Komputerên quantum û hesabkirina kuantum - nû , ku pê re li qada agahdariya me hate zêdekirin , û şertên din ên teknolojiya bilind. Di heman demê de, min çu carî nekarî li ser Înternetê materyalek bibînim ku dê puzzle di serê min de bi navê "Komputerên kuantum çawa dixebitin". Erê, gelek karên hêja hene, di nav de li ser Habr (binêre. ), şîroveyên ku, wekî gelemperî, hîn bêtir agahdar û bikêr in, lê wêneyê di serê min de, wekî ku ew dibêjin, zêde nebûn.
Û vê dawiyê hevkarên min hatin cem min û jê pirsîn, “Tu fêm dikî ku komputerek kuantum çawa dixebite? Tu dikarî ji me re bibêjî?” Û paşê min fêm kir ku ez ne tenê yê ku pirsgirêkek bi berhevkirina wêneyek hevgirtî di serê min de heye.
Di encamê de, hewl hat dayîn ku agahdariya di derheqê komputerên kuantum de di nav dorhêlek mentiqî ya domdar de were berhev kirin asta bingehîn, bêyî ku di matematîkê de û avahiya cîhana kuantumê de kûr bibe, hat ravekirin ku kompîturek kuantûmê çi ye, li ser kîjan prensîban kar dike û dema ku zanyar çêdikin û dixebitin bi çi pirsgirêkan re rû bi rû dimînin.
Table of Contents
Disclaimer
Nivîskar ne pisporê komputera kuantûmê ye, û Temaşevanên mebesta gotarê heman mirovên IT-ê ne, ne pisporên quantumê ne, yên ku di heman demê de dixwazin di serê xwe de wêneyek bi navê "Komputerên kuantûmê çawa dixebitin" berhev bikin. Ji ber vê yekê, gelek têgehên di gotarê de bi zanebûn têne hêsan kirin da ku teknolojiyên quantumê di astek "bingehîn" de çêtir fam bikin, lê bêyî .
Gotar li hin cihan materyalên ji çavkaniyên din bikar tîne, . Li ku derê dibe bila bibe, lînkên rasterast û nîşaneyên ji nivîs, tablo an jimareya orîjînal re têne danîn. Ger min tiştek (an kesek) li cîhek ji bîr kir, binivîse û ez ê rast bikim.
Pîrozbahiyê
Di vê beşê de, em ê bi kurtî lê binêrin ka serdema kuantumê çawa dest pê kir, sedema motîvasyona ramana komputerek quantum çi bû, kî (kîjan welat û pargîdanî) niha di vî warî de lîstikvanên pêşeng in, û her weha bi kurtî biaxivin. li ser rêgezên sereke yên pêşveçûna komputera quantum.
Çawa her tişt destpê kir
Xala destpêkê ya serdema kuantûmê wekî sala 1900-an tê hesibandin, dema ku M. Planck yekem car destnîşan kir. ew enerjî ne bi berdewamî, lê di quantanên (parçeyên) cihê de derdikeve û tê helandin. Fikir ji hêla gelek zanyarên navdar ên wê demê - Bohr, Einstein, Heisenberg, Schrödinger ve hate hildan û pêşve xistin, ku di dawiyê de bû sedema afirandin û pêşkeftina zanistek weha. . Li ser Înternetê gelek materyalên baş li ser çêbûna fîzîka kuantûmê wekî zanistek hene; di vê gotarê de em ê bi berfirehî li ser vê yekê nesekinin, lê hewce bû ku dîroka ku em ketin serdema nû ya kuantumê destnîşan bikin.
Fîzîka Kuantumê gelek îcad û teknolojiyê anîne nav jiyana me ya rojane, bêyî ku êdî dijwar e ku meriv cîhana li dora xwe xeyal bike. Mînakî, lazerek ku naha li her deverê tê bikar anîn, ji alavên malê (asta lazer, hwd.) bigire heya pergalên teknolojîya bilind (lazerên ji bo sererastkirina dîtinê, silav ). Dê mentiqî be ku meriv bihesibîne ku zû an dereng kesek dê bi vê ramanê were ku çima pergalên kuantûmê ji bo hesabkirinê bikar neynin. Û paşê di sala 1980 de çêbû.
Wikipedia destnîşan dike ku yekem ramana hesabkirina kuantûmê di sala 1980 de ji hêla zanyarê me Yuri Manin ve hatî vegotin. Lê wana bi rastî tenê di sala 1981ê de, dema ku naskirî R. Feynman dest bi axaftinê kirin , destnîşan kir ku ne mimkûn e ku meriv pêveçûna pergala kuantûmê ya li ser komputerek klasîk bi rengek bikêrhatî simule bike. Wî modelek bingehîn pêşniyar kir , ku dê bikaribe modelek weha pêk bîne.
a heye , ku tê de bêtir akademîk û bi hûrgulî tê hesibandin, lê em ê bi kurtasî derbas bikin:
Di dîroka afirandina komputerên quantum de qonaxên sereke:
- [1994]. P. Shore. Designed by
- [1998]. Afirandin
- [2001]. IBM darvekirinê destnîşan kir ji bo berfirehkirina hejmara 15
- [2007-2016]. komputerek bi 128-2000 qubitan çêdike û pêş dixe
- [2012]. Li Zanîngeha Kalîforniyayê hatiye bicihkirin
- [2016]. Gûgil li ser komputerek 9-qubit
- [2017] (sê atom)
- [2019] . Komputera 20-qubit di ewr de
- [2019] . Komputera 53 qubit. ?
Wek ku hûn dibînin, 17 sal (ji sala 1981-an heya 1998-an) ji kêliya ramanê heya pêkanîna wê ya yekem di kompîturek bi 2 qubitan de, û 21 sal (ji sala 1998-an heya 2019-an) derbas bûne heya ku hejmara qubitan gihîştiye 53-an. 11 sal derbas bûn (ji 2001 heta 2012) ji bo baştirkirina encama algorîtmaya Shor (em ê hinekî paşê bi hûrgulî lê binêrin) ji jimareya 15 heta 21. Her weha, tenê sê sal berê em hatin xala pêkanîna tiştê ku Feynman li ser peyivî, û fêrî modela pergalên laşî yên herî hêsan dike.
Pêşveçûna komputera quantum hêdî ye. Zanyar û endezyar bi karên pir dijwar re rû bi rû ne, dewletên kuantumê pir demkurt û nazik in, û ji bo ku wan bi qasî ku hesaban bikin biparêzin, neçar in ku bi deh mîlyon dolaran sarkofag ava bikin, ku tê de germahî tê domandin. hema li jor sifira mutleq, û yên ku herî zêde ji bandorên derve têne parastin. Piştre em ê li ser van kar û pirsgirêkan bi berfirehî biaxivin.
Lîstikvanên pêşeng
Slaytên vê beşê ji gotarê hatine girtin , ji lêkolîner Alexey Fedorov. Bihêle ez gotinên rasterast bidim we:
Hemî welatên teknolojiyê yên serkeftî niha bi aktîvî teknolojiyên quantum pêşve diçin. Di vê lêkolînê de gelek drav tê razandin, û bernameyên taybetî yên ji bo piştgirîkirina teknolojiyên quantum têne afirandin.
Ne tenê dewlet, di heman demê de pargîdaniyên taybet jî beşdarî pêşbirka kuantumê dibin. Bi tevahî, Google, IBM, Intel û Microsoft di van demên dawî de bi qasî 0,5 mîlyar dolar veberhênan li pêşkeftina komputerên quantum kirine û laboratîf û navendên lêkolînê yên mezin ava kirine.
Li ser Habré û li Înternetê gelek gotar hene, wek nimûne, , и , ku tê de rewşa heyî ya bi pêşkeftina teknolojiyên quantumê li welatên cihêreng bi hûrgulî tê lêkolîn kirin. Ya sereke ji bo me naha ev e ku hemî welat û lîstikvanên pêşeng ên teknolojîk pêşkeftî di vî warî de mîqdarên mezin drav veberhênan dikin di lêkolînê de di vî warî de, ku ev yek hêviyê dide rêyek ji kêşeya teknolojîk a heyî.
rêwerzên Pêşveçûn
Vê gavê (ez dikarim xelet bibim, ji kerema xwe min rast bike), hewildanên sereke (û encamên kêm-zêde girîng) hemî lîstikvanên pêşeng di du deveran de têne berhev kirin:
- Komputerên kuantûmê yên pispor, yên ku ji bo çareserkirina pirsgirêkek taybetî ya taybetî têne armanc kirin, mînakî, pirsgirêkek xweşbîniyê. Nimûneyek hilberek komputerên kuantum D-Wave ne.
- Komputerên kuantûmê yên gerdûnî - yên ku dikarin algorîtmayên quantumê yên keyfî bicîh bînin (Shor, Grover, hwd.). Pêkanîna ji IBM, Google.
Vektorên din ên pêşveçûnê yên ku fîzîka kuantûmê dide me, wek:
- wekî bingehek ji bo
- û pir zêde
Bê guman, ew jî di navnîşa deverên ji bo lêkolînê de ye, lê heya niha xuya ye ku ne kêm an kêm encamên girîng hene.
Wekî din hûn dikarin bixwînin , baş, google "", Bo nimûne, , и .
Basics. Tişta kuantum û pergalên kuantûmê
Tişta herî girîng ku ji vê beşê tê fêm kirin ev e
Komputera kuantumê (berevajî gelemperî) wekî hilgirên agahdariyê bikar tîne tiştên kuantumî, û ji bo pêkanîna hesaban, divê tiştên kuantûmî bi hev ve girêdayî bin sîstema kuantum.
Tişta kuantûmê çi ye?
Tişta kuantûmê - Tiştek mîkrocîhanê (cîhana kuantûmê) ku taybetmendiyên kuantûmê nîşan dide:
- Xwedî dewletek diyarkirî ya bi du astên sînorî ye
- Heya dema pîvandinê di rewşa xwe ya superpozisyonê de ye
- Ji bo afirandina pergalên kuantumê xwe bi tiştên din re tevlihev dike
- Teorema ne-klonkirinê têr dike (rewşa tiştekî nayê kopî kirin)
Ka em bi hûrgulî li her milkê binêrin:
Xwedî dewletek diyarkirî ya bi du astên sînorî ye (dewleta dawî)
Mînaka cîhana rastîn a klasîk zêrek e. Ew xwedan rewşek "alî" ye, ku du astên sînor digire - "ser" û "duvik".
Heya dema pîvandinê di rewşa xwe ya superpozisyonê de ye
Zindek avêtin, difire û dizivire. Dema ku ew dizivire, ne mimkûn e ku mirov bêje di kîjan astên sînorî de rewşa wê ya "alî" ye. Lê gava ku em wê bişkînin û li encamê mêze bikin, serpêhatiya dewletan yekser dikeve yek ji du dewletên sînor - "ser" û "div". Lêxistina pereyê di rewşa me de pîvanek e.
Ji bo afirandina pergalên kuantumê xwe bi tiştên din re tevlihev dike
Bi diravek dijwar e, lê em biceribînin. Bifikirin ku me sê drav avêtin da ku ew bi hev ve bizivirin, ev yek bi dravdan e. Di her kêliya demê de, ne tenê her yek ji wan di nav serpêhatiya dewletan de ye, lê ev dewlet bi hev re bandorê li hev dikin (pere li hev dikevin).
Teorema ne-klonkirinê têr dike (rewşa tiştekî nayê kopî kirin)
Dema ku drav difirin û dizivirin, bi tu awayî em nikaribin kopiyek rewşa zivirîna yek ji pereyan, ji pergalê veqetînin, biafirînin. Pergal di hundurê xwe de dijî û ji danasîna her agahiyê ji cîhana derve re pir hesûd e.
Çend gotinên din li ser têgînê bixwe "superpositions", hema hema di hemî gotaran de superposition wekî tê rave kirin "Di heman demê de li hemî dewletan e" ku, bê guman, rast e, lê carinan ne hewceyî tevlihev e. Sperpozisyona dewletan jî dikare wekî rastiya ku di her kêliya demê de xwediyê cewherek kuantûmê ye were xeyal kirin hin îhtîmal hene ku bikevin nav her astê sînorê wê, û bi tevahî ev îhtimal bi xwezayî wekhev in 1. Paşê, dema ku qubitê li ber çavan bigire, em ê bi berfirehî li ser vê rawestin.
Ji bo drav, ev dikare were xuyang kirin - li gorî leza destpêkê, goşeya avêtinê, rewşa hawîrdora ku drav tê de difire, di her kêliyê de îhtîmala bidestxistina "ser" an "div" cûda ye. Û, wek ku berê hat behs kirin, rewşa pereyek weha difire dikare wekî "di heman demê de di hemî dewletên xwe yên sînorî de ye, lê bi îhtîmalên cûda yên pêkanîna wan" were xeyal kirin.
Her tiştê ku ji bo taybetmendiyên jorîn têne peyda kirin û em dikarin biafirînin û kontrol bikin, dikare di komputerek quantum de wekî hilgirê agahdariyê were bikar anîn.
Piçekî din em ê li ser rewşa heyî ya bi pêkanîna fizîkî ya qubitan wekî tiştên kuantumî re biaxivin, û tiştê ku zanyar naha di vê kapasîteyê de bikar tînin.
Ji ber vê yekê taybetmendiya sêyem diyar dike ku tiştên kuantum dikarin tevlihev bibin da ku pergalên kuantûmê biafirînin. Pergala kuantûmê çi ye?
Sîstema Kuantum - pergalek tiştên kuantûmî yên tevlihevkirî yên bi taybetmendiyên jêrîn:
- Pergalek kuantûmî di nav hevahengiya hemî rewşên gengaz ên tiştên ku ji wan pêk tê de ye
- Heya dema pîvandinê ne mimkûn e ku meriv rewşa pergalê bizanibe
- Di dema pîvandinê de, pergal yek ji guhertoyên gengaz ên dewletên xwe yên sînor bicîh tîne
(û, hinekî li pêş çavan)
Encam ji bo bernameyên quantum:
- Bernameyek kuantûmê di têketinê de xwediyê rewşek pergalê ye, di hundurê de serpêhatiyek, di deranê de serpêhatiyek heye.
- Di derketina bernameyê de piştî pîvandinê, me pêkanînek îhtîmal a yek ji rewşên dawîn ên gengaz ên pergalê heye (gelî xeletiyên gengaz)
- Her bernameyek kuantumê xwedan mîmariya çîmentoyê ye (vedan -> derçûn. Xalek tune, hûn nikarin rewşa pergalê di nîvê pêvajoyê de bibînin.)
Berawirdkirina komputerek quantum û ya kevneşopî
Ka em niha kompîturek konvansiyonel û ya kuantûmê bidin ber hev.
| komputera asayî | Komputera kuantumê | |
|
Mantiq
|
0 / 1 | `a|0> + b|1>, a^2+b^2=1` |
|
Fizîk
|
Transîstora nîvconductor | Tişta kuantûmê |
|
hilgirê agahî
|
Asta Voltage | Polarîzasyon, spin,… |
|
Operasyon
|
NE, Û, AN, XOR li ser bits | Valves: CNOT, Hadamard,… |
|
Peywendî
|
Çîpa nîvconductor | Tevlihevî bi hev re |
|
Algorîtmayan
|
Standard (binihêre Whip) | Taybetmendî (Shore, Grover) |
|
Prensîb
|
Dîjîtal, diyarker | Analog, îhtîmal |
Asta mantiqê
Di komputerek birêkûpêk de ev piçek e. Ji me re bi nav û deng ve tê zanîn bit diyarker. Dikare nirxên 0 an 1-ê bigire. Ew bi rola xwe re bi rengek bêkêmasî re mijûl dibe yekîneya mantiqî ji bo komputerek birêkûpêk, lê ji bo danasîna dewletê bi tevahî neguncan e objeya kuantûmê, ku, wekî me berê jî got, li çolê tê de yeserpêhatiyên dewletên wan ên sînorî.
Tiştê ku ew pê hatin ev e . Di dewletên xwe yên sînorî de ew dewletên mîna 0 û 1-ê fam dike , û di superposition de temsîl dike belavkirina îhtimalê li ser dewletên sînorê wê |0> и |1>:
a|0> + b|1>, такое, что a^2+b^2=1a û b temsîl dikin , û çarçikên modulên wan îhtîmalên rastîn ên bidestxistina tam nirxên weha yên dewletên sînor in. |0> и |1>, heke hûn qubitê bi pîvanek nuha hilweşînin.
Tebeqeya fizîkî
Di asta pêşkeftina teknolojîk a heyî de, pêkanîna fizîkî ya piçek ji bo komputerek kevneşopî ye transîstora nîvconductor, ji bo kuantumê, wekî me berê jî got, her tiştê kuantumî. Di beşa pêş de em ê li ser tiştê ku niha wekî medyaya laşî ji bo qubitan tê bikar anîn biaxivin.
Medya hilanînê
Ji bo komputerek birêkûpêk ev e elatrîk - astên voltaja, hebûn an tunebûna niha, hwd., ji bo quantum - heman rewşa cewherê kuantûmê (rêveberiya polarîzasyonê, spin, hwd.), ku dibe ku di rewşek superposition de be.
Operasyon
Ji bo bicîhkirina dorhêlên mantiqî li ser komputerek birêkûpêk, em naskirî bikar tînin , ji bo operasyonên li ser qubits pêwîst bû ku bi sîstemeke bi temamî cuda yên operasyonên, bi navê . Gates dikare yek-qubit an du-qubit be, li gorî çend qubit têne guhertin.
Nimûneyên deriyên quantum:
Têgehek heye set valve gerdûnî, yên ku ji bo pêkanîna her hesabek kuantumê bes in. Mînakî, komek gerdûnî dergehek Hadamard, dergehek veguherîna qonaxê, dergehek CNOT, û dergehek π⁄8 heye. Bi alîkariya wan, hûn dikarin li ser komek qubitên keyfî hesabên kuantûmê bikin.
Di vê gotarê de em ê bi hûrgulî li ser pergala deriyên quantum nesekinin; hûn dikarin li ser wan û operasyonên mantiqî yên li ser qubitan bêtir bixwînin, mînakî, . Ya sereke ku bîr bînin:
- Operasyonên li ser tiştên kuantûmê hewce dike ku operatorên nû yên mentiqî (dergehên quantum) werin afirandin.
- Dergehên quantumê di celebên yek-qubit û du-qubit de têne.
- Komên dergehên gerdûnî hene ku dikarin werin bikar anîn da ku hesabek quantumê pêk bînin
Peywendî
Yek transîstor ji me re bi tevahî bêkêr e; ji bo ku em hesaban pêk bînin divê em gelek transîstor bi hevûdu ve girêdin, ango ji mîlyon transîstoran çîpek nîvconductor biafirînin ku li ser wê çerxên mentiqî ava bikin. û, di dawiyê de, pêvajoyek nûjen di forma xweya klasîk de bistînin.
Yek qubit jî ji me re bi tevahî bêkêr e (baş e, heke tenê di warê akademîk de)
ji bo ku em hesaban bikin pêdivî bi pergalek qubitan (tiştên kuantum) heye
ku, wek me berê jî got, bi xitimandina qubitan bi hev re çêdibe ku guhertinên di halên wan de bi rengekî hevrêz pêk werin.
Algorîtmayan
Algorîtmayên standard ên ku mirovahiyê heta îro berhev kirine, ji bo pêkanîna li ser komputerek kuantûmê bi tevahî neguncan in. Erê, bi gelemperî ne hewce ye. Komputerên kuantûmê yên ku li ser bingeha mantiqa dergehê li ser qubitan têne damezrandin, hewceyê çêkirina algorîtmayên bi tevahî cûda, algorîtmayên kuantumê ne. Ji algorîtmayên quantumê yên herî naskirî, sê dikarin bêne cûda kirin:
- (faktorkirin)
- (Lêgerîna bilez di databasek nerêkûpêk de)
- (bersiva pirsê, fonksiyona domdar an hevseng)
Prensîb
Û cûdahiya herî girîng prensîba xebitandinê ye. Ji bo komputerek standard ev e dîjîtal, prensîba hişk diyarker, li ser bingeha wê yekê ku heke em hin rewşa destpêkê ya pergalê saz bikin û wê di algorîtmayek diyarkirî re derbas bikin, wê hingê em ê çend caran vê hesabkirinê bimeşînin jî dê encama hesaban yek be. Bi rastî, ev tevger bi rastî ya ku em ji komputerek hêvî dikin e.
Komputera kuantumê dixebite analog, prensîba muhtemel. Encama algorîtmayek diyarkirî di rewşek destpêkê de ye nimûne ji dabeşkirina îhtimalê pêkanînên dawî yên algorîtmayê plus xeletiyên gengaz.
Ev cewhera îhtîmalî ya komputera kuantumê ji ber cewhera pir îhtîmal a cîhana kuantumê ye. "Xwedê bi gerdûnê nalîze.", kal Einstein got, lê hemî ceribandin û çavdêriyên heta niha (di paradîgmaya zanistî ya heyî de) berevajî vê yekê piştrast dikin.
Pêkanîna fizîkî ya qubits
Wekî ku me berê jî got, qubit dikare bi tiştek kuantumî, ango tiştek fîzîkî ya ku taybetmendiyên kuantûmê yên ku li jor hatine diyarkirin pêk tîne, were temsîl kirin. Ango, bi qasî ku tê gotin, her tiştê fizîkî ku tê de du rewş hebin û ev her du hal di halekê de ne, dikare ji bo avakirina komputerek kuantumî were bikar anîn.
"Heke em dikarin atomekê têxin du astên cihê û wan kontrol bikin, wê hingê qubitek we heye. Ger em karibin vê yekê bi îyonekê bikin, ew qubit e. Bi niha re jî wisa ye. Ger em wê di heman demê de li milê demjimêr û berevajî wê bimeşînin, qubitek we heye."
Ð • n, Nûh * de к , ku tê de cûrbecûr pêkanînên laşî yên qubitê bi hûrgulî tête hesibandin, em ê tenê yên herî naskirî û gelemperî navnîş bikin:
- û gelek ramanên biyanî yên din (anyon, hwd.)
Ji van hemî cûrbecûr, ya herî pêşkeftî yekem rêbaza bidestxistina qubitan e, li ser bingeha . , , û lîstikvanên din ên pêşeng wê bikar tînin ku pergalên xwe ava bikin.
Welê, bêtir bixwînin derîmkan qubits ji .
Basics. Çawa komputerek kuantum dixebite
Materyalên vê beşê (kar û wêne) ji gotarê têne girtin .
Ji ber vê yekê, bifikirin ku me karê jêrîn heye:
Komek ji sê kesan heye: (A)ndrey, (B)olodya û (C)erezha. Du taksî hene (0 û 1).
Her weha tê zanîn ku:
- (A)ndrey, (B)olodya heval in
- (A)ndrey, (C)erezha dijmin in
- (B)olodya û (C)erezha dijmin in
Kar: Mirovan di taksiyan de bi cîh bikin ku Max (heval) и Min (dijmin)
Pûan: L = (hejmara hevalan) - (hejmara dijminan) ji bo her vebijarka rûniştinê
GIRÎNG: Bihesibînin ku heurîstîk tune ne, çareseriyek çêtirîn tune. Di vê rewşê de, pirsgirêk tenê bi lêgerînek bêkêmasî ya vebijarkan dikare were çareser kirin.
Çareseriya li ser komputerek birêkûpêk
Meriv çawa vê pirsgirêkê li ser komputerek birêkûpêk (an komik) çareser dike - ev eşkere ye hûn hewce ne ku hemî vebijarkên gengaz bişopînin. Ger pergalek me ya pirprosesor hebe, wê hingê em dikarin hesabkirina çareseriyan di nav çend pêvajoyan de paralel bikin û dûv re encaman berhev bikin.
Me 2 vebijarkên razanê yên mumkun hene (taksî 0 û taksî 1) û 3 kes. Cihê çareseriyê 2 ^ 3 = 8. Tewra hûn dikarin 8 vebijarkan bi karanîna hesabkerek derbas bikin, ev ne pirsgirêk e. Naha em pirsgirêkê tevlihev bikin - 20 kes û du otobusên me hene, cîhê çareseriyê 2^20 = 1. Tiştek tevlihev jî tune. Werin em hejmara mirovan 2.5 carî zêde bikin - 50 kes û du trênan bigirin, cîhê çareseriyê niha ye 2^50 = 1.12 x 10^15. Komputerek asayî (super) jixwe dest bi pirsgirêkên cidî dike. Em 2 qatan zêde bikin, 100 kes berê xwe bidin me 1.2 x 10^30 vebijarkên gengaz.
Ew e, ev kar di demek maqûl de nayê hesibandin.
Girêdana supercomputer
Komputera herî bihêz a niha hejmara 1 ye ew e , berhemdarî 122 . Ka em texmîn bikin ku ji bo hesabkirina yek vebijarkê ji me re 100 operasyon lazim in, wê hingê ji bo çareserkirina pirsgirêkê ji bo 100 kesan em ê hewce ne:
(1.2 x 10^30 100) / 122×10^15 / (606024365) = 3 x 10^37 sal.
Wek ku em dibînin her ku pîvana daneya destpêkê zêde dibe, cîhê çareseriyê li gorî zagonek hêzê mezin dibe, di rewşa giştî de, ji bo N bit me 2^N vebijarkên çareseriyê yên muhtemel hene, ku ji bo N (100)-ya nisbeten piçûk cîhek çareseriyê ya nehesabkirî (di asta teknolojîk a heyî de) dide me.
Ma alternatîf hene? Wekî ku we texmîn kir, erê, heye.
Lê berî ku em têkevin nav ka çawa û çima komputerên quantum dikarin bi bandor pirsgirêkên mîna van çareser bikin, em demek bisekinin ku ew çi ne. belavkirina îhtîmal. Xem neke, ev gotarek vekolînê ye, dê li vir matematîkek dijwar tune be, em ê bi mînaka klasîk a bi çente û topên xwe ve mijûl bibin.
Tenê kombinatorîkek piçûk, teoriya îhtîmal û ceribandinek xerîb
Were çenteyekê hildin û têxin tê de 1000 topên spî û 1000 topên reş. Em ê ceribandinek bikin - gogê derxînin, reng binivîsin, gogê vegerînin çenteyê û kulikan di çenteyê de tevlihev bikin.
Ezmûn 10 caran hate kirin, 10 topên reş derxistin. Belkî? Hemû. Ma ev nimûne ji me re ramanek maqûl a belavkirina rastîn di çenteyê de dide? Diyar e ku ne. Tiştê ku divê were kirin - rast, rceribandinê mîlyon carî dubare bike û frekansên topên reş û spî hesab bike. Ji bo nimûne em distînin 49.95% reş û 50.05% spî. Di vê rewşê de, strukturê dabeşkirina ku em jê nimûne dikin (yek topê derdixin) jixwe kêm-zêde zelal e.
Ya sereke ev e ku meriv wê fêm bike ceribandin bi xwe xwediyê cewherek îhtîmalî ye, bi yek nimûne (top) em ê strukturên rastîn ên dabeşkirinê nizanin, divê em ceribandinê gelek caran dubare bikin û encamên navîn.
Ka em wê têxin çenteyê xwe 10 topên sor û 10 kesk (şaşiyên). Ka em ceribandinê 10 caran dubare bikin. LI5 sor û 5 kesk derxistin. Belkî? Erê. Em dikarin di derbarê belavkirina rastîn de tiştek bibêjin - Na. Ya ku divê were kirin - baş e, hûn fêm dikin.
Ji bo têgihîştina strukturek dabeşkirina îhtimalê, pêdivî ye ku gelek caran encamên takekesî yên ji vê dabeşkirinê werin nimûne û encaman navînî bikin.
Têkiliya teoriyê bi pratîkê re
Niha li şûna topên reş û spî, em topên bîlardoyê bigirin û têxin çenteyekê 1000 topên bi hejmara 2, 1000 bi hejmara 7 û 10 topên bi hejmarên din. Werin em ceribandinek ku di kirinên herî hêsan de hatine perwerde kirin (topek derxe, jimareyê binivisîne, gogê dîsa têxe çenteyê, topên di çenteyê de tevlihev bike) perwerdekirî ye û ew vê yekê di 150 mîkroçirkeyan de dike. Welê, ceribandinek wusa li ser lezê (ne reklamek dermanê !!!). Paşê di 150 saniyeyan de ew ê bikaribe ceribandina me 1 mîlyon carî pêk bîne û encamên navînî ji me re peyda bikin.
Wan ezmûnger rûniştin, çenteyek dan wî, berê xwe dan, 150 çirkeyan li bendê man û wergirtin:
hejmar 2 - 49.5%, hejmar 7 - 49.5%, hejmarên mayî bi tevahî - 1%.
Erê rast e, çenteyê me komputerek kuantûmê ye bi algorîtmayek ku pirsgirêka me çareser dike, û top çareseriyên mimkun in. Ji ber ku du çareseriyên rast hene, hingê komputerek quantum dê ji van çareseriyên mimkun bi îhtimaleke wekhev, û %0.5 (10/2000) xeletiyan bide me, ku em ê paşê li ser biaxivin.
Ji bo bidestxistina encama komputerek kuantûmê, hûn hewce ne ku algorîtmaya quantumê gelek caran li ser heman koma daneya têketinê bimeşînin û encamê navînî bikin.
Mezinbûna komputerek kuantûmê
Niha bifikirin ku ji bo karekî ku 100 kes tê de (cîhê çareseriyê 2^100 em vê yekê bi bîr tînin), di heman demê de tenê du biryarên rast hene. Dûv re, heke em 100 qubitan hildin û algorîtmayek ku fonksiyona meya armancê (L, li jor binêre) li ser van qubitan hesab bike binivîsin, wê gavê em ê çenteyekê bi dest bixin ku tê de 1000 top bi hejmara bersiva yekem a rast, 1000 bi hejmara bersiva duyemîn a rast û 10 topên bi hejmarên din. Û di nav heman 150 saniyeyan de ezmûngerê me dê texmînek dabeşkirina îhtîmala bersivên rast bide me.
Dema pêkanîna algorîtmayek kuantûmê (bi hin texmînan) dikare li gorî pîvana cîhê çareseriyê (1^N) sabît O(2) were hesibandin.
Û ev bi rastî taybetmendiya komputerek kuantum e - berdewamiya xebatê di têkiliya zagona hêzê ya zêde de tevliheviya cîhê çareseriyê ya sereke ye.
Qubit û cîhanên paralel
Ev çawa dibe? Çi dihêle ku komputerek kuantûmê ewqas zû hesaban bike? Ew hemî li ser xwezaya quantum a qubitê ye.
Binêre, me got ku qubit wek tişta kuantûmê ye dema lê tê temaşekirin yek ji du haletên xwe nas dike, lê di "xwezaya çolê" de ew di nav de ye serpêhatiyên dewletan, ango ew di her du dewletên xwe yên sînorî de bi hev re ye (bi îhtimaleke mezin).
Hildin (A)ndreya û rewşa wê (di kîjan wesayîtê de ye - 0 an 1) wekî qubit bifikirin. Dûv re me heye (di qada quantum de) du cîhanên paralel, di yek (YEK) li taksiyê 0 rûniştiye, li cîhanek din - di taksiyê 1 de. Di du taksiyan de di heman demê de, lê bi hin îhtîmala dîtina wê di her yek ji wan de di dema çavdêriyê de.
Hildin (B) ciwan û em rewşa wê jî wek qubit xeyal bikin. Du cîhanên din ên paralel derdikevin holê. Lê ji bo niha ev cot cîhanan (YEK) и (BA) qet têkilî nekin. Ji bo afirandina çi divê bê kirin girêdayî sîstem? Rast e, pêwîstiya me bi van qubitan heye girêdan (tevlihev kirin). Em digirin û tevlihev dikin (A) bi (B) - em pergalek kuantûmê ya du qubitan distînin (A, B), di nava xwe de çar fêm dike bi hev ve girêdayî cîhanên paralel. Lêzêdekirin (S)ergey û em sîstemeke sê qubitan distînin (ABC), pêkanîna heşt bi hev ve girêdayî cîhanên paralel.
Esasê hesabkirina kuantumê (pêkanîna zincîra dergehên kuantûmê li ser pergalek qubitên girêdayî) ev rastiyek e ku hesab di hemî cîhanên paralel de bi hevdemî pêk tê.
Û ne girîng e ku em çend ji wan hene, 2^3 an 2^100, algorîtmaya kuantûmê dê di dema dawî de li ser van hemî cîhanên paralel bête darve kirin û dê encamek bide me, ku nimûneyek ji belavkirina îhtimalê ya bersivên algorîtmê ye.
Ji bo baştir têgihiştinê, mirov dikare wisa bifikire komputerek kuantûmê di asta kuantûmê de 2^N pêvajoyên çareseriya paralel dimeşîne, her yek ji wan li ser yek vebijarkek mimkun dixebite, paşê encamên xebatê berhev dike - û bi awayê serpêhatiya çareseriyê bersiva me dide (belavkirina îhtîmala bersivan), ku em her carê (ji bo her ceribandinê) yek nimûne dikin.
Wextê ku ji hêla ceribandina me ve tê xwestin bi bîr bînin (150 µs) ji bo pêkanîna azmûnê, dema ku em li ser pirsgirêkên sereke yên komputerên kuantum û dema dekoheransê bipeyivin, ev dê hinekî din ji me re kêrhatî be.
Algorîtmayên Quantum
Wekî ku berê jî behs kir, algorîtmayên kevneşopî yên ku li ser bingeha mantiqa binaryê ne ji bo komputerek kuantûmê ku mantiqa quantum bikar tîne (dergehên quantum) nayê sepandin. Ji bo wî, pêdivî bû ku merivên nû peyda bike ku bi tevahî potansiyela ku di cewhera quantum a komputerê de heye bikar bîne.
Algorîtmayên herî naskirî yên îro ev in:
Berevajî yên klasîk, komputerên kuantum ne gerdûnî ne.
Heya nuha tenê hejmarek piçûk a algorîtmayên kuantumê hatine dîtin.
Sipî ji bo girêdana bi , cihekî ku li gorî nivîskar (), nûnerên herî baş ên cîhana quantum-algorîtmîkî hatine berhev kirin û kombûna xwe berdewam dikin.
Di vê gotarê de em ê algorîtmayên quantumê bi hûrgulî analîz nekin; li ser Înternetê ji bo her astek tevliheviyê gelek materyalên hêja hene, lê dîsa jî pêdivî ye ku em bi kurtasî li ser sê yên herî navdar biçin.
algorîtmaya Shor.
Algorîtmaya kuantûmê ya herî navdar e (di sala 1994 de ji aliyê matematîkzanê Îngilîzî ve hatiye îcadkirin ), ku ji bo çareserkirina pirsgirêka faktorkirina jimareyan nav faktorên sereke (pirsgirêka faktorîzasyonê, logarîtma veqetandî) tê armanc kirin.
Dema ku ew dinivîsin ku pergalên banking û şîfreyên we dê di demek nêzîk de werin hack kirin ev algorîtma ye ku wekî mînak tête destnîşan kirin. Bihesibînin ku dirêjahiya bişkojkên ku îro têne bikar anîn ne kêmtirî 2048 bit e, hîna dema kapek nehatiye.
Dîroka, ji hûrgelê bêtir. Bi Algorîtmaya Shor - Hejmaran re Encamên Faktorîzasyona Herî Baş и , ku ji 2048 bit pir kêmtir e. Ji bo encamên mayî yên ji sifrê, cuda hesaban, lê tewra li gorî vê algorîtmayê (291311) encama herî baş jî ji sepana rastîn pir dûr e.
Hûn dikarin li ser algorîtmaya Shor bêtir bixwînin, mînakî,. Der barê pêkanîna pratîk - .
Yek ji tevlihevî û hêza pêwîst ji bo faktorkirina hejmareke 2048-bit komputerek bi . Em bi aramî radizên.
algorîtmaya Grover
- çareserkirina pirsgirêka hejmartinê, ango dîtina çareseriyek ji hevkêşeyê re F(X) = 1, ku F e ji n variables. Ji hêla matematîkzanek Amerîkî ve hate pêşniyar kirin в .
Ji bo dîtina algorîtmaya Grover dikare were bikar anîn и rêzikên hejmarê. Digel vê yekê, ew dikare ji bo çareserkirinê were bikar anîn pirsgirêkan bi lêgerînek bêkêmasî di nav gelek çareseriyên gengaz de. Ev dibe ku li gorî algorîtmayên klasîk destkeftiyên leza girîng pêk bîne, her çend bêyî peydakirina "" dibe hûn bin.
Hûn dikarin bêtir bixwîninan . Zêdetir Ravekirinek baş a algorîtmayê ku mînaka qutiyan û topek bikar tîne heye, lê, mixabin, ji ber sedemên li derveyî kontrola kesî, ev malper ji Rûsyayê ji min re venake. Ger we hebe jî tê asteng kirin, ji ber vê yekê li vir kurteyek kurt heye:
algorîtmaya Grover. Bifikirin ku we N perçeyên qutiyên girtî yên bi jimare hene. Ew hemî vala ne ji bilî yekê, ku tê de topek heye. Karê we: Jimara qutiya ku tê de ye bibînin (ev hejmara nenas bi gelemperî bi tîpa w tê destnîşan kirin).
Çawa vê pirsgirêkê çareser bike? Awayê herî ehmeqî ev e ku meriv bi dorê qutiyan veke, û zû an dereng hûn ê li qutiyek bi topek werin. Bi navînî, berî ku qutiyek bi top were dîtin çend sindoq pêdivî ye ku were kontrol kirin? Bi gelemperî, hûn hewce ne ku nîvê qutiyên N/2 vekin. Li vir tişta sereke ev e ku ger em hejmara sindoqan 100 qatî zêde bikin, wê hingê rêjeya navînî ya sindoqên ku divê berî ku qutiya bi top were dîtin werin vekirin jî dê bi heman 100 qatî zêde bibe.
Niha em zelaliyek din bikin. Bila em xwe bi destên xwe sindoqan venekin û hebûna topek di her yekê de kontrol nekin, lê navbeynkarek heye, em jê re bibêjin Oracle. Em ji Oracle re dibêjin, "qutiya hejmar 732 kontrol bikin," û Oracle bi dilpakî kontrol dike û bersiv dide, "di qutiya jimare 732 de top tune." Naha, li şûna ku em bibêjin divê em bi navînî çend sindoqan vekin, em dibêjin "divê em bi gelemperî çend caran biçin Oracle da ku hejmara qutiya bi topê bibînin"
Derket holê ku ger em vê pirsgirêkê bi qutiyan, topek û Oracleyê wergerînin zimanê kuantûmê, em encamek berbiçav distînin: ji bo dîtina hejmara qutiyek bi topek di nav N qutiyan de, pêdivî ye ku em Oracle tenê di derheqê SQRT de aciz bikin. (N) car!
Ango, tevliheviya peywira lêgerînê ya ku algorîtmaya Grover bikar tîne bi rûka çargoşeya demê kêm dibe.
Algorîtmaya Deutsch-Jozi
Algorîtmaya Deutsch-Jozsa (wekî algorîtmaya Deutsch-Jozsa jî tê binav kirin) - [algorîtmaya quantum](%D0%B0%D0%BB%D0%B3%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%82%D0%BC), предложенный и в , û bû yek ji nimûneyên yekem ên algorîtmayên ku ji bo ku li ser bêne darve kirin . _
Pirsgirêka Deutsch-Jozsi ew e ku diyar bike ka fonksiyonek çend guherbarên binaryê F(x1, x2, ... xn) sabît e (ji bo her argumanan nirxê 0 an 1 digire) an hevseng e (ji bo nîvê domainê ku digire nirxa 0, ji bo nîvê din 1). Di vê rewşê de, ew a priori tê zanîn ku fonksiyon an domdar an hevseng e.
Hûn jî dikarin bixwînin . Ravekirinek hêsantir:
Algorîtmaya Deutsch (Deutsch-Jozsi) li ser bingeha hêza hovane ye, lê dihêle ku ew ji gelemperî zûtir were kirin. Bifikirin ku li ser masê zêrek heye û divê hûn fêr bibin ka ew sexte ye an na. Ji bo vê yekê, hûn hewce ne ku du caran li pereyê binêrin û diyar bikin: "ser" û "div" rast in, du "ser", du "div" sexte ne. Ji ber vê yekê, heke hûn algorîtmaya kuantûmê ya Deutsch bikar bînin, wê hingê ev destnîşankirin dikare bi yek nihêrînek - pîvandinê were çêkirin.
Pirsgirêkên komputerên quantum
Di dema sêwirandin û xebitandina komputerên quantum de, zanyar û endezyar bi hejmareke mezin a pirsgirêkan re rû bi rû dimînin, ku heya îro bi dereceyên cûda yên serfiraziyê hatine çareser kirin. Ligor () Rêze pirsgirêkên jêrîn dikarin bêne destnîşan kirin:
- Hestiyariya li ser jîngehê û têkiliya bi jîngehê re
- Kombûna xeletiyan di dema hesaban de
- Zehmetiyên bi destpêkirina destpêkê ya dewletên qubit
- Zehmetiyên di afirandina pergalên pir-qubit de
Ez pir pêşniyar dikim ku gotarê bixwînin "", nemaze şîroveyên li ser wê.
Werin em hemî pirsgirêkên sereke di sê komên mezin de birêxistin bikin û ji nêz ve li her yekê ji wan binêrin:
Dekoherence
.
Rewşa kuantumê tiştekî pir nazikqubits di rewşek tevlihev de pir bêhêz in, her bandorek derveyî dikare (û dike) vê girêdanê hilweşîne. Guherînek germahiyê bi perçeyek herî piçûk a dereceyek, zext, fotonek bêserûber ku li nêzik difire - ev hemî pergala me bêîstîkrar dike.
Ji bo çareserkirina vê pirsgirêkê, sarkofagên germahiya nizm têne çêkirin, ku tê de germahî (-273.14 pileya Celsius) hinekî li ser sifira bêkêmasî ye, bi veqetandina herî zêde ya jûreya hundurîn bi pêvajoyê re ji hemî bandorên (mimkûn) yên hawîrdora derve.
Jiyana herî zêde ya pergalek kuantûmê ya ji çend qubitên tevlihev, ku di dema wê de taybetmendiyên xwe yên kuantûmê diparêze û dikare ji bo hesaban were bikar anîn, jê re dema dekoherence tê gotin.
Heya nuha, dema dekoheransê di çareseriyên quantumê yên çêtirîn de li ser rêzê ye bi dehan û bi sedan mîkroçirkeyan.
Heywanek ecêb heye ku hûn dikarin lê binêrin ji hemû pergalên kuantûmê hatine afirandin. Ev gotar tenê du pêvajoyên jorîn wekî mînak digire - ji IBM û ji . Wekî ku em dibînin, dema dekoheransê (T2) ji 200 μs derbas nabe.
Min daneyên rastîn li ser Sycamore nedît, lê di pirê de du hejmar têne dayîn - 1 mîlyon hesab di 200 çirke de, li cihekî din - ji bo 130 çirke bêyî windakirina sînyalên kontrolê, hwd.. Di her rewşê de, ev yek dide me dema dekoheransê bi qasî 150 μs ye. Bîra me ceribandinek bi çente? Erê, li vir ew e.
| Navê kompîturê | N Qubits | Max cot kirin | T2 (µs) |
| IBM Q Pergalek Yek | 20 | 6 | 70 |
| Google Sycamore | 53 | 4 | 150-200 ~ |
Decoherence me bi çi tehdîd dike?
Pirsgirêka sereke ev e ku piştî 150 μs, pergala meya jimartinê ya N qubitên tevlihev dê li şûna dabeşkirina îhtîmala çareseriyên rast dest bi derxistina dengê spî yê îhtîmalî bike.
Ango em hewce ne:
- Sîstema qubitê bidin destpêkirin
- Hesabek pêk bînin (zincîra operasyonên dergehê)
- Encam bixwînin
Û van hemûyan di 150 mîkroçirkeyan de bikin. Wextê min tune bû - encam bû kulîlk.
Lê ev ne hemî…
Şaş
Wek me got, pêvajoyên kuantûmê û hesabkirina kuantûmê di xwezayê de îhtîmal in, em nikarin ji tiştek 100% piştrast bin, lê tenê bi hin îhtîmalek. Bi vê yekê re rewş hê girantir dibe komputera kuantûmê mêldarê xeletiyê ye. Cûreyên sereke yên xeletiyên di hesabkirina quantum de ev in:
- Çewtiyên dekoherence ji ber tevliheviya pergalê û danûstendina bi hawîrdora derve re têne çêkirin
- Çewtiyên hesabkirinê yên dergehê (ji ber cewhera kuantum a hesabkirinê)
- Çewtiyên di xwendina rewşa dawîn de (encam)
Çewtiyên bi dekoherenceyê ve girêdayî ne, gava ku em qubitên xwe tevlihev dikin û dest bi hesaban dikin xuya dibin. Em çiqas qubitan tevlihev bikin, pergal ewqas tevlihevtir dibe, û hêsantir e ku ew hilweşîne. Sarkofagên germahiya nizm, odeyên parastî, van hemî hîleyên teknolojîk bi rastî bi mebesta kêmkirina hejmara xeletiyan û dirêjkirina dema deqê ne.
Çewtiyên hesabker ên dergehê - her karek (dergeh) li ser qubitan dikare, bi îhtimaleke mezin, bi xeletiyekê biqede, û ji bo pêkanîna algorîtmayê hewce ye ku em bi sedan dergeh pêk bînin, ji ber vê yekê bifikirin ku em di dawiya pêkanîna algorîtmaya xwe de çi digirin. Bersiva klasîk a pirsa "Îhtîmala hevdîtina dînozorek di asansorê de çi ye?" - 50x50, yan hûnê hev bibînin yan na.
Pirsgirêk ji ber vê yekê ku rêbazên sererastkirina xeletiyên standard (duberhevkirina hesaban û navîn) di cîhana kuantumê de ji ber teorema ne-klonkirinê kar nakin, girantir dibe. Bo di komputera kuantûmê de diviyabû ku were îcadkirin . Bi giranî, em N qubitên asayî digirin û 1 ji wan çêdikin qubit mantiqî bi rêjeya çewtiyê kêmtir.
Lê li vir pirsgirêkek din derdikeve - hejmara giştî ya qubits. Binêrin, em bibêjin pêvajoyek me ya bi 100 qubitan heye, ji wan 80 qubit ji bo rastkirina xeletiyê têne bikar anîn, wê hingê tenê 20 qubit ji bo hesaban mane.
Di xwendina encama dawîn de çewtî - wek ku tê bîra me, encama hesabên kuantûmê bi şeklê ji me re tê pêşkêş kirin belavkirina îhtîmala bersivan. Lê xwendina rewşa dawîn jî dibe ku bi xeletiyek têk biçe.
Li ser heman Ji hêla astên xeletiyê ve tabloyên berawirdî yên pêvajoyê hene. Ji bo berhevdanê, werin em heman pêvajoyên wekî mînaka berê - IBM bigirin и :
| Computer | 1-Qubit Gate Fidelity | 2-Qubit Gate Fidelity | Fidelity bixwînin |
| IBM Q Pergalek Yek | 99.96% | 98.31% | - |
| Google Sycamore | 99.84% | 99.38% | 96.2% |
Ev e pîvana wekheviya du rewşên kuantûmê ye. Mezinahiya xeletiyê bi qasî 1-Fidelity dikare were diyar kirin. Wekî ku em dibînin, xeletiyên li ser deriyên 2-qubit û xeletiyên xwendinê astenga sereke ne li pêşiya pêkanîna algorîtmayên tevlihev û dirêj ên li ser komputerên quantum ên heyî.
Hûn jî dikarin bixwînin salan ji ji bo çareserkirina pirsgirêka rastkirina çewtiyê.
mîmariya Processor
Di teoriyê de em ava dikin û dixebitin çerxên bi dehan qubitên tevlihev, di rastiyê de her tişt tevlihevtir e. Hemî çîpên kuantûmê (prosesor) yên heyî bi vî rengî hatine çêkirin ku bê êş peyda dikin tevlihevbûna qubitek tenê bi cîranên xwe re, yên ku ji şeşan zêdetir nîn in.
Ger hewce be ku em qubita 1-ê, bibêjin, bi ya 12-an re tevlihev bikin, wê hingê em neçar in ku zincîrek ji operasyonên kuantûmê yên zêde ava bikin, qubitên zêde, hwd., ku asta xeletiya giştî zêde dike. Erê, û ji bîr nekin dema decoherence, dibe ku dema ku hûn qubitan bi çerxa ku hûn hewce ne ve girêdidin biqedînin, dem dê biqede û dê tevahiya çerxerê bibe nav jeneratorê dengê spî yê xweş.
Her weha vê yekê ji bîr nekin Mîmariya hemî pêvajoyên quantum cuda ye, û bernameya ku di emulatorê de di moda "têkiliya hemî-hemî" de hatî nivîsandin dê hewce bike ku di mîmariya çîpek taybetî de "ji nû ve were berhev kirin". Heta hene ji bo pêkanîna vê operasyonê.
Girêdana herî zêde û hejmara herî zêde ya qubitan ji bo heman çîpên jorîn:
| Navê kompîturê | N Qubits | Max cot kirin | T2 (µs) |
| IBM Q Pergalek Yek | 20 | 6 | 70 |
| Google Sycamore | 53 | 4 | 150-200 ~ |
Û ji bo berhevdanê, tabloya bi daneyên ji nifşê berê yên processor. Hejmara qubitan, dema dekoheransê û rêjeya xeletiyê bi ya ku em niha bi nifşê nû re heye bidin ber hev. Dîsa jî, pêşveçûn hêdî ye, lê dimeşe.
Ji ber vê yekê
- Niha tu mîmariyên bi tevahî girêdayî bi > 6 qubitan tune
- Ji bo ku qubit 0 s li ser pêvajoyek rastîn tevlihev bike, mînakî, qubit 15 dibe ku çend dehan operasyonên din hewce bike.
- Operasyonên Zêdetir -> Zêdetir xeletî -> Bandora bihêztir a dekoheransê
Encam
Dekoherence nivîna Procrustean ya komputera kuantumê ya nûjen e. Divê em her tiştî di 150 μs de bicîh bikin:
- Destpêkirina rewşa destpêkê ya qubitan
- Hesabkirina pirsgirêkê bi karanîna dergehên kuantûmê
- Çewtiyên rast bikin ku encamên watedar bistînin
- Encamê bixwînin
Heya nuha, her çend encam xemgîn in îdîa dikin ku li ser bingeha komputerek kuantûmê dema ragirtina hevrêziya 0.5s bi dest dixe :
Em demek hevrêziya qubit ji 0.5 s zêdetir dipîvin, û bi parastina magnetîkî em hêvî dikin ku ev yek ji 1000 s dirêjtir be.
Hûn dikarin li ser vê teknolojiyê jî bixwînin an, wek nimûne, .
Rewş ji ber vê yekê tevlihevtir dibe ku dema ku hesabên tevlihev têne kirin, pêdivî ye ku meriv çerxên rastkirina xeletiya quantum bikar bîne, ku ev jî hem dem û hem jî qubitên berdest dixwe.
Û di dawiyê de, mîmariyên nûjen rê nadin ku bi lêçûnek hindiktirîn pileyên tevlihevkirinê ji 1 li 4 an 1 ji 6 çêtir bicîh bînin.
Rêyên çareserkirina pirsgirêkan
Ji bo çareserkirina pirsgirêkên jorîn, nêzîkatî û rêbazên jêrîn niha têne bikar anîn:
- Bikaranîna cryochamberên bi germahiya nizm (10 mK (–273,14°C))
- Bikaranîna yekîneyên pêvajoyê yên ku herî zêde ji bandorên derveyî têne parastin
- Bikaranîna Pergalên Rastkirina Çewtiya Quantum (Qubît Mantiqî)
- Bikaranîna optimîzatoran dema bernamekirina çerxên ji bo pêvajoyek taybetî
Di heman demê de lêkolîn jî tê kirin ku bi mebesta zêdekirina dema dekoheransê, lêgerîna li pêkanînên laşî yên nû (û başkirina naskirî) yên tiştên quantum, xweşbînkirina çerxên rastkirinê, hwd., hwd. Pêşketin heye (li jor li taybetmendiyên çîpên paşîn ên berê û yên îro binêre), lê heya nuha hêdî ye, pir, pir hêdî ye.
D-Wave
Komputera D-Wave 2000Q 2000 qubit. Kanî:
Di nav ragihandina Google de ji bo bidestxistina serweriya quantum bi karanîna pêvajoyek 53-qubit, и ji şîrketa D-Wave, ku tê de hejmara qubitan bi hezaran e, hinekî tevlihev e. Welê, bi rastî, heke 53 qubit karibûya serweriya kuantumê bi dest bixista, wê hingê komputerek bi 2048 qubit karibe çi ye? Lê ne her tişt ew qas baş e...
Bi kurtî (ji wiki hatiye girtin):
Komputer li ser prensîbê kar bikin (), dikare binkeyek pir tixûbdar a pirsgirêkên xweşbîniyê çareser bike, û ji bo pêkanîna algorîtmayên kuantûmê yên kevneşopî û deriyên quantumê ne guncan in.
Ji bo bêtir agahdarî hûn dikarin bixwînin, wek nimûne, , (hişyar, dibe ku ji Rûsyayê venebe), an в ji wî . Bi awayê, ez bi gelemperî xwendina bloga wî pir pêşniyar dikim, li wir gelek materyalên baş hene
Bi gelemperî, ji destpêka ragihandinan ve, civata zanistî di derheqê komputerên D-Wave de pirsên xwe hebûn. Mînakî, di sala 2014-an de, IBM rastiya D-Wave pirsî Ew gihîşt wê astê ku di sala 2015-an de, Google, digel NASA, yek ji van komputerên kuantumê kirî û piştî lêkolînê , ku erê, komputer ji ya birêkûpêk zûtir dixebite û pirsgirêkê hesab dike. Hûn dikarin di derbarê daxuyaniya Google de bêtir bixwînin û wek nimûne .
Ya sereke ev e ku komputerên D-Wave, bi sed û hezaran qubitên xwe, ji bo hesabkirin û xebitandina algorîtmayên kuantûmê nayên bikar anîn. Ji bo nimûne, hûn nikarin algorîtmaya Shor li ser wan bimeşînin. Tiştê ku ew dikarin bikin ev e ku hin mekanîzmayên quantum bikar bînin da ku pirsgirêkek xweşbîniyê çareser bikin. Em dikarin bifikirin ku D-Wave ji bo karekî taybetî ASICek quantum e.
Piçek li ser emûlasyona komputera quantum
Hesabkirina quantum dikare li ser komputerek birêkûpêk were nimûne. Birastî, :
- Rewşa qubit dikare bibe hejmara kompleks, ji 2x32 heta 2x64 bit (8-16 bytes) li gorî mîmariya pêvajoyê digire
- Rewşa N qubitên girêdayî dikare wekî 2^N jimareyên tevlihev, ango. 2^ (3 + N) ji bo mîmariya 32-bit û 2 ^ (4 + N) ji bo 64-bit.
- Operasyona kuantûmê ya li ser N qubitan dikare bi matrixek 2^N x 2^N were temsîl kirin.
Paşan:
- Ji bo hilanîna dewletên emûlkirî yên 10 qubitan, 8 KB hewce ne
- Ji bo hilanîna dewletên 20 qubitan hûn 8 MB hewce ne
- Ji bo hilanîna dewletên 30 qubit, 8 GB hewce ne
- Ji bo hilanîna dewletên 40 qubitan 8 Terabytes hewce ne
- Ji bo hilanîna dewletên 50 qubit, 8 Petabytes hewce ne, hwd.
Ji bo hevbeş, () tenê 2.8 Petabytes bîra hildigire.
- 49 qubit sala borî ji mezintirîn superkomputera Chineseînî re hat şandin ()
Sînorê simulasyona komputerek kuantûmê ya li ser pergalên klasîk ji hêla mîqdara RAM-ê ve tê destnîşankirin ku ji bo hilanîna rewşa qubitan hewce dike.
Ez jî xwendinê pêşniyar dikim . Ji wir:
Bi xebitandinê - ji bo emûlasyona rast a çerxek 49-qubit ku ji hin 39 "çerx"an pêk tê (tebeqeyên serbixwe yên deriyan) 2^63 pirkirina tevlihev - 4 Pflops a superkomputerê ji bo 4 saetan
Emûlasyona komputerek quantum a 50+ qubit li ser pergalên klasîk di demek maqûl de ne mumkun tê hesibandin. Ji ber vê yekê Google ji bo ceribandina xweya serweriya quantumê pêvajoyek 53-qubit bikar anî.
Serweriya komputera quantum.
Wîkîpediya pênaseya jêrîn a serweriya komputera quantumê dide me:
Serweriya Quantum - şiyana cîhazên ku pirsgirêkên ku komputerên klasîk bi pratîkî nikarin çareser bikin çareser bikin.
Bi rastî, bidestxistina serweriya kuantumê tê vê wateyê ku, wek nimûne, faktorkirina hejmarên mezin bi karanîna algorîtmaya Shor dikare di demek têra xwe de were çareser kirin, an jî molekulên kîmyewî yên tevlihev dikarin di asta kuantumê de werin berhev kirin, û hwd. Yanî serdemeke nû hatiye.
Lê di peyva pênase de hin valahiyek heye, "ku komputerên klasîk bi pratîkî nikarin çareser bikin" Bi rastî, ev tê vê wateyê ku heke hûn komputerek kuantûmê ya ji 50+ qubitan biafirînin û li ser wê hin dorhêla quantumê bimeşînin, wê hingê, wekî ku me li jor jî behs kir, encama vê çerxê li ser komputerek birêkûpêk nayê emilandin. Ku heye komputerek klasîk dê nikaribe encama çerxa weha ji nû ve biafirîne.
Gelo encamek weha serweriya kuantumê ya rastîn pêk tîne an na, ev pirsek felsefî ye. Lê fêm bikin ka Google çi kir û ew li ser çi ye pêwist.
Daxuyaniya Serweriya Quantum ya Google
Pêvajoya Sycamore 54-qubit
Ji ber vê yekê, di Cotmeha 2019-an de, pêşdebirên Google gotarek di weşana zanistî Nature de weşandin." Nivîskaran di dîrokê de yekem car bi karanîna pêvajoya Sycamore ya 54 qubitî bidestxistina serweriya kuantumê ragihand.
Gotarên Sycamore yên serhêl bi gelemperî behsa pêvajoyek 54-qubit an pêvajoyek 53-qubit dikin. Ya rast ew e ku li gor , processor ji aliyê fizîkî ve ji 54 qubitan pêk tê, lê yek ji wan nexebite û ji xizmetê hatiye derxistin. Bi vî rengî, di rastiyê de me pêvajoyek 53-qubit heye.
Li ser webê li wir materyalên li ser vê mijarê, dereceya ku ji cuda ber .
Tîma komputera quantumê ya IBM paşê diyar kir ku . Pargîdanî îdîa dike ku komputerek kevneşopî dê di 2,5 rojan de di rewşa herî xirab de bi vî karî rabe, û bersiva encam dê ji ya komputerek quantum rasttir be. Ev encam li ser bingeha encamên analîzek teorîkî ya çend awayên optimîzasyonê hate çêkirin.
Û, bê guman, di ya wî de Min nikarîbû vê gotinê paşguh bikim. Bûyin li gel hemû girêdan û wek her car, ew hêja ne ku dema xwe li ser derbas bikin. Li ser hub ev FAQ, û bê guman şîroveyan bixwînin, lînkên belgeyên pêşîn hene ku berî ragihandina fermî li serhêl derketine.
Google bi rastî çi kir? Ji bo têgihiştinek berfireh, Aaronson bixwînin, lê bi kurtî li vir:
Ez dikarim, bê guman, ji we re bibêjim, lê ez xwe pir bêaqil hîs dikim. Hesab bi vî awayî ye: cêribandin çerxeke kûantûmê ya bêserûber C çêdike (ango rêzek bêserûber ji deriyên 1-qubit û 2-qubit di navbera cîranên herî nêzîk de, bi kûrahiya, mînakî, 20, li ser tora 2D ya n tevdigere. = 50-60 qubit). Dûv re ceribandin C dişîne ji komputera kuantûmê re, û jê dipirse ku C li ser rewşek destpêkê ya 0-yê bicîh bîne, encamê li ser bingeha {0,1} bipîve, rêzek n-bitî ya çavdêrîkirî (strek) paşde bişîne û çend caran dubare bike. hezar an bi milyonan car. Di dawiyê de, bi karanîna zanîna xwe ya C-yê, ceribandinek ceribandinek îstatîstîkî pêk tîne da ku bibîne ka encam bi hilberîna hêvîkirî ya ji komputera quantum re têkildar e.
Pir bi kurtî:
- Bi dirêjahiya 20 ji 53 qubitan dorhêlek rasthatî bi karanîna dergehan tê afirandin
- Ji bo darvekirinê çerx bi rewşa destpêkê [0…0] dest pê dike
- Derketina çerxê xêzek bit a rasthatî ye (nimûne)
- Dabeşkirina encamê ne rasthatî ye (destwerdan)
- Dabeşkirina nimûneyên ku hatine wergirtin bi ya hêvîkirî re tê berhev kirin
- Serweriya Quantumê diqede
Ango, Google pirsgirêkek sentetîk li ser pêvajoyek 53-qubit pêk anî, û îdîaya xwe ya bidestxistina serweriya quantumê li ser vê yekê bingeh digire ku ne gengaz e ku di demek maqûl de pêvajoyek wusa li ser pergalên standard bişibîne.
Ji bo têgihîştinê - Ev beş bi tu awayî destkeftiya Google kêm nake, endezyar bi rastî pir mezin in, û pirsa gelo ev dikare serweriya quantumê ya rastîn were hesibandin an na, wekî ku berê hate behs kirin, ji endezyariyê felsefîtir e. Lê divê em fêhm bikin ku bi gihîştina serweriya hesabkerî ya wusa, me yek gav ber bi şiyana xebitandina algorîtmaya Shor-ê li ser hejmarên 2048-bit pêş nexistiye.
Nîqaş
Komputerên quantum û komputera quantum qadek teknolojiya agahdariyê pir hêvdar, pir ciwan û heya nuha hindik e ku ji hêla pîşesaziyê ve tête bikar anîn.
Pêşveçûna hesabkirina quantumê dê (rojekê) rê bide me ku em pirsgirêkan çareser bikin:
- Modelkirina pergalên fîzîkî yên tevlihev di asta kuantûmê de
- Ji ber tevliheviya hesabkirinê li ser komputerek birêkûpêk nayê çareser kirin
Pirsgirêkên sereke di çêkirin û xebitandina komputerên quantum de:
- Dekoherence
- Çewtî (dekoherence û dergeh)
- Mîmariya pêvajoyê (derdorên qubit bi tevahî ve girêdayî)
Rewşa heyî:
- Bi rastî - destpêka destpêkê .
- Hîn îstismarek bazirganî ya REAL tune (û ne diyar e ka dê kengê hebe)
Çi dikare alîkariyê bike:
- Cûreyek vedîtina laşî ku lêçûna têlkirin û pêvajoyên xebitandinê kêm dike
- Vedîtina tiştek ku dê dema dekoheransê bi rêzek mezinahî zêde bike û/an xeletiyan kêm bike
Bi dîtina min (bi tevahî ramana kesane), di paradîgmaya zanistî ya heyî ya zanînê de em ê di pêşkeftina teknolojiyên quantum de serkeftinek girîng bi dest nexin, li vir hewcedariya me bi serkeftinek kalîteyî heye ku di hin warên zanistiya bingehîn an serîlêdanê de, ku dê bertekek bide fikir û rêbazên nû.
Di vê navberê de, em di bernameya kuantûmê de, berhevkirin û afirandina algorîtmayên quantum, ceribandina ramanan, hwd., hwd. de ezmûn digirin. Em li benda serkeftinekê ne.
encamê
Di vê gotarê de, me di pêşkeftina komputerên kuantum û komputerên quantum de qonaxên sereke derbas kir, prensîba xebata wan lêkolîn kir, li pirsgirêkên sereke yên ku endezyar di pêşkeftin û xebitandina pêvajoyên quantum de rû bi rû dimînin, mêze kir, û her weha li çi pir- Komputerên qubit D bi rastî ev in. Daxuyaniya Wave û Google ya dawî ya bidestxistina serweriya kuantumê.
Pirsên bernamekirina komputerên kuantûmê (ziman, nêzîkatî, rêbaz, hwd.) û pirsên bi pêkanîna fizîkî ya taybetî ya pêvajokeran ve girêdayî ne, ka qubit çawa têne rêvebirin, girêdan, xwendin, hwd. Dibe ku ev dê bibe mijara gotara an gotarên din.
Spas ji bo baldariya we, ez hêvî dikim ku ev gotar dê ji bo kesek kêrhatî be.
(C)
Spasdarî
ji bo rastnivîsandin û şîroveyên li ser metnê çavkanî, û hem jî ji bo gotarê
ji bo şîroveyên dewlemend ên agahdarî li ser , û ne tenê ji wê re, ku bi piranî ji min re bû alîkar ku ez vê puzzle fêm bikim.
Ji hemî nivîskarên gotar û weşanên ku materyalên wan di nivîsandina vê gotarê de hatine bikar anîn.
Lîsteya çavkaniyên
Gotarên Karûbarên Niha ji [The National Academies Press]
Gotarên ji Habrê (bi rêza rasthatî)
Ji Înternetê gotarên bêserûber (lê ne kêmtir balkêş).
Kurs û ders
Source: www.habr.com