggane, sing ora luwih saka enem.
Yen kita kudu ngganggu qubit 1st, ngomong, karo 12th, banjur kita kudu mbangun rantai operasi kuantum tambahan, ndherek qubits tambahan, etc., kang nambah tingkat kesalahan sakabèhé. Ya, lan aja lali babagan wektu decoherence, mbok menawa nalika sampeyan rampung nyambungake qubit menyang sirkuit sing sampeyan butuhake, wektu bakal rampung lan kabeh sirkuit bakal dadi generator swara putih becik.
Uga aja lali Arsitektur kabeh prosesor kuantum beda, lan program sing ditulis ing emulator ing mode "kabeh-kanggo-kabeh" kudu "dikompilasi" menyang arsitektur chip tartamtu. Malah ana kanggo nindakake operasi iki.
Konektivitas maksimal lan jumlah maksimum qubit kanggo chip ndhuwur sing padha:
| Jeneng Komputer | N Kubit | Max dipasangake | T2 (Β΅s) |
| IBM Q Sistem Siji | 20 | 6 | 70 |
| Google Sycamore | 53 | 4 | ~ 150-200 |
Lan, kanggo mbandhingake, Tabel karo data saka generasi sadurunge prosesor. Bandhingake jumlah qubit, wektu decoherence lan tingkat kesalahan karo apa sing saiki ana karo generasi anyar. Isih, kemajuan alon, nanging obah.
Dadi:
- Saiki ora ana arsitektur sing nyambung kanthi > 6 qubit
- Kanggo entangle qubit 0 s ing prosesor nyata, contone, qubit 15 mbutuhake sawetara rolas operasi tambahan.
- Operasi liyane -> luwih akeh kesalahan -> pengaruh dekoherensi sing luwih kuat
Hasil
Decoherence minangka amben Procrustean saka komputasi kuantum modern. Kita kudu pas kabeh dadi 150 ΞΌs:
- Initialization saka negara wiwitan qubits
- Ngitung masalah nggunakake gerbang kuantum
- Mbenerake kesalahan kanggo entuk asil sing migunani
- Maca asil
Nganti saiki, asile nguciwani pratelan kanggo entuk 0.5s wektu penylametan koherensi ing komputer kuantum adhedhasar :
Kita ngukur wektu koherensi qubit luwih saka 0.5 s, lan kanthi perisai magnetik kita ngarepake iki bakal nambah luwih saka 1000 s.
Sampeyan uga bisa maca babagan teknologi iki utawa contone .
Kahanan kasebut luwih rumit amarga kasunyatane nalika nindakake kalkulasi rumit kudu nggunakake sirkuit koreksi kesalahan kuantum, sing uga mangan wektu lan qubit sing kasedhiya.
Lan pungkasane, arsitektur modern ora ngidini ngleksanakake skema entanglement luwih apik tinimbang 1 ing 4 utawa 1 ing 6 kanthi biaya minimal.
Cara Ngatasi Masalah
Kanggo ngatasi masalah ing ndhuwur, pendekatan lan cara ing ngisor iki digunakake:
- Nggunakake cryochambers kanthi suhu kurang (10 mK (-273,14Β°C))
- Nggunakake unit prosesor sing maksimal dilindhungi saka pengaruh eksternal
- Nggunakake Sistem Koreksi Kesalahan Kuantum (Logic Qubit)
- Nggunakake optimizers nalika program sirkuit kanggo prosesor tartamtu
Riset uga ditindakake kanthi tujuan kanggo nambah wektu dekoherensi, nggoleki implementasi fisik obyek kuantum sing anyar (lan nambah sing dikenal), ngoptimalake sirkuit koreksi, lsp. Ana kemajuan (katon ndhuwur ing ciri saka Kripik ndhuwur-mburi sadurungΓ© lan dina), nanging supaya adoh iku alon, banget, banget alon.
D-Gelombang
D-Wave 2000Q 2000-qubit komputer. Sumber:
Ing tengah-tengah pengumuman Google kanggo nggayuh supremasi kuantum nggunakake prosesor 53-qubit, ΠΈ saka perusahaan D-Wave, kang nomer qubits ing ewu, Luwih bingung. Ya, tenan, yen 53 qubit bisa nggayuh supremasi kuantum, banjur apa sing bisa ditindakake dening komputer kanthi 2048 qubit? Nanging ora kabeh apik banget ...
Singkatnya (dijupuk saka wiki):
Komputer kerja ing prinsip (), bisa ngatasi masalah optimasi subkelas sing winates banget, lan ora cocok kanggo ngetrapake algoritma kuantum tradisional lan gerbang kuantum.
Kanggo rincian liyane sampeyan bisa maca, contone, , (ati-ati, bisa uga ora mbukak saka Rusia), utawa Π² saka kang . Miturut cara, aku banget nyaranake maca blog dheweke ing umum, ana akeh materi sing apik
UmumΓ©, wiwit awal pengumuman, komunitas ilmiah duwe pitakonan babagan komputer D-Wave. Contone, ing 2014, IBM takon kasunyatan sing D-Wave Dadi ing taun 2015, Google, bebarengan karo NASA, tuku salah sawijining komputer kuantum kasebut lan sawise riset. , sing ya, komputer bisa lan ngetung masalah luwih cepet saka biasa. Sampeyan bisa maca liyane babagan statement Google lan, contone, .
Sing utama yaiku komputer D-Wave, kanthi atusan lan ewu qubit, ora bisa digunakake kanggo ngetung lan mbukak algoritma kuantum. Sampeyan ora bisa mbukak algoritma Shor ing wong-wong mau, contone,. Kabeh sing bisa ditindakake yaiku nggunakake mekanisme kuantum tartamtu kanggo ngatasi masalah optimasi tartamtu. Kita bisa nganggep manawa D-Wave minangka ASIC kuantum kanggo tugas tartamtu.
A little babagan emulasi komputer kuantum
Komputasi kuantum bisa ditiru ing komputer biasa. Pancen, :
- Kahanan qubit bisa bilangan kompleks, manggoni saka 2x32 kanggo 2x64 bit (8-16 bait) gumantung arsitektur prosesor
- Kahanan N qubit sing disambungake bisa dituduhake minangka 2^N nomer kompleks, yaiku. 2^(3+N) kanggo arsitektur 32-bit lan 2^(4+N) kanggo 64-bit.
- Operasi kuantum ing N qubit bisa diwakili dening matriks 2^N x 2^N.
banjur:
- Kanggo nyimpen status emulated 10 qubits, 8 KB dibutuhake
- Kanggo nyimpen status 20 qubit sampeyan butuh 8 MB
- Kanggo nyimpen negara 30 qubits, 8 GB dibutuhake
- 40 Terabyte dibutuhake kanggo nyimpen status 8 qubit
- Kanggo nyimpen status 50 qubits, 8 Petabyte dibutuhake, lsp.
Kanggo mbandhingake, () mung nggawa memori 2.8 Petabyte.
- 49 qubit dikirim taun kepungkur menyang superkomputer Cina paling gedhe ()
Watesan simulasi komputer kuantum ing sistem klasik ditemtokake dening jumlah RAM sing dibutuhake kanggo nyimpen kahanan qubit.
Aku uga nyaranake maca . Saka ing kono:
Miturut operasi - kanggo emulasi akurat saka sirkuit 49-qubit sing dumadi saka sawetara 39 "siklus" (lapisan gerbang bebas) 2^63 multiplikasi kompleks - 4 Pflops saka superkomputer kanggo 4 jam
Niru komputer kuantum 50+ qubit ing sistem klasik dianggep ora mungkin ing wektu sing cukup. Iki uga sebabe Google nggunakake prosesor 53-qubit kanggo eksperimen supremasi kuantum.
Supremasi komputasi kuantum.
Wikipedia menehi definisi supremasi komputasi kuantum ing ngisor iki:
Supremasi kuantum - kemampuan piranti kanggo ngatasi masalah sing komputer klasik praktis ora bisa ngatasi.
Nyatane, entuk supremasi kuantum tegese, contone, faktorisasi jumlah gedhe nggunakake algoritma Shor bisa ditanggulangi ing wektu sing cukup, utawa molekul kimia kompleks bisa ditiru ing tingkat kuantum, lan liya-liyane. Tegese, jaman anyar wis teka.
Nanging ana sawetara celah ing tembung definisi, "komputer klasik sing praktis ora bisa ngatasi" Nyatane, iki tegese yen sampeyan nggawe komputer kuantum 50+ qubits lan mbukak sawetara sirkuit kuantum ing, banjur, kita rembugan ndhuwur, asil saka sirkuit iki ora bisa ditiru ing komputer biasa. Iku komputer klasik ora bakal bisa kanggo nggawΓ© ulang asil saka sirkuit kuwi.
Apa asil kasebut minangka supremasi kuantum nyata utawa ora, iku pitakonan filosofis. Nanging ngerti apa sing ditindakake Google lan adhedhasar apa perlu.
Pernyataan Supremasi Kuantum Google
Prosesor Sycamore 54-qubit
Dadi, ing Oktober 2019, pangembang Google nerbitake artikel ing publikasi ilmiah Nature "" Penulis ngumumake prestasi supremasi kuantum kanggo pisanan ing sejarah nggunakake prosesor Sycamore 54-qubit.
Artikel Sycamore online asring nuduhake prosesor 54-qubit utawa prosesor 53-qubit. Bebener iku miturut , prosesor fisik kasusun saka 54 qubits, nanging siji saka wong-wong mau ora bisa digunakake lan wis dijupuk metu saka layanan. Dadi, nyatane kita duwe prosesor 53-qubit.
Ing web tengen ana materi ing topik iki, jurusan kang mawarni-warni saka kanggo .
Tim komputasi kuantum IBM banjur nyatakake yen . Perusahaan kasebut nyatakake yen komputer konvensional bakal ngatasi tugas iki ing kasus paling awon sajrone 2,5 dina, lan jawaban sing bakal ditindakake bakal luwih akurat tinimbang komputer kuantum. Kesimpulan iki digawe adhedhasar asil analisis teoritis saka sawetara metode optimasi.
Lan, mesthi, ing kang Aku ora bisa nglirwakake statement iki. Kang bebarengan karo kabeh pranala lan minangka biasanipun, padha worth nglampahi wektu ing. Ing hub FAQ iki, lan manawa kanggo maca komentar, ana pranala menyang dokumen pambuka sing bocor online sadurunge woro-woro resmi.
Apa sing ditindakake Google? Kanggo pangerten sing rinci, waca Aaronson, nanging sedhela ing kene:
Aku mesthi bisa ngomong, nanging aku rumangsa bodho. Pitungan kasebut kaya ing ngisor iki: eksperimen ngasilake sirkuit kuantum acak C (yaiku, urutan acak 1-qubit lan 2-qubit gerbang antarane tetanggan sing paling cedhak, kanthi ambane, contone, 20, tumindak ing jaringan 2D saka n. = 50-60 kubit). Eksperimen banjur ngirim C menyang komputer kuantum, lan njaluk supaya bisa ngetrapake C menyang kahanan awal 0, ngukur asil kanthi basis {0,1}, ngirim maneh urutan observasi (string) n-bit, lan mbaleni sawetara. ewu utawa yuta kaping. Pungkasan, nggunakake kawruh babagan C, eksperimen nindakake tes statistik kanggo ndeleng apa asile cocog karo output sing dikarepake saka komputer kuantum.
Sedhela banget:
- Sirkuit acak kanthi dawa 20 saka 53 qubit digawe nggunakake gerbang
- Sirkuit kasebut diwiwiti kanthi status awal [0β¦0] kanggo eksekusi
- Output saka sirkuit minangka string bit acak (sampel)
- Distribusi asil ora acak (interferensi)
- Distribusi sampel sing dipikolehi dibandhingake karo sing dikarepake
- Pungkasan Supremasi Kuantum
Tegese, Google nindakake masalah sintetik ing prosesor 53-qubit, lan adhedhasar pratelan kanggo nggayuh supremasi kuantum kanthi kasunyatan manawa ora bisa niru prosesor kasebut ing sistem standar ing wektu sing cukup.
Kanggo pangerten - Bagean iki ora nyuda prestasi Google, para insinyur pancen apik banget, lan pitakonan apa iki bisa dianggep minangka kaunggulan kuantum nyata utawa ora, kaya sing kasebut sadurunge, luwih filosofis tinimbang teknik. Nanging kita kudu ngerti yen wis entuk kaunggulan komputasi kasebut, kita durung maju siji langkah menyang kemampuan kanggo mbukak algoritma Shor ing nomer 2048-bit.
Ringkesan
Komputer kuantum lan komputasi kuantum minangka area teknologi informasi sing njanjeni banget, enom banget lan saiki ora bisa ditrapake sacara industri.
Pangembangan komputasi kuantum bakal (ing sawijining dina) ngidini kita ngatasi masalah:
- Pemodelan sistem fisik kompleks ing tingkat kuantum
- Ora bisa dipecahake ing komputer biasa amarga kerumitan komputasi
Masalah utama ing nggawe lan ngoperasikake komputer kuantum:
- Dekoherensi
- Kesalahan (dekoherensi lan gerbang)
- Arsitektur prosesor (sirkuit qubit sing disambungake kanthi lengkap)
Kahanan saiki:
- Ing kasunyatan - awal banget .
- Durung ana eksploitasi komersial REAL (lan ora jelas kapan bakal ana)
Apa sing bisa mbantu:
- Sawetara jinis panemuan fisik sing nyuda biaya kabel lan prosesor operasi
- Nemokake soko sing bakal nambah wektu decoherence kanthi urutan gedhene lan / utawa nyuda kasalahan
Miturut pendapatku (mung pendapat pribadi), Ing paradigma ilmiah saiki, kita ora bakal entuk sukses sing signifikan ing pangembangan teknologi kuantum, ing kene kita butuh terobosan kualitatif ing sawetara bidang ilmu dhasar utawa terapan, sing bakal menehi dorongan kanggo ide lan metode anyar.
Ing sawetoro wektu, kita entuk pengalaman ing pemrograman kuantum, ngumpulake lan nggawe algoritma kuantum, nyoba ide, lsp. Kita ngenteni terobosan.
kesimpulan
Ing artikel iki, kita ngliwati tonggak utama ing pangembangan komputasi kuantum lan komputer kuantum, nliti prinsip operasi, nliti masalah utama sing diadhepi para insinyur ing pangembangan lan operasi prosesor kuantum, lan uga ndeleng apa multi-qubit D-komputer sejatine yaiku. Wave lan Google ngumumake anyar babagan nggayuh supremasi kuantum.
Sing ditinggalake yaiku pitakonan babagan pemrograman komputer kuantum (basa, pendekatan, metode, lan liya-liyane) lan pitakonan sing ana gandhengane karo implementasi fisik khusus prosesor, kepiye carane qubit dikelola, disambung, diwaca, lsp. Mbokmenawa iki bakal dadi topik artikel utawa artikel sabanjure.
Matur nuwun kanggo kawigatosan, muga-muga artikel iki bisa migunani kanggo sapa wae.
(C)
Matur suwun
kanggo proofreading lan komentar ing teks sumber, uga kanggo artikel
kanggo komentar sugih informasi ing , lan ora mung kanggo dheweke, sing umume mbantu aku ngerteni teka-teki iki.
Kanggo kabeh penulis artikel lan publikasi sing bahan digunakake kanggo nulis artikel iki.
Dhaptar sumber daya
Artikel Urusan Saiki saka [The National Academies Press]
Artikel saka Habr (ing urutan acak)
Artikel sing ora disortir (nanging ora kurang menarik) saka Internet
Kursus lan ceramah
Source: www.habr.com