Quantum computatorium et quantum computatorium quae addita sunt spatio notitiae nostrae cum , et aliis verbis summus tech. Eodem tempore numquam materiam in Interreti reperire potui quae aenigma in capite meo nomine poneret "Quantum computers opus". Imo sunt multa praeclara opera, in quibus Habr (videatur. ) , commentationes , quas , ut assolet , magis informativas et utiles sunt , sed picturam in capite meo , ut aiunt , non addidit .
Et nuper collegae mei ad me accesserunt et interrogaverunt, “Cogitisne quantum opus computatorium sit? Potesne dicere nobis?" Et tunc intellexi me solus non esse qui problema cohaeret cum imagine in capite meo componendo.
Quam ob rem, temptatum est informationes conficere de quantis computers in logica constanti circuitione, in qua gradus fundamentales, sine profunda mathematicorum immersione et structura mundi quantitatisexplicatum est quid sit quantum computatorium, quae principia exerceat, et quae problemata phisici efficiant et operantem.
mensam de contentis in eodem
Disclaimer
Auctor in quantum computando non est peritus; Scopus audientium articulum idem est populus IT, non quantosqui etiam picturam in suis capitibus componere volunt "Quantum opus computatorii". Propter hoc, multae notiones in articulo de industria simpliciores sunt ut melius intellegantur technologiae quantas in gradu "basic", sed sine .
Articulus alicubi utitur materiis aliunde; . Ubi fieri potest, nexus et indicia directa ad textum originalem, tabulam vel figuram inseruntur. Si aliquid oblitus sum alicubi, scribe et emendabo.
introduction
In hoc capite breviter consideremus quomodo incoepit quanta aetas, quae causa motiva notionis quantitatis computatorii, qui (qui nationes et corporationes) nunc primores scaenicorum in hoc campo sunt, et etiam breviter loquuntur. circa principales directiones evolutionis quantitatis computandi.
Ut omnes coeperunt
Principium quantitatis temporis 1900 censetur, cum M. Planck primum proposuit emittitur et absorbetur illa vis non continue, sed in quantas separatas. Idea a multis praestantibus illius temporis phisicis - Bohr, Einstein, Heisenberg, Schrödinger lecta et amplificata est, quae tandem ad creationem et progressionem talis scientiae, quam . Multae materiae bonae sunt in Interreti de formatione quantitatis physicae ut scientia, in hoc articulo non in speciali immoramur, sed oportebat tempus indicari quando novum quantum tempus intravimus.
Quantum physicae commenta et technologiae in nostram vitam cotidianam attulerit, sine quibus iam difficile est mundum circa nos fingere. Exempli gratia, laser, qui nunc ubique adhibetur, a adjumentis domesticis (gradus laseris, etc.) ad systemata technica alta (lasers ad visionem correctionis, salve ). Consentaneum enim est assumere aliquem citius aut serius ascendurum esse cum idea cur non utatur quantitatis systematibus ad computandum. Ac deinde anno 1980 factum est.
Vicipaedia indicat primam ideam quanti computandi anno 1980 expressam esse a physico nostro Yuri Manin. Sed vere inceperunt de eo solum anno 1981 loqui, cum notissimus R. Feynman notavit impossibile esse evolutionem quantitatis systematis in computatro classico modo efficienti simulare. Proposuit exemplar elementarium qui talem Polyclitum exsequi poterunt.
Est , in quo magis academice ac singulariter consideretur, sed breviter transgredimur;
Maiora miliaria in historia quantumos computatores creandi:
- [1994]. P. Shore. Designed by
- [1998]. creatus
- [2001]. IBM supplicium introductum ad expansionem numeri XV "
- [XIII-XV]. gignit et enucleat una PC cum 128-2000 qubits
- [2012]. Impletum est in Universitate Californiae
- [2016]. Google in IX-qubit computatrum
- [2017]. (Tres atomi)
- [2019]. . XX, qubit computatrum in nube
- [2019]. . 53 qubit ornare. ?
Ut videre potes, 17 anni elapsi sunt (ab 1981 ad 1998) a momento ideae ad primam suam exsecutionem in computatralis cum 2 qubits, et 21 annis (ab 1998 ad 2019) usque ad numerum qubituum ad 53 auctum. Accepit annos XI (ab 11 ad MMXII) ut effectus algorithmi Shor (inspiciemus paulo post fusius) a numero 2001 ad 2012. Item, tres tantum annos ad punctum venimus. exsequentes quae de Feynman loquebatur, et discere ad systemata physica simplicissima effingenda.
Progressio quantitatis computandi tarda est. Scientistae et fabrum in difficilioribus versantur operibus, quantae civitates sunt brevissimae et fragiles, et ut eas conservare possint ad calculas faciendas, sarcophagos aedificare habent per decem milia dollariorum, in quibus temperatura conservatur. mox absoluta nulla, et quae ab influentiis externis maxime tutantur. Deinde de his muneribus ac quaestionibus fusius loquemur.
Ducens Histriones
Labes ad hanc sectionem sumuntur ex articulo , from researcher Alexey Fedorov. Dirige me tibi dare quotes
Omnes nationes technologice prosperae nunc actuose technologias quantas explicant. In hac investigatione ingens pecuniae vis collocatur et programmata specialia ad quantas technologias sustinendas creantur.
Non solum civitates, sed etiam societates privatae quantitatis genus participant. In summa, Google, IBM, Intel et Microsoft nuper circa $0,5 miliarda in evolutione computatorum quantumrum collocaverunt et magnas officinas et centra investigationis creaverunt.
Multi articuli in Habré et in interreti sunt, v.gr. , и in quo rerum status hodiernus cum evolutione quantum- rum technologiarum in diversis regionibus accuratius examinatur. Praecipuum nunc nobis est quod omnes nationes technologice progressae ac lusores ingentes pecuniae in investigationibus in hac directione collocant, quae spem praebet exitum technologici angustiae hodiernae.
Development directiones
In momento (perperam possem, quaeso, me corrigere), praecipui conatus (et plus minusve significantes eventus) omnium primariorum scaenicorum in duobus locis coniunguntur;
- Specialioribus quantum computersquae eo spectant ut unam quaestionem specificam specificam solvant, exempli gratia, problema optimizationis. Exemplum producti est D-unda quantum computatoriorum.
- Universal quantum computers — quae possunt ad exsequendum quantum algorithmos arbitrarios (Shor, Grover, etc.). Implementa ex IBM, Google.
Aliae evolutionis vectores quantum physicae praebet, uti:
- ut basis for
- et multo amplius
Utique, etiam in indicem regionum pervestigationis est, nunc autem videntur non plus minusve eventus significantes esse.
Etiam legere potes , bene, google "„, e.g. , и .
Basics. Quantum objectum et quantum systems
Maxime intelligere ex hac sectione est
quantum computatrum (Dissimilis solitum) utitur ad informationem eorum qui portabant quantumet calculis explendis, quantum objecta connexa sint quantum systema.
Quid est quantum obiectum?
Quantum objectum — objectum microworld (quantum) quae exhibet quantas proprietates;
- Habet statum definitum cum duobus terminis levels
- Est in superpositione status sui usque ad momentum mensurae
- Se implicat cum aliis obiectis ad creandos quantum systemata
- Satis nulla exquisitis theorematis (obiecti status non exscriptus)
Intueamur singulas res fusius;
Habet statum definitum cum duobus gradibus (finis status)
Exemplar classicum reale mundi est nummus. "partem" habet, qui in duobus limitibus, "capita" et "caudae" accipit.
Est in superpositione status sui usque ad momentum mensurae
Nummum jactat, volat et rotat. Cum in revolvitur, impossibile est dicere in quo statu limes eius "latus" situs est. Sed simul ac nos adprimimus et exitum intuemur, superpositio statuum statim in unum concidit duorum finium statuum, "capitum" et "caudam". Alapis nummus in nostro casu mensura est.
Se implicat cum aliis obiectis ad creandos quantum systemata
Nummo difficile est, sed experimentum est. Finge nos tres nummos jactatos ut inter se haerentes volvantur, hoc numismata captant. In singulis momentis non solum singulae civitates superponuntur, sed hae civitates mutuo se inducunt (nummi colliduntur).
Satis nulla exquisitis theorematis (obiecti status non exscriptus)
Dum nummi volitant et solvuntur, nullo modo possumus exemplar status alicuius nummorum a systemate separato creare. Ratio in se vivit et valde invidet emittendi informationes ad extra.
Paucis verbis de ipso conceptu "superpositiones", in omnibus fere articulis explicatur superpositio "in omnibus civitatibus simul", quod quidem verum est, sed interdum superflue confundens. Superpositio statuum etiam cogitari potest ut in quolibet momento temporis quantum obiectum habeat quaedam probabilia ruere in singulas suos limites, et omnino haec probabilia naturaliter sunt aequalia 1 .. Postea, qubit consideremus, de hoc planius agemus.
Nummi enim, hoc subjici potest - secundum primam celeritatem, angulum iactare, statum ambitus in quo nummus volat, unoquoque momento temporis probabilitatem comparandi "capita" vel "caudas" alia est. Et, ut supra dictum est, status talis nummi volantis potest fingi esse in omnibus terminis suis simul, sed diversis probabilitatibus deducendi.
Quodlibet obiectum pro quo praedictae possessiones obviae sunt et quod creare ac moderari possumus, uti tabellarius informationis in quanto computatorio potest.
Aliquanto ulterius de statu rerum hodierno loquemur cum exsequendis qubituum physicorum quantitatum obiectis, et quae scientiarum hac facultate utantur.
tertiae itaque proprietatis affirmat obiectis quantis posse implicari ad quantum systemata creare. Quid est quantum ratio?
Quantum systema - systema implicita quantitatis obiectis cum sequentibus proprietatibus:
- Quantum ratio est in superpositione omnium possibilium statuum obiectorum, in quibus consistit
- Impossibile est cognoscere statum rationis usque ad momentum mensurae
- In momento mensurae ratio unum ex possibilibus variantibus statuum finium suorum efficit
(Et prospiciens paulo)
Corollarium pro quantis programmatibus:
- Quantum programma habet certam systematis statum in input, superpositionem intus, superpositionem in output
- In output programmatis post mensurationem probabilisticam habemus exsecutionem unius possibilis finalis systematis (errores plus possibiles)
- Quaelibet programma quantum habet architecturae caminorum (input -> output. Nullae ansae sunt, statum systematis in medio processus videre non potes).
Comparatio quantitatis computatorii et unius conventionalis
Nunc conferamus computatorium placitum et quantum unum.
| iusto computatrum | quantum computatrum | |
|
logicae
|
0 / 1 | `a|0> + b|1>, a^2+b^2=1` |
|
physicis
|
Semiconductor transistor | Quantum objectum |
|
Information carrier
|
Intentione levels | Polarisation, spin,… |
|
res
|
NON, ET, VEL, XOR super frenos | Valvulae: CNOT, Hadamard,… |
|
Connexio
|
Semiconductor chip | Confusionem ad invicem |
|
Algorithmus
|
Vexillum (vide Flagellum) | Specialia (Shore, Grover) |
|
principle
|
Digital, determinatic | Analog, probabilistic |
Logica gradu
In computatorio regulari hoc frenum est. Notum nobis est per et per paulum determinatic. Valores accipere possunt vel 0 vel 1. perfecte cum munere ratione unitatis ad computatorium regulare, sed prorsus alienum est ad describendam rempublicam quantum objectque, ut jam diximus, in bestiis sita estsuperpositiones eorum terminus civitatibus.
Hoc est quod ascenderunt . In terminis suis stat 0 et 1 . Et in superpositione repraesentat probabilitas in civitatibus suis terminus distribution |0> и |1>:
a|0> + b|1>, такое, что a^2+b^2=1a et b represent quadrata eorum modulorum sunt ipsa probabilia adipiscendi valores tales fines finium |0> и |1>, si qubit cum mcnsura nunc concidat.
Corporalis tabulatum
In hodierna technologico evolutionis gradu, corporalis exsecutio frenum pro computatro conventionali est semiconductor transistorpro quantum, ut iam diximus; quantumlibet objectum. In altera sectione loquemur de iis quae nunc in instrumentis physicis pro quaestionibus adhibentur.
medium storage
Pro iusto computatrum hoc est electricity pro quanti- tate, praesentia vel absentia currentis, etc quantum res statum (directio polarizationis, spinae, etc.) quae potest esse in statu superpositionis.
res
Ad logicam gyros in computatorio regulari deducendi notissimo utimur ad operationes, qubits necesse erat adire, cum omnino alia ratio operationum esset, appellatum est . Portae possunt esse singulae qubit vel duplices qubit, secundum quot qubits convertuntur.
Exempla de portis quantis:
Est conceptus universae valvae setquae ad quemlibet quantum calculum sufficiunt. Exempli gratia, universalis paroecia includit portam Hadamard, mutationem phase porta, portam CNOT et portam π⁄8. Eorum ope potes quantumlibet calculi in arbitraria qubits statuto conficere.
In hoc articulo non in speciali ratione portarum quantarum habitabimus, plura de illis legere potes et de operationibus logicis in qubits, v. gr. . Summa meminisse;
- Operationes in quantis obiectis creationem requirunt novorum operatorium logicalium (quantum portarum)
- Portae quantae veniunt in singulis qubis et bipertitis generibus.
- Exstant portae universales quae ad quamlibet supputationem faciendam adhiberi possunt
Connexio
Unus transistor nobis prorsus inutilis est, ut ad calculos perficiendos multos transistores inter se coniungere necesse est, id est, ex millionibus transistorum, in quibus gyros logicos construere, semiconductoris spumam efficiunt; ac demum processus modernus in sua forma classica acquirat.
Una qubis etiam omnino inutilis est nobis (si modo in vocabulis academicis);
ad exsequendam calculi rationem qubits (quantum objectorum) opus est.
quae, ut jam diximus, implicatione qubitorum inter se creantur, ut in statuum mutationibus coordinate occurrant.
Algorithmus
Vexilla algorithmarum, quae humanitas ad tempus congesta est, prorsus aliena sunt ad exsequendum in quantum computatorium. Etiam in magna nulla. Quantum computatorii portae logicae innituntur in quaestionibus, creationem omnino diversarum algorithms, quantum algorithms requirunt. In notissimis quantis algorithms tria distingui possunt;
- (factorization)
- (Vox quaerere in inordinatum database)
- (Ad quaestionem, constant seu libratum munus)
principle
Maxima autem differentia est principium operativum. Ad vexillum computatrum haec est digital, stricte principium determinatumex eo quod si posuimus statum aliquem systematis initialem et per aliquod algorithmum transvectum, idem erit effectus calculi, quantumvis pluries decurramus calculi. Profecto haec agendi ratio prorsus est quam ex computatro exspectamus.
Quantum computatrum decurrit in analogum, probabilis principium. Effectus alicuius algorithmi in statu dato initiali est sample ex probabilitate distribution finales exsecutiones algorithm errores plus possibiles.
Haec probabilistica natura quantitatis computandi debetur ipsi probabilis essentiae quantitatis mundi. "Deus non ludit cum universo."Dixit vetus Einstein, sed omnia experimenta et observationes tantum (in paradigma hodierno scientifico) contrarium confirmant.
Corporalia exsecutiones qubits
Sicut iam diximus, qubit repraesentari potest per quantum obiectum, hoc est, objectum physicum, quod perficit proprietates quantas supra de quibus supra dictum est. Hoc est, dure loquendo, quodlibet objectum physicum in quo sunt duo status, et hi duo status in superpositione possunt ad construendum quantum computatorium.
“Si atomum in duos gradus facere possumus ac eos regere, qubit habes. Si cum ion hoc facere possumus, est a qubit. Idem est apud current. Si horologico et counterclockwise simul currimus, qubit habes.
Sunt к in quibus hodierna varietas exsecutionum physicarum qubit accuratius consideretur, notissima et vulgaria simpliciter enumerabimus;
- et multae aliae ideae exoticae (aniones, etc.).
Inter omnia haec varietas, prima methodus, qubits obtinendi maxime exculta est, nititur . , , aliique praecipui histriones ad suas systemata construendas utuntur.
Bene, lege plura possibilis " qubits from * .
Basics. Quam quantum computatrum operatur
Materiae huius sectionis (opus et picturae) ex articulo sumuntur .
Ita finge hoc negotium;
Est coetus trium hominum; (A)ndrey, (B)olodya et (C)erezha. Sunt duo taxis (0 and 1).
Notum quoque est;
- (A)ndrey, (B)olodya amici sunt
- (A)ndrey, (C)erezha inimici sunt
- (B) olodya et (C)erezha sunt hostes
Negotium: Place homines in taxis ut Max (amicos) и Min(inimici)
rating: L = (numerus amicorum) - (numerus inimicorum) per accommodationem optio
MAGNUS: Posito quod nullae sint Heuristicae, nulla est optima solutio. Hoc in casu, quaestio solui non potest nisi per integram optionum inquisitionem.
Solutio in iusto computatrum
Quomodo hanc quaestionem solvendam in regulari computatorio (vel botro) solvendam esse manifestum est vos postulo ut loop per omnia possibilia optiones. Si systema multiplicatorium habemus, tum solutiones calculi per plures processus parallelizare possumus ac deinde eventus colligere.
Accommodationem possibilium habemus 2 optiones (taxi 0 et taxi 1) et 3 homines. Solutio spatii 2^3 = 8. Etiam per 8 optiones utens calculator transire potes, quaestio non est. Nunc quaestionem inpediamus - XX homines et duos buses habemus, solutionem spatii 2^20 = 1. Nulla sed turpis neque. Numerum hominum augeamus per 2.5 vicibus - accipe 50 homines et duo impedimenta, solutio spatii nunc est 2^50 = 1.12 x 10^15. Computatorium ordinarium (super) iam graves difficultates habere incipiens. Numerum hominum augeamus per 2 vices, 100 homines iam nobis dabunt 1.2x10^30 optiones fieri.
Id est, hoc opus rationabili temporis quantitate computari non potest.
Connectens supercomputadora
Plurimum computer currently est numerus I of quod , 122 . Sumamus quod 100 operationes indigemus ad unam optionem calculandum, deinde ad solvendam quaestionem pro 100 hominibus quibus egebimus;
(1.2 x 10^30 100) / 122×10^15/ (60 .6024365 ) = 3 x 10^37 annis.
Ut videre possumus prout dimensio primae notitiae augetur, solutio spatii secundum legem potestatem crescitin casu generali, pro N frenis habemus optiones 2^N solutiones possibiles, quae pro relative parva N (100) nobis dant spatium incalculum (in gradu technologico currenti) solutionem spatii.
Ecquid utrumlibet? Vt conieci, ita est.
Sed antequam ingrediamur quomodo et quare computatores quantitatis huiusmodi problemata efficaciter solvere possunt, momento sumamus ut ea quae sunt repetamus. Probabilitas distribution. Noli expavescere, hic est articulus recensionis, hic non erit aliqua dura mathematica, cum pera et pilas faciamus exemplum classicum.
Paululum combinatorics, probabilis theoria et experimenter alienus
Sumamus sacculum et ponemus in eo 1000 album et 1000 nigrum globulorum. Experimentum agemus - pilam sume, colorem scribe, pilam in sacculum redde, et globos in sacculo misce.
Experimentum peractum est ex X temporibus; extraxerunt X nigrum balls. Forsitan? QuiT. Num hoc specimen nobis praebet ideam rationabilem verae distributionis in sacco? Patet non. Quid faciendum sit - ius, pdecies centies experimentum repete et frequentias pilas nigras et albas computare. Concedimus, e.g 49.95% nigrum et 50.05% album. Hoc in casu, structura distributionis ex qua specimen (unam pilam eximito) iam plus minusve patet.
Summa est intelligere quod ipsum experimentum habet de natura probabilisuno exemplo (globum) veram distributionis structuram nesciemus; experimentum multis temporibus repetere opus est et mediocris eventus.
Addamus ad sacculum nostrum X rubrum et X viridi balls (errores). Repetamus experimentum 10 temporibus. IN'extraxerunt V rubrum et V viridi. Forsitan? Ita. Aliquid dicere possumus de vera distributione - No. Quid fieri oporteat - bene intellegis.
Ut cognoscatur structura probabilis distributionis, necesse est ut singulos eventus saepe ex hac distributione et eventus mediocris accipiamus.
Connectens doctrina cum usu
Nunc pro pilis nigris et albis, capiamus globulos bilardulos eosque in sacco ponamus 1000 globuli numero 2, 1000 in numero 7 et 10 globuli cum aliis numeris. Fingamus experimentum qui in actionibus simplicissimis exercitatus est (eximito pilam, numerum scribe, pilam in sacco pone, globos in sacculo commisce) et hoc in 150 microseconds facit. Bene, talis experimentator in velocitate (non tabula medicamento !!!). Deinde in 150 secundis, decies centena millia experimentum nostrum praestare poterit ac nobis fere consequitur.
Sederunt experimentator, dedit ei sacculum, avertit, expectavit 150 secundis, et accepit;
numerus 2 - 49.5%, numerus 7 - 49.5%, reliqui numeri in total - 1%.
Ita, ille correctus est, sacculum nostrum est quantum computatrum cum algorithmus quod problema nostrum solvitac globulorum solutiones. Cum duae sint solutiones rectae, tum quantum computatorium nobis dabit harum solutionum quamlibet pari probabilitate et 0.5% (10/2000) erroresde quo postea dicemus.
Ad exitum quantitatis computatrum obtinendum, quantum algorithmus multiplex temporibus in eodem initus notitiae statuto et evento mediocris currere debes.
Scalability quanti computatrum
Nunc finge pro onere 100 hominum (solution spatium II ^ 2 hoc meminimus) duo tantum sunt recte sententiae. Deinde, si sumamus 100 qubits et scribemus algorithmum qui calculat munus obiectivum nostrum (L vide supra) super his qubitibus, tunc sacculum habebimus in quo erunt 1000 globuli numero primae responsionis rectae 1000 cum numerus rectam responsum secundae et 10 pilas cum aliis numeris. Et in eisdem 150 secundis experimentator noster dabit nobis aestimationem probabilitatis rectae responsionis.
Tempus exsecutionis quantitatis algorithmi (cum aliquibus positis) constans O (1) respectu dimensionis spatii solutionis considerari potest (2^N).
Hoc ipsum est proprietas quantitatis computatrum - runtime constantia relatio ad augendam vim solutionis multiplicitas lex spatii clavis est.
qubi et mundos parallelos
Quomodo hoc fiet? Quid permittit computatorium quantum ad calculas tam cito faciendas? Quanta natura est de qubit.
Ecce diximus qubit instar quantum objecti cognoscit duas civitates observatassed in natura ferus est superpositiones civitatumid est, in utroque termino simul (cum aliqua probabilitate).
take (A)ndreya et finge statum suum (in quo vehiculum est - 0 vel 1) ut qubit. Deinde habemus (in quantum spatium) Duo mundos parallel, in uno (A) sedet in taxi 0, in alio mundo — in taxi 1 . Duobus taxis simulsed in singulis observationibus cum aliqua probabilitate inveniendi.
take (B) iuvenis et ejus statum ut qubit cogitemus. Duo alii mundi paralleli oriuntur. At nunc haec paria mundorum (A) и (V) omnino non penitus. Quod fieri oportet creare affinis ratio? Iustum est, his qubits opus est alligant (confuse). Sumamus et confundamus (A) cum (B) - quantum ratio duarum qubits accipitur (A, B); in se quatuor dependentes mundos parallelos. Add (S)ergey et accipimus rationem trium qubits (ABC); exsequendam octo dependentes mundos parallelos.
Quantitatis computandi essentia (exsecutio catenae portarum quantarum super systema qubitrum connexorum) est quod calculus in omnibus mundis parallelis simul occurrit.
Et refert quot ex eis habemus, 2^3 vel 2^; quantum algorithmus finito tempore super omnes hos mundos parallelos fiet et nobis eventum dabit, quod est specimen ex probabilitate responsionum algorithm distributione.
Ad intellectum melius potest imaginari quantum computatrum in quantum gradu decurrit 2^N parallelae solutionis processuumquorum quisque in una optione possibili operatur, inde colligit eventus operis; respondetur in forma superpositionis solutionis (Responsionum probabilitas distributio), ex qua unumquodque tempus (pro singulis experimentis) specimen habemus.
Memento temporis requisiti experimenter nostri (CL μs) ut experimentum perficiat, hoc paulo longius nobis proderit, cum de principalibus quaestionibus quantitatis computatrum et temporis decohentiae loquimur.
Quantum algorithms
Algorithmi conventionales, ut iam dictum, in logica binaria fundatae, non valent pro quanto computatorio utente quantum- logico (quantum portae). Pro eo, necesse fuit cum novis ascendere quae plene abutuntur potentia inhaerens in quantum ratione computandi.
Notissima algorithmi hodie sunt:
Dissimiles classicas, quantum computatores universales non sunt.
Parvus numerus algorithmorum quantum hucusque repertus est.
Спасибо ad nexum , locus ubi , Auctor () meliores repraesentantes mundi quantum-algorithmici collecti et congregari pergunt.
In hoc articulo quantas algorithmos in speciali non resolvemus, multae materiae egregiae in Interreti sunt pro quovis gradu complexionis, sed adhuc tres clarissimas res breviter attingere debemus.
Shör's algorithmus.
Clarissimi quantum algorithmus est (Inventa MCMXCIV ab Anglis mathematician ) quod spectat ad problema fabricandi numeros in factores primos solvendos (Problematio factorisation, logarithmus discretus).
Hoc algorithmus exemplum affertur cum scribunt tua argentaria systemata et passwords mox detruncabuntur. Considerans longitudinem clavium hodie adhibitam esse non minus quam 2048 frena, tempus pilei nondum venit.
hodie plusquam pudica. Best Factorization Proventus cum Algorithmo Shor - Numeri и qui multo minus quam 2048 frena. Nam reliquae res e convivio diversae calculi, sed etiam optimus effectus secundum hoc algorithmum (291311) multum abest ab applicatione reali.
Plura legere potes de algorithmo Shor, exempli gratia,. Circa exsecutionem - .
RћRґRЅR ° · Rohr multiplicitate et potentia requiritur ut factor a MMXLVIII frenum numerus est una PC cum . placide dormimus.
Grover algorithmus
- solvendo problema enumerationem seu solutionem aequationis inveniendo F(X) = 1ubi F? ex n variabilium. Proponebatur ab an American mathematician в .
Grover algorithmus potest invenire и numerorum serie. Praeterea adhiberi potest ad solvendum problemata per inquisitionem copiose inter multas possibilium solutiones. Hoc potest secum ferre magnam celeritatem quaestus cum algorithmis classicis comparatis, quamvis sine praebendo "" in genere.
Potes legere plusuel . magis Bona explicatio algorithmi exemplo cippi et pilae exsistit, sed, proh dolor, ob rationes ultra cuiusquam imperium est, hic situs mihi ex Russia non patet. Si habetis etiam impeditur, hic breve compendium:
Algorithmus Grover. Finge te habere N argenteos cippi numerati clausas. Omnes vacui sunt praeter unum, quod pilam continet. Tuum negotium: reperi numerum cistae in qua pila sita est (hic numerus incognitus saepe per litteram w significatur).
Quomodo hanc solvendam quaestionem? Via stultissima est vices aperire cistas, et citius aut serius occurres cistam cum globo. In mediocris, quot scrinia cohibenda sunt ante cistam cum pila invenitur? In mediocris, debes aperire circiter dimidium N/2 boxes. Praecipuum hic est, quod si numerum pixidum per 100 tempora augemus, mediocris numerus cippi qui aperiendus est ante cistam cum pila inventa erit etiam 100 temporibus augebit.
Nunc unum clarius faciamus. Loculos ipsi manibus non aperiamus et in singulis pilae praesentiam prehendamus, sed est quidam medius, eum Oraculum vocemus. Dicimus Oraculum, "arca ceptum numerum 732," et Oraculum honeste coercet et respondet, "Nulla pila in capsula numero DCCXXXII." Nunc, loco dicendo quot cistas opus est ut in medium aperiamus, dicimus "quoties in mediocris oportet ire ad Oraculum ut numerum cistae cum pila invenias"
Evenit ut si hoc problema cum scriniis, globo et Oraculo in quantum linguam vertamus, mirabilem exitum consequimur: invenire numerum cistae cum pila in N cistas, Oraculum solum circa SQRT perturbare necesse est. (n) tempora!
Hoc est, multiplicitas inquisitionis usus Grover algorithmus minuitur per radicem quadratam temporum.
Deutsch-Jozi algorithmus
Deutsch-Jozsa algorithmus (also referred to as Deutsch-Jozsa algorithmus) - [quantum algorithmus](%D0%B0%D0%BB%D0%B3%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%82%D0%BC), предложенный и в et fiebat prima exempla algorithmorum destinata attin- . _
Problema Deutsch-Jozsi determinet utrum functio plurium variabilium binariorum F(x1, x2, ... xii) sit constans (sumit vel valorem 0 vel 1 pro quibusvis argumentis) vel libratum (pro medietate ditionis sumit. valor 0, alia medietas I). Hoc in casu, a priori consideratur notum munus vel esse constans vel aequatum.
Etiam legere potes . Simplicior explicatio;
The Deutsch (Deutsch-Jozsi) algorithmus violentis innititur, sed id fieri solito citius permittit. Finge nummum esse in mensa, et debes explorare utrum mentitus sit necne. Ad hoc faciendum, nummum bis intueri debes ac definire: "capita" et "caudae" realia sunt, duo "capita", duo "caudae" ficta sunt. Si igitur uteris Deutsch quantum algorithmus, haec determinatio uno aspectu - mensurae fieri potest.
Problemata de quantitatis computatoribus
Cum quantis computatris excogitandis et operandis, phisicis et mechanicis ingentem numerum quaestionum obeunt, quae ad tempus vario successu solvuntur. Secundum () Sequens problematum series invenire potest:
- Sensitivum ad environment et commercium cum environment
- Cumulus errorum in calculis
- Difficultates with initialization of qubit states
- Difficultates in creando multi-qubit systemata
EGO altus suadeo legere articulum "", praesertim commentaria ad eam.
Omnes quaestiones principales in tres catervas componamus et unumquodque eorum propius inspiciamus:
Decoherence
.
Quantum status valde fragilis estqubits perplexae admodum instabiles sunt; quaevis externa auctoritas hanc nexum perdere potest. Mutatio temperaturae per minimam fractionem gradus, pressurae, photon temere prope volitans - haec omnia systema nostram dissolvit.
Ad hanc quaestionem solvendam, sarcophagi humilis temperaturae aedificantur, in quibus temperatura (-273.14 gradus Celsius) leviter supra absoluta nulla est, cum maxima solitudo cubiculi interni cum processu ab omnibus influentiis ambitus externi (possible).
Maxima vita quantitatis systematis plurium qubituum implicatorum, in quibus possessiones quantas retinet et ad calculos adhiberi potest, tempus decoherentiae appellatur.
In statu, decoherentia temporis in solutionibus quantis optimis, est in ordine decem et centum microseconds.
Mirum est quo potes intueri omnium rerum quantitatum creatarum. Articulus hic duos tantum processores top processores includit ut exempla - ab IBM quod . Ut perspicimus, decohentia temporis (T2) 200 μs non excedit.
in Sycamore non inveni notitias accuratas, sed maxime duo numeri dati sunt - I decies rationes in CC secondsalibi - for 130 secundis sine amissione regiminis annuit, etc.. Hoc utique nobis dat decoherence tempus est circiter 150 μs. memento nostri experimenter cum sacculum? Hem, hic est.
| Nomen computatorium | N Qubits | Max excipere | T2 (μs) |
| IBM Q Ratio One | 20 | 6 | 70 |
| Google Sycamore | 53 | 4 | 150-200 ~ |
Quid nobis decor minatur?
Praecipuum problema est quod post 150 μs, systema computandi N implicati qubits incipiet sonum album probabilisticum emittere loco probabilisticae solutionis rectae distributionis.
Hoc est, opus est;
- Initialize in qubit ratio
- Agere rationem (portae operationes catenae)
- Read eventum
Et haec omnia in 150 microseconds fac. Tempus non habui - eventus vertitur in cucurbita.
Sed id non est.
erroribus
Ut diximus, quantum processibus et quantis computatis probabilibus in naturanihil certi esse potest, sed aliqua probabilitate. Status plus aggravatur per hoc quod quantum est error prone. Praecipua errorum genera in quantis computandis sunt:
- Errores decoherentiae causantur ex multiplicitate systematis et commercii cum ambitu externo
- Errores computationales portae (ob quantam rationem computationis)
- Errores in lectione status finalis.
Errores cum decoherenceappare, quamprimum qubits nostras inplicamus et calculis agere incipimus. Quo plura implicamus, eo magis implicamuseoque facilius delendum est. Sarcophagi inferioris temperatus, cubicula protecta, omnes hae technologicae praestigiae pressius intenduntur ad numerum errorum reducendum et tempus decohentiae amplificandum.
Porta errorum computationum — Operatio quaevis in qubits potest, cum aliqua probabilitate, errore finire, et algorithm efficere, ut centum portas perficias, ut cogitet quod in fine executionis nostri algorithmi consequi possumus. Classica responsio quaestioni est "Quid probabile est occurrere dinosaurum in elevatore?" — 50x50, vel occurres vel non.
Ad quaestionem deteriorem faciendam, normae errorum methodorum correctionis (duplicatio calculi et fere) non operantur in quanto mundo ob theoremate non exquisitum. For in quantum computando ad inveniendum . Dure loquendo, qubittiones ordinarias N accipimus et ex illis faciunt logice qubit cum inferiore rate error.
Sed hic alia quaestio oritur. totalis numerus qubits. Ecce dicamus processum habere cum qubits 100, quarum 80 qubits pro erroris correctione adhibentur, tunc tantum XX pro calculis relinquimus.
Errores in legendo extremum exitum — sicut meminimus, effectus quantitatum calculi nobis in forma exhibetur probabile responsa distributio. Sed lectio finalis status potest etiam cum errore deficere.
De eodem Tabulae processuum comparativae sunt per gradus errorum. Ad comparationem, eosdem processus sumamus ac in exemplo praecedente - IBM и :
| Computer | 1-Qubit Porta Canones | 2-Qubit Gate Fidelitas | Readout Canones |
| IBM Q Ratio One | 99.96% | 98.31% | - |
| Google Sycamore | 99.84% | 99.38% | 96.2% |
est est mensura duarum quantarum. Magnitudo erroris duriter exprimi potest ut 1-Fidelitas. Ut perspicimus, errores in 2-qubitis portis et errorum legitimis impedimentum praecipue sunt obexsequendi algorithmos multiplices et longi in quantis computatris exsistentibus.
Etiam legere potes annis a * erroris problema ad solvendam correctionem.
Processus architecturae
In doctrina aedificamus et operamur circulos dozens of qubits implicatusre vera omnia sunt faciliora. Omnes exsistentes quantitatis astulae (processiones) ita aedificantur ut sine dolore se praebeant implicatio unius qubit cum vicinisquorum non sunt nisi sex.
Si necesse habemus implicare primum qubit, dic cum 1th, tunc habebimus additae catenae quantum operationes aedificareadditis qubits, etc., quae altiorem errorem auget. Ita, et ne obliviscaris decoherence temporefortasse tempus, qubits in circuitu opus est, finiet tempus et totum ambitum vertet in . nisi album sonitus generantis.
Etiam nolite oblivisci Architectura omnium processuum quantum differtet programma in aemulatorem in "omnia ad omnem connectivity" modum necesse erit "recompilari" in architectura cuiusdam chipae. Sunt etiam ad hanc operationem.
Maximus connectivity et maximus numerus qubits in eodem capite abutatur:
| Nomen computatorium | N Qubits | Max excipere | T2 (μs) |
| IBM Q Ratio One | 20 | 6 | 70 |
| Google Sycamore | 53 | 4 | 150-200 ~ |
Et ad comparationem; mensa cum notitia a generatione processors. Confer numerum qubits, decohentiam temporis, et erroris rate cum illis quae nunc habemus cum nova generatione. Progressus tamen tardus est, sed movendus.
sic:
- Nullae nunc sunt architecturae plene connexae cum 6 qubits
- Innectere qubit 0 s in processu reali, e.g., qubit 15 plures requirunt operationes duodecim additas.
- Plures operationes -> plures errores -> fortior influxus decoherentiae
results
Decoherence est lectum Procrusteum quantitatis modernae. Omnia in 150 μs aptare debemus:
- Initialization in primo statu qubits
- Difficultas computatis portae quantum utens
- Verum errores ut eventus significantius
- Read eventum
Hactenus eventus frustretur, quamquam dicunt consequi 0.5s cohaerentia retention tempus in quantum computatrum fundatur :
Metimur qubit cohaerentiam temporis in excessu 0.5, et cum protegendo magnetico speramus id emendare longiorem quam mille esse.
Etiam de hac technologia legere potes vel exempli gratia .
Rerum condicio adhuc perplexa est, quod cum calculis implicatis faciendo, quantis errorum circuitibus corrigendis uti necesse est, qui etiam tempus et qubits res exedit.
Ac denique recentiores architecturae machinas inplicare non permittunt meliores quam 1 in 4 vel 1 in 6 minimo pretio.
Vias ut quaestiones explicet
Ad quaestiones praedictas solvendas, accessus ac methodus hic nunc adhibentur;
- Utens cryochambers cum low temperaturis (10 mK (-273,14°C))
- Processus usurae unitates quae ab influentiis externis maxime muniuntur
- Quantum error disciplinae Systems (Logic Qubit)
- Usura optimizers cum programming circuitibus ad specifica processus
Investigatio etiam perducitur ad augendam decoherentiam temporis, quaerendo novas (et meliores notas) physicas exsecutiones rerum quantitatum, ambitus optimizing correctionis, etc., etc. Progressus est (vide supra notas veterum ac hodie summo-finem xxxiii), sed tantum est lentum, valde, tardissimum.
D-Wave
D-Wave 2000Q 2000-qubit computatorium. Source:
In nuntiante Google assequendi quantum imperium utens 53-qubit processus, и ex comitatu D-Undo, in quo numerus qubits est in mille, aliquantum confundit. Enimvero, si 53 quaestiones quantam supremam consequi poterant, quidnam computatorium cum 2048 qubits capax est? Sed non omne bonum est...
In summa (ex wiki sumpta);
computers opus in principio (), genus optimizationis problematum valde limitatum solvere potest, nec aptae sunt ad exsequendum algorithms traditum quantum et quantum portae.
Plura legere potes, e.g. , (Cave, non aperta a Russia), vel в ex his . Viam eius diarii in generali legendo tractet, multum bonae materiae ibi est
In genere, inde ab initio annuntiationum, communitas scientifica quaestiones habuit de D-unda computatoribus. Exempli gratia, in 2014, IBM hoc quaesivit quod D-Wave Inde pervenit quod in 2015 Google una cum NASA unum ex his quantis computatoribus emit et post investigationem ut sic, computatorium opus et problema velocius quam ordinarium calculat. Plura legere potes de enuntiatione Google et exempli gratia .
Summa est quod computatores D-unda, cum centenis et mille qubituum suis, computare et currere non possunt quantum algorithmorum. Non potes in illis currere algorithmum Shoris, exempli gratia. Omnes facere possunt, certae machinae quantae ad certam optimizationem problema solvendam utuntur. Considerare possumus D-undam quantum ASIC esse munus specificum.
Paulo de quantum computatrum aemulatio
Quantum computatio in computatorio regulari aemulari potest. Certe, :
- Status qubit potest esse complex numerus, occupans ab 2x32 ad 2x64 frena (8-16 bytes) pendens in processu architecturae
- Status N connexus qubits ut numeri complexi 2^N repraesentari possunt, i.e. 2^(3+N) pro 32-bis architecturae et 2^(4+N) pro 64-bit.
- Quanta operatio in N qubits per 2^N x 2^N repraesentari potest matrix
deinde:
- Ad statuas aemulandas de quinque qubits, 10 KB, opus est
- Condere civitates XX qubits debes VIII MB
- Ad condere civitates 30 qubits, 8 GB opus est
- 40 Terabytes opus est ad condendas civitates 8 qubits
- Ad condere civitates 50 qubits, 8 Petabytes opus sunt, etc.
Nam comparationis, (2.8 Petabytes tantum memoriae portat.
— 49 qubit anno praeterito maximo Sinensi supercomputato traditus est ()
Modus simulandi quantum computatorium in systematibus classicis determinatur per quantitatem RAM quae requiritur ad statum qubituum congregetur.
Ego quoque suadeo legere . Inde:
Operando - pro certa aemulatione circuli 49-qubit constans quibusdam 39 "cyclis" (stratis independentibus portarum) 2^63 multiplicationes multiplices - 4 Pflops supercomputatoris per 4 horas
Aemulans 50+ qubit quantum computatorium in systematibus classicis rationabili tempore impossibilis censetur. Hac de causa etiam Google usus est processor 53-qubit ad experimentum quantum suprematus.
Quantum supputandi principatus.
Vicipaedia nobis dat hanc definitionem dominationis quantitatis computandi:
Quantum principatus - habilitas machinas ad quaestiones solvendas quas computatores classici re vera solvere non possunt.
Re quidem vera, quantum suprematus assequendum significat, exempli gratia, factorizationem magnorum numerorum utentium Shor algorithm tempore congruo solvi posse, vel moleculae chemicae implicatae in quanto gradu, et sic deinceps, aemulari possunt. Hoc est, nova aetas advenit.
Est autem quidam effugium in dictione definitionis.quae classica computers fere non potest solvere" Re quidem vera hoc significat, si quantum computatorium 50+ qubituum efficias et in ea quantum- dam currendo decurras, tum, ut supra exposuimus, effectus huius circuli in computatro iusto aemulari non potest. Ille est computatorium classicum exitum talem ambitum recreare non poterit.
Utrum talis effectus realem quantum principatum constituat necne, quaestio philosophica potius est. Sed intellige quid Google fecerit et quid innitatur necesse est.
Google'S Quantum Supremacy Statement
Sycamore 54-qubit processus
Itaque, mense Octobri MMXIX, Google tincidunt articulum in Natura publica scientifica ediderunt "" Auctores quantum primatus principatus consecutionem annuntiaverunt primum in historia utentes 54-qubit sycomororum processus.
Sycamore articulorum online saepe referuntur ad vel 54-qubit processus vel 53-qubit processus. Verum est quod secundum processus physice constat ex 54 qubits, sed una earum non laborat et extra servitium sumta est. Sic in re-53 qubit processum habemus.
In ius textus materias hoc loco, cuius gradus variatur ad .
Quantum computandi quadrigis IBM scriptor postea asseruit . Societas asserit computatorium conventionalem hoc in casu pessimo in casu 2,5 dierum obiturum esse, et consequens responsum accuratius quam quantitatis computatorium futurum esse. Haec conclusio facta est secundum eventus analysis speculativae plurium optimizationum methodorum.
Et quidem, in Hanc sententiam ignorare non potui. His cum omnibus nexibus ut assolet, operae tuae vacantes. Ad centrum hoc FAQ, et commentarios legere scito, nexus sunt ad documenta praevia quae ante publica denuntiatio in online emanata sunt.
Quid Google actu? Pro accurato intellectu, lege Aaronson, sed breviter hic:
Possum sane, inquam, sed sentio potius stolidus. Calculus talis est: experimenter quantumlibet ambitum C temere generat (i.e., temere seriei 1-qubit et 2-qubit portarum inter proximos proximos, altitudine, exempli gratia, 20 in retis 2D n. = 50-60 qubits). Experitor deinde C mittit ad quantum computatorium, et rogat ut C applicet ad statum initialem 0, proventum in {0,1} fundamento metiaris, sequentia n-bit remittit (chorda), et plura repete. millies or decies. Tandem, scientia ipsius C utens, experimentor statisticam probationem facit ut videat si eventus exspectationis e quantito computatro aequet.
Brevissime:
- Circuitus incerti longitudinis 20 of 53 qubits creatur utens portis
- Ambitus incipit a statu primo [0…0] ad executionem
- The output of the circuit is a random bit chorda (sample)
- Distributio effectus non est temere (intercessione);
- Exemplaria distributio consecuti comparatur cum uno expectato
- Quantum Supremacy concludit
Hoc est, Google quaestionem syntheticam in processu 53-qubit ad effectum adduxit et suam positionem fundat assequendi quantum supremae in eo quod impossibile est talem processum emulari in normas normas rationabili tempore.
Ad intellectum - Haec sectio nullo modo diminuit factum Googlefabrum revera magni sunt, et quaestio utrum haec quantum praestantia reali considerari possit necne, ut iam ante dictum est, magis philosophica sit quam machinalis. Sed intellegendum est talem computationalem praestantiam consecuti, unum gradum non profecisse ad facultatem currendi algorithmum Shor's in numeris 2048 bis.
summary
Quantum computatorium et quantum computatio valde promittunt, infantes sunt et quantum ad industriam parum applicabiles area notitiarum technologiarum.
Explicatio quantitatis computandi voluntatem nobis permittit ut quaestiones explicet;
- Exemplar complexum systematum corporis in quantum gradu
- Insolubilis in iusto computatrum propter complexionem computational
Summa problemata in creando et operando quantis computatris:
- Decoherence
- Errores (decoherentia et porta)
- Architectura processus (qubit circuli plene connexus)
Status rerum:
- Nam ipsum principium .
- Nulla est abusio realis commercialis adhuc (et incertum est quando futurum est)
Quid juvat;
- Inventio quaedam physica quae sumptus de wiring et operandi processores minuit
- Aliquid inveniendi quod augebit decohentiam temporis per ordinem magnitudinis et/vel errores minuendum
Mea quidem sententia (purly personal opinion); In hodiernae scientiae paradigma scientifico, significantes successus in quantis technologiarum evolutione non assequemurhic opus est qualitativo perrumpere in aliqua regione scientiae fundamentalis vel applicatae, quae novis notionibus ac modis impetum dabit.
Interim experimur quantum in programmandis, colligendis et creandis quantis algorithms, experimentis ideis, etc., etc. Expectantes breakthrough.
conclusio,
In hoc articulo, per miliaria maxima in evolutione quantitatis computationis et quantum computatorum, principium operationis eorum examinavimus, quaestiones praecipuas quae ad mechanicos in evolutione et operatione quantium processuum spectantes perscrutati sunt, et etiam quid multi-qubit intuebantur. D-computatores actu sunt, Unda et Google recentis nuntius assequendi quantum principatus est.
Post scenas relictae sunt quaestiones programmandi quantum computatorum (linguarum, aditus, methodi, etc.) et quaestiones ad specifica processuum exsecutionem physicam pertinentia, quomodo quaestiones tractantur, conectuntur, legunt, etc. Fortasse hic erit locus sequentis articuli vel articuli.
Tibi gratias ago pro attentione tua, spero hunc articulum alicui usui fore.
(C)
agnitiones
ad probationes et commentationes in textum fontalem, tum ad articulum
ad informationem, dives comment in et non solum ea, quae me plurimum adiuvabat ad hoc aenigma.
Omnibus auctoribus articulorum et publicationum quorum materia in hoc articulo scribendo adhibita sunt.
Index facultatum
Vena Negotiis Articuli e [The National Academies Press]
Articuli ex Habr (in random order)
Unsorted (sed non minus interesting) vasa e Internet
Cursus et praelectiones
Source: www.habr.com