Kvantu datori un kvantu skaitļoÅ”ana - jaunums , kas tika pievienota mÅ«su informÄcijas telpai kopÄ ar , un citi augsto tehnoloÄ£iju termini. TajÄ paÅ”Ä laikÄ es nekad nevarÄju atrast materiÄlu internetÄ, kas varÄtu salikt puzli manÄ galvÄ sauc "KÄ darbojas kvantu datori". JÄ, ir daudz izcilu darbu, tostarp par Habru (sk. ), komentÄri, kuriem, kÄ jau tas mÄdz bÅ«t, ir vÄl izzinoÅ”Äki un noderÄ«gÄki, bet bilde galvÄ, kÄ saka, nesakrita.
Un nesen pie manis pienÄca kolÄÄ£i un jautÄja: āVai tu saproti, kÄ darbojas kvantu dators? Vai varat mums pastÄstÄ«t?ā Un tad es sapratu, ka es neesmu vienÄ«gais, kam ir problÄmas ar sakarÄ«gu attÄlu savÄ galvÄ.
RezultÄtÄ tika mÄÄ£inÄts apkopot informÄciju par kvantu datoriem konsekventÄ loÄ£iskÄ shÄmÄ, kurÄ pamatlÄ«menÄ«, bez dziļas iedziļinÄÅ”anÄs matemÄtikÄ un kvantu pasaules struktÅ«rÄ, tika skaidrots, kas ir kvantu dators, pÄc kÄdiem principiem tas darbojas un ar kÄdÄm problÄmÄm saskaras zinÄtnieki, to veidojot un darbinot.
Satura
Atruna
Autors nav eksperts kvantu skaitļoÅ”anÄ, un Raksta mÄrÄ·auditorija ir tie paÅ”i IT cilvÄki, nevis kvantu speciÄlisti, kuri arÄ« vÄlas savÄs galvÄs izveidot attÄlu ar nosaukumu āKÄ darbojas kvantu datoriā. Å Ä« iemesla dÄļ daudzi jÄdzieni rakstÄ ir apzinÄti vienkÄrÅ”oti, lai labÄk izprastu kvantu tehnoloÄ£ijas āpamataā lÄ«menÄ«, bet bez .
RakstÄ dažviet izmantoti materiÄli no citiem avotiem, . Kur vien iespÄjams, tiek ievietotas tieÅ”as saites un norÄdes uz oriÄ£inÄlo tekstu, tabulu vai attÄlu. Ja esmu kaut ko (vai kÄdu) kaut kur aizmirsusi, rakstiet un izlaboÅ”u.
Ievads
Å ajÄ nodaÄ¼Ä Ä«sumÄ apskatÄ«sim, kÄ sÄkÄs kvantu Ära, kÄds bija kvantu datora idejas motivÄcijas iemesls, kas (kuras valstis un korporÄcijas) Å”obrÄ«d ir vadoÅ”ie spÄlÄtÄji Å”ajÄ jomÄ, kÄ arÄ« Ä«sumÄ. par galvenajiem kvantu skaitļoÅ”anas attÄ«stÄ«bas virzieniem.
KÄ tas viss sÄkÄs
Par kvantu laikmeta sÄkumpunktu tiek uzskatÄ«ts 1900. gads, kad M. Planks pirmo reizi izvirzÄ«ja ka enerÄ£ija tiek emitÄta un absorbÄta nevis nepÄrtraukti, bet atseviŔķos kvantos (porcijÄs). Ideju uzÅÄma un attÄ«stÄ«ja daudzi izcili tÄ laika zinÄtnieki - Bors, EinÅ”teins, Heizenbergs, Å rÄdingers, kas galu galÄ noveda pie tÄdas zinÄtnes radÄ«Å”anas un attÄ«stÄ«bas kÄ . InternetÄ ir daudz labu materiÄlu par kvantu fizikas kÄ zinÄtnes veidoÅ”anos, Å”ajÄ rakstÄ par to sÄ«kÄk nekavÄsimies, taÄu bija jÄnorÄda datums, kad iegÄjÄm jaunajÄ kvantu laikmetÄ.
Kvantu fizika mÅ«su ikdienÄ ir ienesusi daudzus izgudrojumus un tehnoloÄ£ijas, bez kurÄm tagad ir grÅ«ti iedomÄties apkÄrtÄjo pasauli. PiemÄram, lÄzers, ko tagad izmanto visur, sÄkot no sadzÄ«ves tehnikas (lÄzera lÄ«meÅi u.c.) lÄ«dz augsto tehnoloÄ£iju sistÄmÄm (lÄzeri redzes korekcijai, sveiki ). BÅ«tu loÄ£iski pieÅemt, ka agri vai vÄlu kÄdam nÄks klajÄ ar domu, kÄpÄc gan neizmantot kvantu sistÄmas skaitļoÅ”anai. Un tad 1980. gadÄ tas notika.
Wikipedia norÄda, ka pirmo ideju par kvantu skaitļoÅ”anu 1980. gadÄ izteica mÅ«su zinÄtnieks Jurijs MaÅins. TaÄu pa Ä«stam par to sÄka runÄt tikai 1981. gadÄ, kad pazÄ«stamais R. Feinmens , atzÄ«mÄja, ka nav iespÄjams efektÄ«vi simulÄt kvantu sistÄmas attÄ«stÄ«bu klasiskajÄ datorÄ. ViÅÅ” ierosinÄja elementÄru modeli , kas varÄs veikt Å”Ädu modelÄÅ”anu.
Tur ir , kurÄ tiek aplÅ«kots akadÄmiskÄk un detalizÄtÄk, taÄu mÄs Ä«sumÄ apskatÄ«sim:
Galvenie pagrieziena punkti kvantu datoru radÄ«Å”anas vÄsturÄ:
- [1994]. P. Krasts. ProjektÄjis
- [1998]. Izveidots
- [2001]. IBM ieviesa izpildi numura 15 paplaÅ”inÄÅ”anai
- [2007-2016]. izveido un attīsta datoru ar 128-2000 kubitiem
- [2012]. Ieviests Kalifornijas UniversitÄtÄ
- [2016]. Google 9 kubitu datorÄ
- [2017]. (trīs atomi)
- [2019]. . 20 kubitu dators mÄkonÄ«
- [2019]. . 53 kubitu dators. ?
KÄ redzams, no idejas brīža lÄ«dz pirmajai realizÄcijai datorÄ ar 17 kubitiem ir pagÄjuÅ”i 1981 gadi (no 1998. lÄ«dz 2. gadam) un 21 gads (no 1998. lÄ«dz 2019. gadam), lÄ«dz kubitu skaits pieauga lÄ«dz 53. Bija nepiecieÅ”ami 11 gadi (no 2001. lÄ«dz 2012. gadam), lai Å ora algoritma (sÄ«kÄk apskatÄ«sim nedaudz vÄlÄk) rezultÄtu no skaitļa 15 uz 21. TÄpat tikai pirms trim gadiem nonÄcÄm pie tÄ, ka Ä«stenot to, par ko runÄja Feinmens, un iemÄcÄ«ties modelÄt vienkÄrÅ”ÄkÄs fiziskÄs sistÄmas.
Kvantu skaitļoÅ”anas attÄ«stÄ«ba ir lÄna. ZinÄtnieku un inženieru priekÅ”Ä ir ļoti sarežģīti uzdevumi, kvantu stÄvokļi ir ļoti Ä«slaicÄ«gi un trausli, un, lai tos saglabÄtu pietiekami ilgi, lai veiktu aprÄÄ·inus, viÅiem par desmitiem miljonu dolÄru ir jÄbÅ«vÄ sarkofÄgi, kuros tiek uzturÄta temperatÅ«ra. nedaudz virs absolÅ«tÄs nulles, un kas ir maksimÄli aizsargÄti no ÄrÄjÄm ietekmÄm. TÄlÄk par Å”iem uzdevumiem un problÄmÄm runÄsim sÄ«kÄk.
VadoÅ”ie spÄlÄtÄji
Å Ä«s sadaļas slaidi ir Åemti no raksta , no pÄtnieka Aleksejs Fjodorovs. Ä»aujiet man sniegt jums tieÅ”us citÄtus:
Visas tehnoloÄ£iski veiksmÄ«gÄs valstis Å”obrÄ«d aktÄ«vi attÄ«sta kvantu tehnoloÄ£ijas. Å ajos pÄtÄ«jumos tiek ieguldÄ«ts milzÄ«gs naudas apjoms, un tiek veidotas Ä«paÅ”as programmas kvantu tehnoloÄ£iju atbalstam.
Kvantu skrÄjienÄ piedalÄs ne tikai valstis, bet arÄ« privÄti uzÅÄmumi. KopumÄ Google, IBM, Intel un Microsoft nesen kvantu datoru izstrÄdÄ ir ieguldÄ«juÅ”i aptuveni 0,5 miljardus dolÄru un izveidojuÅ”i lielas laboratorijas un pÄtniecÄ«bas centrus.
Ir daudz rakstu par HabrÄ un internetÄ, piemÄram, , Šø , kurÄ sÄ«kÄk apskatÄ«ts paÅ”reizÄjais stÄvoklis ar kvantu tehnoloÄ£iju attÄ«stÄ«bu dažÄdÄs valstÄ«s. Mums Å”obrÄ«d galvenais ir tas, ka visas vadoÅ”Äs tehnoloÄ£iski attÄ«stÄ«tÄs valstis un spÄlÄtÄji iegulda milzÄ«gus lÄ«dzekļus pÄtniecÄ«bÄ Å”ajÄ virzienÄ, kas ļauj cerÄt uz izeju no paÅ”reizÄjÄ tehnoloÄ£iskÄ strupceļa.
Attīstības virzieni
Å obrÄ«d (es varu kļūdÄ«ties, lÅ«dzu, izlabojiet) visu vadoÅ”o spÄlÄtÄju galvenie centieni (un vairÄk vai mazÄk nozÄ«mÄ«gi rezultÄti) ir koncentrÄti divÄs jomÄs:
- SpecializÄti kvantu datori, kas ir vÄrsti uz vienas konkrÄtas problÄmas risinÄÅ”anu, piemÄram, optimizÄcijas problÄmu. Produkta piemÄrs ir D-Wave kvantu datori.
- UniversÄlie kvantu datori ā kas spÄj realizÄt patvaļīgus kvantu algoritmus (Å ors, Grovers u.c.). ÄŖstenojumi no IBM, Google.
Citi attÄ«stÄ«bas vektori, ko mums sniedz kvantu fizika, piemÄram:
- kÄ pamatu
- un vÄl daudz vairÄk
Protams, tas ir arÄ« pÄtÄmo jomu sarakstÄ, taÄu Å”obrÄ«d Ŕķiet, ka nav ne vairÄk, ne mazÄk nozÄ«mÄ«gu rezultÄtu.
TurklÄt jÅ«s varat lasÄ«t , labi, google"", PiemÄram, , Šø .
Pamati. Kvantu objekti un kvantu sistÄmas
VissvarÄ«gÄkais, kas jÄsaprot no Ŕīs sadaļas, ir tas
Kvantu dators (atŔķirÄ«bÄ no ierastÄ) izmanto kÄ informÄcijas nesÄjus kvantu objekti, un, lai veiktu aprÄÄ·inus, ir jÄsavieno kvantu objekti kvantu sistÄma.
Kas ir kvantu objekts?
Kvantu objekts - mikropasaules (kvantu pasaules) objekts, kam piemīt kvantu īpaŔības:
- Ir noteikts stÄvoklis ar diviem robežlÄ«meÅiem
- LÄ«dz mÄrÄ«Å”anas brÄ«dim atrodas sava stÄvokļa superpozÄ«cijÄ
- SapinÄs ar citiem objektiem, lai izveidotu kvantu sistÄmas
- Atbilst neklonÄÅ”anas teorÄmai (objekta stÄvokli nevar kopÄt)
ApskatÄ«sim katru Ä«paÅ”umu sÄ«kÄk:
Ir noteikts stÄvoklis ar diviem robežlÄ«meÅiem (beigu stÄvoklis)
Klasisks reÄlÄs pasaules piemÄrs ir monÄta. Tam ir āsÄnuā stÄvoklis, kam ir divi robežlÄ«meÅi - āgalvasā un āastesā.
LÄ«dz mÄrÄ«Å”anas brÄ«dim atrodas sava stÄvokļa superpozÄ«cijÄ
ViÅi iemeta monÄtu, tÄ lido un griežas. KamÄr tas griežas, nav iespÄjams pateikt, kurÄ no robežlÄ«meÅiem atrodas tÄ āsÄnuā stÄvoklis. Bet, tiklÄ«dz mÄs to nolaižam un paskatÄmies uz rezultÄtu, stÄvokļu superpozÄ«cija uzreiz sabrÅ«k vienÄ no diviem robežstÄvokļiem - āgalvÄmā un āastesā. MonÄtas sitiens mÅ«su gadÄ«jumÄ ir mÄrÄ«jums.
SapinÄs ar citiem objektiem, lai izveidotu kvantu sistÄmas
Ar monÄtu ir grÅ«ti, bet mÄÄ£inÄsim. IedomÄjieties, ka mÄs izmetÄm trÄ«s monÄtas tÄ, lai tÄs grieztos, pielipuÅ”as viena pie otras, tÄ ir žonglÄÅ”ana ar monÄtÄm. KatrÄ laika brÄ«dÄ« katrs no tiem ne tikai atrodas stÄvokļu superpozÄ«cijÄ, bet Å”ie stÄvokļi savstarpÄji ietekmÄ viens otru (monÄtas saduras).
Atbilst neklonÄÅ”anas teorÄmai (objekta stÄvokli nevar kopÄt)
KamÄr monÄtas lido un griežas, mÄs nevaram izveidot nevienas monÄtas grieÅ”anÄs stÄvokļa kopiju atseviŔķi no sistÄmas. SistÄma dzÄ«vo sevÄ« un ir ļoti greizsirdÄ«ga par jebkÄdas informÄcijas izplatÄ«Å”anu Ärpasaulei.
VÄl daži vÄrdi par paÅ”u koncepciju "superpozÄ«cijas", gandrÄ«z visos rakstos superpozÄ«cija tiek skaidrota kÄ "atrodas visos stÄvokļos vienlaikus", kas, protams, ir patiesÄ«ba, bet brīžiem lieki mulsina. StÄvokļu superpozÄ«ciju var iedomÄties arÄ« kÄ faktu, ka kvantu objektam ir katrÄ laika momentÄ pastÄv noteiktas varbÅ«tÄ«bas sabrukt katrÄ tÄ robežlÄ«menÄ«, un kopÄ Å”Ä«s varbÅ«tÄ«bas dabiski ir vienÄdas ar 1. VÄlÄk, apsverot kubitu, mÄs pie tÄ pakavÄsimies sÄ«kÄk.
MonÄtÄm to var vizualizÄt - atkarÄ«bÄ no sÄkotnÄjÄ Ätruma, meÅ”anas leÅÄ·a, vides stÄvokļa, kurÄ monÄta lido, katrÄ laika brÄ«dÄ« iespÄja tikt pie āgalvÄmā vai āastesā ir atŔķirÄ«ga. Un, kÄ minÄts iepriekÅ”, Å”Ädas lidojoÅ”as monÄtas stÄvokli var iedomÄties kÄ "vienlaikus visos robežstÄvokļos, bet ar dažÄdÄm to ievieÅ”anas varbÅ«tÄ«bÄm".
JebkurÅ” objekts, kuram ir izpildÄ«tas iepriekÅ” minÄtÄs Ä«paŔības un kuru mÄs varam izveidot un vadÄ«t, var tikt izmantots kÄ informÄcijas nesÄjs kvantu datorÄ.
Nedaudz tÄlÄk mÄs runÄsim par paÅ”reizÄjo situÄciju saistÄ«bÄ ar kubitu kÄ kvantu objektu fizisko ievieÅ”anu un to, ko zinÄtnieki tagad izmanto Å”ajÄ jomÄ.
TÄtad treÅ”Ä Ä«paŔība nosaka, ka kvantu objekti var sapÄ«ties, lai izveidotu kvantu sistÄmas. Kas ir kvantu sistÄma?
Kvantu sistÄma ā sapinuÅ”os kvantu objektu sistÄma ar Å”ÄdÄm Ä«paŔībÄm:
- Kvantu sistÄma atrodas visu iespÄjamo objektu, no kuriem tÄ sastÄv, stÄvokļu superpozÄ«cijÄ
- Nav iespÄjams uzzinÄt sistÄmas stÄvokli lÄ«dz mÄrÄ«Å”anas brÄ«dim
- MÄrÄ«Å”anas brÄ«dÄ« sistÄma realizÄ vienu no iespÄjamiem tÄs robežstÄvokļu variantiem
(un, nedaudz skatoties uz priekŔu)
SecinÄjums kvantu programmÄm:
- Kvantu programmai ir noteikts sistÄmas stÄvoklis ieejÄ, superpozÄ«cija iekÅ”pusÄ, superpozÄ«cija izejÄ
- Programmas izvadÄ pÄc mÄrÄ«juma mums ir iespÄjamÄ«ba vienÄ no iespÄjamajiem sistÄmas gala stÄvokļiem (plus iespÄjamÄs kļūdas)
- Jebkurai kvantu programmai ir skursteÅa arhitektÅ«ra (ieeja -> izeja. Nav cilpu, procesa vidÅ« nevar redzÄt sistÄmas stÄvokli.)
Kvantu datora un parastÄ datora salÄ«dzinÄjums
Tagad salÄ«dzinÄsim parasto datoru un kvantu datoru.
| parasts dators | Kvantu dators | |
|
Loģika
|
0 / 1 | `a|0> + b|1>, a^2+b^2=1 |
|
Fizika
|
PusvadÄ«tÄju tranzistors | Kvantu objekts |
|
InformÄcijas nesÄjs
|
Sprieguma lÄ«meÅi | PolarizÄcija, spin,ā¦ |
|
OperÄcijas
|
NÄ, UN, VAI, XOR pÄr bitiem | VÄrsti: CNOT, Hadamard,ā¦ |
|
Attiecības
|
PusvadÄ«tÄju mikroshÄma | Apjukums savÄ starpÄ |
|
Algoritmi
|
Standarta (skatÄ«t Whip) | ÄŖpaÅ”ie piedÄvÄjumi (Shore, Grover) |
|
princips
|
DigitÄls, deterministisks | Analogs, varbÅ«tÄ«bas |
Loģiskais līmenis
ParastÄ datorÄ tas ir nedaudz. Mums labi zinÄms caur un cauri deterministisks bits. Var pieÅemt vÄrtÄ«bas 0 vai 1. Tas lieliski tiek galÄ ar lomu loÄ£iskÄ vienÄ«ba parastam datoram, bet ir galÄ«gi nederÄ«gs stÄvokļa raksturoÅ”anai kvantu objekts, kas, kÄ jau teicÄm, savvaÄ¼Ä atrodasto robežstÄvokļu superpozÄ«cijas.
Tas ir tas, ko viÅi izdomÄja . Savos robežstÄvokļos tas realizÄ stÄvokļus, kas ir lÄ«dzÄ«gi 0 un 1 , un superpozÄ«cijÄ attÄlo varbÅ«tÄ«bas sadalÄ«jums pa tÄs robežstÄvokļiem |0> Šø |1>:
a|0> + b|1>, ŃŠ°ŠŗŠ¾Šµ, ŃŃŠ¾ a^2+b^2=1a un b apzÄ«mÄ , un to moduļu kvadrÄti ir faktiskÄs varbÅ«tÄ«bas iegÅ«t tieÅ”i Å”Ädas robežstÄvokļu vÄrtÄ«bas |0> Šø |1>, ja Å”obrÄ«d sakļaut kubitu ar mÄrÄ«jumu.
Fiziskais slÄnis
PaÅ”reizÄjÄ tehnoloÄ£iskÄ attÄ«stÄ«bas lÄ«menÄ« parastÄ datora bita fiziskÄ ievieÅ”ana ir pusvadÄ«tÄju tranzistors, attiecÄ«bÄ uz kvantu, kÄ mÄs jau teicÄm, jebkurÅ” kvantu objekts. NÄkamajÄ sadaÄ¼Ä mÄs runÄsim par to, kas paÅ”laik tiek izmantots kÄ fizisks datu nesÄjs kubitiem.
Datu nesÄjs
Parastam datoram tas ir elektrÄ«ba - sprieguma lÄ«meÅi, strÄvas esamÄ«ba vai neesamÄ«ba utt., kvantam - tas pats kvantu objekta stÄvoklis (polarizÄcijas virziens, grieÅ”anÄs utt.), kas var bÅ«t superpozÄ«cijas stÄvoklÄ«.
OperÄcijas
Lai ieviestu loÄ£iskÄs shÄmas parastajÄ datorÄ, mÄs izmantojam labi zinÄmÄs , operÄcijÄm ar kubitiem bija nepiecieÅ”ams izdomÄt pavisam citu darbÄ«bu sistÄmu, ko sauc . VÄrti var bÅ«t viena kubitu vai divkubitu atkarÄ«bÄ no tÄ, cik kubiti tiek pÄrveidoti.
Kvantu vÄrtu piemÄri:
Ir koncepcija universÄls vÄrstu komplekts, kas ir pietiekami, lai veiktu jebkuru kvantu aprÄÄ·inu. PiemÄram, universÄlajÄ komplektÄ ietilpst Hadamard vÄrti, fÄzes nobÄ«des vÄrti, CNOT vÄrti un Ļā8 vÄrti. Ar viÅu palÄ«dzÄ«bu jÅ«s varat veikt jebkuru kvantu aprÄÄ·inu patvaļīgai kubitu kopai.
Å ajÄ rakstÄ mÄs sÄ«kÄk neapspriedÄ«sim kvantu vÄrtu sistÄmu; jÅ«s varat lasÄ«t vairÄk par tiem un loÄ£iskÄm darbÄ«bÄm ar kubitiem, piemÄram, . Galvenais, kas jÄatceras:
- DarbÄ«bÄm ar kvantu objektiem ir jÄizveido jauni loÄ£iskie operatori (kvantu vÄrti)
- Kvantu vÄrti ir vienkubitu un divkubitu veidi.
- Ir universÄli vÄrtu komplekti, kurus var izmantot, lai veiktu jebkuru kvantu aprÄÄ·inu
Attiecības
Viens tranzistors mums ir pilnÄ«gi bezjÄdzÄ«gs; lai veiktu aprÄÄ·inus, mums ir jÄsavieno viens ar otru daudzi tranzistori, tas ir, no miljoniem tranzistoru jÄizveido pusvadÄ«tÄju mikroshÄma, uz kuras veidot loÄ£iskÄs shÄmas, un, visbeidzot, iegÅ«stiet modernu procesoru tÄ klasiskajÄ formÄ.
Viens kubits mums arÄ« ir pilnÄ«gi bezjÄdzÄ«gs (labi, ja nu vienÄ«gi akadÄmiskÄ ziÅÄ),
lai veiktu aprÄÄ·inus, mums ir nepiecieÅ”ama kubitu (kvantu objektu) sistÄma
kas, kÄ jau teicÄm, tiek radÄ«ts, sapinot kubitus savÄ starpÄ, lai to stÄvokļu izmaiÅas notiktu saskaÅoti.
Algoritmi
Standarta algoritmi, ko cilvÄce ir uzkrÄjusi lÄ«dz Å”im, ir pilnÄ«gi nepiemÄroti ievieÅ”anai kvantu datorÄ. JÄ, vispÄr nav vajadzÄ«bas. Kvantu datoriem, kuru pamatÄ ir vÄrtu loÄ£ika pÄr kubitiem, ir jÄizveido pilnÄ«gi atŔķirÄ«gi algoritmi, kvantu algoritmi. No vispazÄ«stamÄkajiem kvantu algoritmiem var izdalÄ«t trÄ«s:
- (faktorizÄcija)
- (ÄtrÄ meklÄÅ”ana nesakÄrtotÄ datu bÄzÄ)
- (atbilde uz jautÄjumu, pastÄvÄ«ga vai lÄ«dzsvarota funkcija)
princips
Un vissvarÄ«gÄkÄ atŔķirÄ«ba ir darbÄ«bas princips. Standarta datoram tas ir digitÄls, stingri deterministisks princips, pamatojoties uz to, ka, ja mÄs iestatÄ«sim kÄdu sistÄmas sÄkotnÄjo stÄvokli un izlaidÄ«sim to caur doto algoritmu, tad aprÄÄ·inu rezultÄts bÅ«s vienÄds neatkarÄ«gi no tÄ, cik reižu mÄs izpildÄ«sim Å”o aprÄÄ·inu. PatiesÄ«bÄ Å”Ä« uzvedÄ«ba ir tieÅ”i tÄ, ko mÄs sagaidÄm no datora.
Kvantu dators darbojas analogs, varbÅ«tÄ«bas princips. DotÄ algoritma rezultÄts noteiktÄ sÄkuma stÄvoklÄ« ir paraugs no varbÅ«tÄ«bas sadalÄ«juma algoritma galÄ«gÄs realizÄcijas, kÄ arÄ« iespÄjamÄs kļūdas.
Å is kvantu skaitļoÅ”anas varbÅ«tÄ«bas raksturs ir saistÄ«ts ar kvantu pasaules ļoti ticamo bÅ«tÄ«bu. "Dievs nespÄlÄ kauliÅus ar Visumu.", teica vecais EinÅ”teins, taÄu visi lÄ«dzÅ”inÄjie eksperimenti un novÄrojumi (paÅ”reizÄjÄ zinÄtniskajÄ paradigmÄ) apstiprina pretÄjo.
Kubitu fiziskÄs realizÄcijas
KÄ jau teicÄm, kubitu var attÄlot ar kvantu objektu, tas ir, fizisku objektu, kas Ä«steno iepriekÅ” aprakstÄ«tÄs kvantu Ä«paŔības. Tas ir, rupji runÄjot, jebkuru fizisku objektu, kurÄ ir divi stÄvokļi un Å”ie divi stÄvokļi atrodas superpozÄ«cijas stÄvoklÄ«, var izmantot, lai izveidotu kvantu datoru.
āJa mÄs varam ievietot atomu divos dažÄdos lÄ«meÅos un tos kontrolÄt, tad jums ir kubits. Ja mÄs to varam izdarÄ«t ar jonu, tas ir kubits. TÄpat ir ar strÄvu. Ja mÄs to palaižam pulksteÅrÄdÄ«tÄja virzienÄ un pretÄji pulksteÅrÄdÄ«tÄja virzienam vienlaikus, jums ir kubits.
Ir Šŗ , kurÄ sÄ«kÄk apskatÄ«ta paÅ”reizÄjÄ kubÄ«ta fizisko implementÄciju dažÄdÄ«ba, mÄs vienkÄrÅ”i uzskaitÄ«sim vispazÄ«stamÄko un izplatÄ«tÄko:
- un daudzas citas eksotiskas idejas (anjoni utt.)
No visas Ŕīs Ŕķirnes visattÄ«stÄ«tÄkÄ ir pirmÄ kubitu iegÅ«Å”anas metode, kuras pamatÄ ir . , , un citi vadoÅ”ie spÄlÄtÄji to izmanto, lai izveidotu savas sistÄmas.
Nu, lasiet vairÄk iespÄjams kubiti no .
Pamati. KÄ darbojas kvantu dators
MateriÄli Å”ai sadaļai (uzdevums un attÄli) ir Åemti no raksta .
TÄtad, iedomÄjieties, ka mums ir Å”Äds uzdevums:
Ir trÄ«s cilvÄku grupa: (A)ndrejs, (B)olodja un (C)erezha. Ir divi taksometri (0 un 1).
Ir arÄ« zinÄms, ka:
- (A)ndrejs, (B)olodja ir draugi
- (A)ndrejs, (C)erezha ir ienaidnieki
- (B)olodya un (C)erezha ir ienaidnieki
Uzdevums: Ievietojiet cilvÄkus taksometros tÄ, lai Max(draugi) Šø Min (ienaidnieki)
VÄrtÄjums: L = (draugu skaits) - (ienaidnieku skaits) par katru izmitinÄÅ”anas iespÄju
SVARÄŖGI: PieÅemot, ka nav heiristikas, nav optimÄla risinÄjuma. Å ajÄ gadÄ«jumÄ problÄmu var atrisinÄt tikai ar pilnÄ«gu iespÄju meklÄÅ”anu.
RisinÄjums parastajÄ datorÄ
KÄ atrisinÄt Å”o problÄmu parastÄ (super) datorÄ (vai klasterÄ«) - tas ir skaidrs jums ir jÄpÄrskata visas iespÄjamÄs iespÄjas. Ja mums ir daudzprocesoru sistÄma, tad mÄs varam paralÄli veikt risinÄjumu aprÄÄ·inus vairÄkos procesoros un pÄc tam apkopot rezultÄtus.
Mums ir 2 iespÄjamie izmitinÄÅ”anas varianti (taksometrs 0 un taksis 1) un 3 cilvÄki. RisinÄjuma telpa 2 ^ 3 = 8. JÅ«s pat varat iziet cauri 8 kalkulatora iespÄjÄm, tÄ nav problÄma. Tagad sarežģīsim problÄmu - mums ir 20 cilvÄki un divi autobusi, risinÄjuma telpa 2^20 = 1 048 576. ArÄ« nekas sarežģīts. PalielinÄsim cilvÄku skaitu 2.5 reizes - Åemsim 50 cilvÄkus un divus vilcienus, risinÄjuma telpa tagad ir 2^50 = 1.12x10^15. Parastam (super) datoram jau sÄk rasties nopietnas problÄmas. PalielinÄsim cilvÄku skaitu 2 reizes, 100 cilvÄki mums jau dos 1.2 x 10^30 iespÄjamie varianti.
TieÅ”i tÄ, Å”o uzdevumu nevar aprÄÄ·inÄt saprÄtÄ«gÄ laika posmÄ.
Superdatora pievienoŔana
Patlaban jaudÄ«gÄkais dators ir 1. vietÄ TÄ , produktivitÄte 122 . PieÅemsim, ka mums ir vajadzÄ«gas 100 darbÄ«bas, lai aprÄÄ·inÄtu vienu opciju, tad, lai atrisinÄtu problÄmu 100 cilvÄkiem, mums bÅ«s nepiecieÅ”ams:
(1.2 x 10^30 100) / 122 Ć 10^15 / (606024365) = 3 x 10^37 gadi.
KÄ redzam palielinoties sÄkotnÄjo datu izmÄram, risinÄjuma telpa pieaug atbilstoÅ”i spÄka likumam, vispÄrÄ«gÄ gadÄ«jumÄ N bitiem mums ir 2^N iespÄjamie risinÄjuma varianti, kas salÄ«dzinoÅ”i maziem N (100) dod mums neaprÄÄ·inÄtu (paÅ”reizÄjÄ tehnoloÄ£iskÄ lÄ«menÄ«) risinÄjuma telpu.
Vai ir kÄdas alternatÄ«vas? KÄ jÅ«s, iespÄjams, uzminÄjÄt, jÄ, ir.
Bet, pirms mÄs iedziļinÄsimies, kÄ un kÄpÄc kvantu datori var efektÄ«vi atrisinÄt lÄ«dzÄ«gas problÄmas, veltÄ«sim brÄ«di, lai apkopotu, kas tÄs ir. varbÅ«tÄ«bas sadalÄ«jums. Nebaidieties, Å”is ir apskata raksts, grÅ«tas matemÄtikas te nebÅ«s, iztiksim ar klasisko piemÄru ar somu un bumbiÅÄm.
Tikai nedaudz kombinatorikas, varbÅ«tÄ«bas teorijas un dÄ«vains eksperimentÄtÄjs
PaÅemsim maisu un ieliksim tajÄ 1000 baltas un 1000 melnas bumbiÅas. MÄs veiksim eksperimentu - izÅemsim bumbu, pierakstÄ«sim krÄsu, atgriezÄ«sim bumbu maisÄ un sajaucam bumbiÅas maisÄ.
Eksperiments tika veikts 10 reizes, izvilka 10 melnas bumbiÅas. Var bÅ«t? Diezgan. Vai Å”is paraugs sniedz mums saprÄtÄ«gu priekÅ”statu par patieso sadalÄ«jumu maisÄ? AcÄ«mredzot nÄ. Kas jÄdara - pareizi, lppatkÄrtojiet eksperimentu miljons reižu un aprÄÄ·iniet melnbalto bumbiÅu frekvences. MÄs saÅemam, piemÄram 49.95% melns un 50.05% balts. Å ajÄ gadÄ«jumÄ sadalÄ«juma struktÅ«ra, no kuras mÄs paraugam (izÅemam vienu bumbiÅu), jau ir vairÄk vai mazÄk skaidra.
Galvenais ir to saprast paÅ”am eksperimentam ir varbÅ«tÄ«bas raksturs, ar vienu paraugu (bumbiÅu) mÄs neuzzinÄsim sadalÄ«juma patieso struktÅ«ru, mums ir jÄatkÄrto eksperiments daudzas reizes un vidÄjo rezultÄtu.
Pievienosim to savai somai 10 sarkanas un 10 zaļas bumbiÅas (kļūdas). AtkÄrtosim eksperimentu 10 reizes. INizvilka 5 sarkanus un 5 zaļus. Var bÅ«t? JÄ. MÄs varam kaut ko teikt par patieso sadalÄ«jumu - NÄ. Kas jÄdara - labi, jÅ«s saprotat.
Lai iegÅ«tu izpratni par varbÅ«tÄ«bas sadalÄ«juma struktÅ«ru, ir nepiecieÅ”ams atkÄrtoti atlasÄ«t atseviŔķus rezultÄtus no Ŕī sadalÄ«juma un iegÅ«t vidÄjo rezultÄtu.
Teorijas savienoŔana ar praksi
Tagad melnbalto bumbiÅu vietÄ Åemsim biljarda bumbiÅas un ieliksim tÄs maisiÅÄ 1000 bumbiÅas ar numuru 2, 1000 ar numuru 7 un 10 bumbiÅas ar citiem cipariem. IedomÄsimies eksperimentÄtÄju, kurÅ” ir apmÄcÄ«ts visvienkÄrÅ”ÄkajÄs darbÄ«bÄs (izÅem bumbu, pieraksti numuru, ieliec bumbu atpakaļ maisÄ, sajauc bumbiÅas maisÄ), un viÅÅ” to izdara 150 mikrosekundÄs. Nu tÄds Ätruma eksperimentÄtÄjs (nevis zÄļu reklÄma!!!). Tad pÄc 150 sekundÄm viÅÅ” varÄs veikt mÅ«su eksperimentu 1 miljonu reižu un sniedziet mums vidÄjos rezultÄtus.
ViÅi apsÄdinÄja eksperimentÄtÄju, iedeva viÅam somu, novÄrsÄs, nogaidÄ«ja 150 sekundes un saÅÄma:
2. numurs - 49.5%, 7. numurs - 49.5%, pÄrÄjie skaitļi kopÄ - 1%.
JÄ, tieÅ”i tÄ, mÅ«su soma ir kvantu dators ar algoritmu, kas atrisina mÅ«su problÄmu, un bumbiÅas ir iespÄjamie risinÄjumi. TÄ kÄ ir divi pareizi risinÄjumi, tad kvantu dators dos mums jebkuru no Å”iem iespÄjamiem risinÄjumiem ar vienÄdu varbÅ«tÄ«bu un 0.5% (10/2000) kļūdu, par ko mÄs runÄsim vÄlÄk.
Lai iegÅ«tu kvantu datora rezultÄtu, jums ir vairÄkas reizes jÄpalaiž kvantu algoritms vienÄ un tajÄ paÅ”Ä ievades datu kopÄ un jÄaprÄÄ·ina rezultÄts.
Kvantu datora mÄrogojamÄ«ba
Tagad iedomÄjieties, ka uzdevumam, kurÄ iesaistÄ«ti 100 cilvÄki (risinÄjuma telpa 2^100 mÄs to atceramies), ir arÄ« tikai divi pareizi lÄmumi. Tad, ja Åemam 100 kubitus un uzrakstÄ«sim algoritmu, kas aprÄÄ·ina mÅ«su mÄrÄ·a funkciju (L, skat. iepriekÅ”) virs Å”iem kubitiem, tad iegÅ«sim maisu, kurÄ bÅ«s 1000 bumbiÅas ar pirmÄs pareizÄs atbildes numuru, 1000 ar otrÄs pareizÄs atbildes numurs un 10 bumbiÅas ar citiem skaitļiem. Un tajÄs paÅ”Äs 150 sekunžu laikÄ mÅ«su eksperimentÄtÄjs sniegs mums pareizo atbilžu varbÅ«tÄ«bas sadalÄ«juma novÄrtÄjumu.
Kvantu algoritma izpildes laiku (ar dažiem pieÅÄmumiem) var uzskatÄ«t par konstantu O(1) attiecÄ«bÄ pret risinÄjuma telpas izmÄru (2^N).
Un tas ir tieÅ”i kvantu datora Ä«paÅ”ums - darbÄ«bas laika noturÄ«ba saistÄ«bÄ ar pieaugoÅ”o spÄka likumu risinÄjuma telpas sarežģītÄ«ba ir atslÄga.
Kubitu un paralÄlÄs pasaules
KÄ tas notiek? Kas ļauj kvantu datoram tik Ätri veikt aprÄÄ·inus? Tas viss ir par kubÄ«ta kvantu dabu.
Paskatieties, mÄs teicÄm, ka kubÄ«ts ir kÄ kvantu objekts kad tiek novÄrots, tiek realizÄts viens no diviem stÄvokļiem, bet āsavvaļas dabÄā tas ir iekÅ”Ä stÄvokļu superpozÄ«cijas, tas ir, tas atrodas abos savos robežstÄvokļos vienlaikus (ar zinÄmu varbÅ«tÄ«bu).
Å emsim (A)ndreja un iedomÄjieties tÄ stÄvokli (kurÄ transportlÄ«dzeklÄ« tas ir - 0 vai 1) kÄ kubitu. Tad mums ir (kvantu telpÄ) divas paralÄlas pasaules, vienÄ (A) sÄž taksÄ« 0, citÄ pasaulÄ - taksÄ« 1. Divos taksometros vienlaikus, bet ar zinÄmu varbÅ«tÄ«bu to atrast katrÄ no tiem novÄroÅ”anas laikÄ.
Å emsim (B) jauns un iedomÄsimies arÄ« tÄ stÄvokli kÄ kubitu. Rodas divas citas paralÄlas pasaules. Bet pagaidÄm Å”ie pasauļu pÄri (A) Šø (AT) vispÄr nesadarboties. Kas jÄdara, lai izveidotu saistÄ«ti sistÄma? TieÅ”i tÄ, mums ir vajadzÄ«gi Å”ie kubiti piesiet (apmulsinÄt). MÄs to Åemam un sajaucam (A) ar (B) ā iegÅ«stam divu kubitu kvantu sistÄmu (A, B), apzinoties sevÄ« Äetrus savstarpÄji atkarÄ«gi paralÄlÄs pasaules. Pievienot (S)ergey un mÄs iegÅ«stam trÄ«s kubitu sistÄmu (ABC), Ä«steno astoÅus savstarpÄji atkarÄ«gi paralÄlÄs pasaules.
Kvantu skaitļoÅ”anas bÅ«tÄ«ba (kvantu vÄrtu Ä·Ädes ievieÅ”ana pÄr savienotu kubitu sistÄmu) ir fakts, ka aprÄÄ·ins notiek visÄs paralÄlajÄs pasaulÄs vienlaicÄ«gi.
Un nav svarÄ«gi, cik mums to ir, 2^3 vai 2^100, kvantu algoritms tiks izpildÄ«ts ierobežotÄ laikÄ visÄs Å”ajÄs paralÄlajÄs pasaulÄs un sniegs mums rezultÄtu, kas ir paraugs no algoritma atbilžu varbÅ«tÄ«bas sadalÄ«juma.
LabÄkai izpratnei to var iedomÄties kvantu dators kvantu lÄ«menÄ« palaiž 2^N paralÄlu risinÄjuma procesu, no kuriem katrs strÄdÄ pie viena iespÄjamÄ varianta, pÄc tam apkopo darba rezultÄtus - un sniedz mums atbildi risinÄjuma superpozÄ«cijas veidÄ (atbilžu varbÅ«tÄ«bas sadalÄ«jums), no kura mÄs katru reizi (katram eksperimentam) vienu izlasi.
Atcerieties mÅ«su eksperimentÄtÄjam nepiecieÅ”amo laiku (150 Āµs) lai veiktu eksperimentu, tas mums noderÄs nedaudz tÄlÄk, runÄjot par galvenajÄm kvantu datoru problÄmÄm un dekoherences laiku.
Kvantu algoritmi
KÄ jau minÄts, parastie algoritmi, kuru pamatÄ ir binÄrÄ loÄ£ika, nav piemÄrojami kvantu datoram, kurÄ tiek izmantota kvantu loÄ£ika (kvantu vÄrti). ViÅam bija jÄnÄk klajÄ ar jauniem, kas pilnÄ«bÄ izmantotu potenciÄlu, kas raksturÄ«gs skaitļoÅ”anas kvantu raksturam.
MÅ«sdienÄs vispazÄ«stamÄkie algoritmi ir:
AtŔķirÄ«bÄ no klasiskajiem, kvantu datori nav universÄli.
Līdz Ŕim ir atrasts tikai neliels skaits kvantu algoritmu.
Paldies par saiti uz , vieta, kur pÄc autora domÄm (), ir apkopoti un turpina pulcÄties labÄkie kvantu-algoritmiskÄs pasaules pÄrstÄvji.
Å ajÄ rakstÄ mÄs sÄ«kÄk neanalizÄsim kvantu algoritmus; internetÄ ir daudz lielisku materiÄlu jebkuram sarežģītÄ«bas lÄ«menim, taÄu mums joprojÄm ir Ä«si jÄaplÅ«ko trÄ«s slavenÄkie.
Å ora algoritms.
SlavenÄkais kvantu algoritms ir (izgudroja angļu matemÄtiÄ·is 1994 ), kura mÄrÄ·is ir atrisinÄt skaitļu faktorinÄcijas problÄmu pirmfaktoros (faktorizÄcijas problÄma, diskrÄtais logaritms).
TieÅ”i Å”is algoritms tiek minÄts kÄ piemÄrs, rakstot, ka drÄ«zumÄ tiks uzlauztas jÅ«su banku sistÄmas un paroles. Å emot vÄrÄ, ka mÅ«sdienÄs izmantoto taustiÅu garums nav mazÄks par 2048 bitiem, vÄciÅa laiks vÄl nav pienÄcis.
LÄ«dz Å”im vairÄk nekÄ pieticÄ«gs. LabÄkie faktorizÄÅ”anas rezultÄti ar Å ora algoritmu ā skaitļi Šø , kas ir daudz mazÄks par 2048 bitiem. PÄrÄjiem tabulas rezultÄtiem atŔķiras aprÄÄ·inus, taÄu pat labÄkais rezultÄts pÄc Ŕī algoritma (291311) ir ļoti tÄlu no reÄlas pielietoÅ”anas.
JÅ«s varat lasÄ«t vairÄk par Å ora algoritmu, piemÄram,. Par praktisko Ä«stenoÅ”anu - .
Viens no sarežģītÄ«ba un nepiecieÅ”amÄ jauda, āālai faktorÄtu 2048 bitu skaitli, ir dators ar . Guļam mierÄ«gi.
Grovera algoritms
SÄkot no uzskaitÄ«Å”anas uzdevuma atrisinÄÅ”ana, tas ir, vienÄdojuma risinÄjuma atraÅ”ana F(X) = 1, kur F ir no n mainÄ«gie. IerosinÄja amerikÄÅu matemÄtiÄ·is Š² .
Lai atrastu, var izmantot Grovera algoritmu Šø numuru sÄrija. TurklÄt to var izmantot, lai atrisinÄtu problÄmas, izsmeļoÅ”i meklÄjot starp daudziem iespÄjamiem risinÄjumiem. Tas var radÄ«t ievÄrojamu Ätruma pieaugumu salÄ«dzinÄjumÄ ar klasiskajiem algoritmiem, lai gan nenodroÅ”inot ""vispÄr.
JÅ«s varat lasÄ«t vairÄkVai . VairÄk Ir labs algoritma skaidrojums, izmantojot kastes un bumbas piemÄru, taÄu diemžÄl no neviena neatkarÄ«gu iemeslu dÄļ Ŕī vietne man netiek atvÄrta no Krievijas. Ja Jums ir ir arÄ« bloÄ·Äts, tÄpÄc Å”eit ir Ä«ss kopsavilkums:
Grovera algoritms. IedomÄjieties, ka jums ir N gabali numurÄtu slÄgtu kastu. Tie visi ir tukÅ”i, izÅemot vienu, kurÄ ir bumbiÅa. Tavs uzdevums: noskaidro lodziÅa numuru, kurÄ atrodas bumbiÅa (Å”o nezinÄmo numuru bieži apzÄ«mÄ ar burtu w).
KÄ atrisinÄt Å”o problÄmu? StulbÄkais veids ir pÄrmaiÅus atvÄrt kastes, un agri vai vÄlu jÅ«s nonÄksit pie kastes ar bumbiÅu. VidÄji cik kastes ir jÄpÄrbauda, āāpirms tiek atrasta kaste ar bumbiÅu? VidÄji jÄatver apmÄram puse no N/2 kastÄm. Å eit galvenais ir tas, ka, ja mÄs palielinÄsim kastÄ«Å”u skaitu 100 reizes, tad arÄ« vidÄjais kastu skaits, kas jÄatver, pirms tiek atrasta kaste ar bumbu, palielinÄsies tikpat 100 reizes.
Tagad veiksim vÄl vienu precizÄjumu. NeatvÄrsim paÅ”i kastes ar rokÄm un nepÄrbaudÄ«sim katrÄ bumbiÅas klÄtbÅ«tni, bet ir zinÄms starpnieks, sauksim viÅu par OrÄklu. MÄs sakÄm OrÄkulum: āAtzÄ«mÄjiet izvÄles rÅ«tiÅu 732ā, un OrÄkuls godÄ«gi pÄrbauda un atbild: ārÅ«tiÅÄ ar numuru 732 nav bumbas. Tagad tÄ vietÄ, lai pateiktu, cik kastes mums vidÄji ir jÄatver, mÄs sakÄm: ācik reizes mums vidÄji jÄiet uz OrÄklu, lai atrastu kastes numuru ar bumbiÅuā.
IzrÄdÄs, ja tulkojam Å”o problÄmu ar kastÄm, bumbiÅu un OrÄkulu kvantu valodÄ, mÄs iegÅ«stam ievÄrojamu rezultÄtu: lai starp N kastÄm atrastu kastes numuru ar bumbiÅu, OrÄkulam ir jÄtraucÄ tikai par SQRT. (N) reizes!
Tas nozÄ«mÄ, ka meklÄÅ”anas uzdevuma sarežģītÄ«ba, izmantojot Grovera algoritmu, tiek samazinÄta par reižu kvadrÄtsakni.
Deutsch-Jozi algoritms
Deutsch-Jozsa algoritms (saukts arÄ« par Deutsch-Jozsa algoritmu) - [kvantu algoritms](%D0%B0%D0%BB%D0%B3%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%82%D0%BC), ŠæŃŠµŠ“Š»Š¾Š¶ŠµŠ½Š½ŃŠ¹ Šø Š² , un kļuva par vienu no pirmajiem algoritmu piemÄriem, kas paredzÄti izpildei . _
Deutsch-Jozsi uzdevums ir noteikt, vai vairÄku binÄro mainÄ«go F(x1, x2, ... xn) funkcija ir nemainÄ«ga (jebkuriem argumentiem Åem vÄrtÄ«bu 0 vai 1) vai lÄ«dzsvarota (pusei no domÄna). vÄrtÄ«ba 0, otrai pusei 1). Å ajÄ gadÄ«jumÄ par a priori zinÄmu tiek uzskatÄ«ts, ka funkcija ir vai nu konstanta, vai lÄ«dzsvarota.
JÅ«s varat arÄ« lasÄ«t . VienkÄrÅ”Äks skaidrojums:
Deutsch (Deutsch-Jozsi) algoritms ir balstÄ«ts uz brutÄlu spÄku, taÄu ļauj to izdarÄ«t ÄtrÄk nekÄ parasti. IedomÄjieties, ka uz galda ir monÄta, un jums ir jÄnoskaidro, vai tÄ ir viltota. Lai to izdarÄ«tu, jums divreiz jÄaplÅ«ko monÄta un jÄnosaka: āgalvasā un āastesā ir Ä«stas, divas āgalvasā, divas āastesā ir viltotas. TÄtad, ja izmantojat Deutsch kvantu algoritmu, tad Å”o noteikÅ”anu var izdarÄ«t ar vienu skatienu - mÄrÄ«jumu.
Kvantu datoru problÄmas
ProjektÄjot un ekspluatÄjot kvantu datorus, zinÄtnieki un inženieri saskaras ar ļoti daudzÄm problÄmÄm, kuras lÄ«dz Å”im ir atrisinÄtas ar mainÄ«giem panÄkumiem. SaskaÅÄ ar () var identificÄt Å”Ädas problÄmas:
- Jutība pret vidi un mijiedarbība ar vidi
- Kļūdu uzkrÄÅ”anÄs aprÄÄ·inu laikÄ
- GrÅ«tÄ«bas ar kubitu stÄvokļu sÄkotnÄjo inicializÄÅ”anu
- GrÅ«tÄ«bas, veidojot daudzkubitu sistÄmas
Es ļoti iesaku izlasÄ«t rakstu "ā, Ä«paÅ”i komentÄri tai.
SakÄrtosim visas galvenÄs problÄmas trÄ«s lielÄs grupÄs un apskatÄ«sim katru no tÄm tuvÄk:
Dekoherence
.
Kvantu stÄvoklis ļoti trausla lietakubiti sapinuÅ”ies ir ÄrkÄrtÄ«gi nestabili, jebkura ÄrÄja ietekme var (un arÄ« dara) Å”o savienojumu. TemperatÅ«ras izmaiÅas par mazÄko grÄda daļu, spiediens, nejauÅ”s fotons, kas lido tuvumÄ - tas viss destabilizÄ mÅ«su sistÄmu.
Å Ä«s problÄmas risinÄÅ”anai tiek uzbÅ«vÄti zemas temperatÅ«ras sarkofÄgi, kuros temperatÅ«ra (-273.14 grÄdi pÄc Celsija) ir nedaudz virs absolÅ«tÄs nulles, maksimÄli izolÄjot iekÅ”Äjo kameru ar procesoru no visÄm (iespÄjamajÄm) ÄrÄjÄs vides ietekmÄm.
VairÄku sapinuÅ”os kubitu kvantu sistÄmas maksimÄlo kalpoÅ”anas laiku, kura laikÄ tÄ saglabÄ savas kvantu Ä«paŔības un to var izmantot aprÄÄ·iniem, sauc par dekoherences laiku.
PaÅ”laik labÄkajos kvantu risinÄjumos dekoherences laiks ir aptuveni desmitiem un simtiem mikrosekunžu.
Ir brÄ«niŔķīgs kur var apskatÄ«ties no visÄm izveidotajÄm kvantu sistÄmÄm. Å ajÄ rakstÄ kÄ piemÄri ir iekļauti tikai divi labÄkie procesori ā no IBM un no . KÄ redzam, dekoherences laiks (T2) nepÄrsniedz 200 Ī¼s.
Es neatradu precÄ«zus datus par Sycamore, bet vairumÄ ir doti divi cipari - 1 miljons aprÄÄ·inu 200 sekundÄs, citur - par 130 sekundes, nezaudÄjot vadÄ«bas signÄlus utt.. JebkurÄ gadÄ«jumÄ tas mums dod dekoherences laiks ir aptuveni 150 Ī¼s. Atcerieties mÅ«su eksperimentÄtÄjs ar somu? Nu lÅ«k viÅÅ” ir.
| Datora vÄrds | N Kubits | Makss savienots pÄrÄ« | T2 (Āµs) |
| IBM Q System One | 20 | 6 | 70 |
| Google Sycamore | 53 | 4 | ~ 150-200 |
Ar ko mums draud dekoherence?
GalvenÄ problÄma ir tÄ, ka pÄc 150 Ī¼s mÅ«su N sapinuÅ”o kubitu skaitļoÅ”anas sistÄma sÄks izvadÄ«t varbÅ«tisku balto troksni, nevis pareizu risinÄjumu varbÅ«tisko sadalÄ«jumu.
Tas ir, mums ir nepiecieŔams:
- InicializÄjiet kubitu sistÄmu
- Veikt aprÄÄ·inu (vÄrtu darbÄ«bu Ä·Äde)
- LasÄ«t rezultÄtu
Un dariet to visu 150 mikrosekundÄs. Man nebija laika - rezultÄts pÄrvÄrtÄs par Ä·irbi.
Bet tas vÄl nav vissā¦
Kļūdas
KÄ mÄs teicÄm, kvantu procesiem un kvantu skaitļoÅ”anai ir iespÄjamÄ«bas raksturs, mÄs nevaram bÅ«t 100% pÄrliecinÄti par neko, bet tikai ar zinÄmu varbÅ«tÄ«bu. SituÄciju vÄl vairÄk pasliktina fakts, ka kvantu skaitļoÅ”anÄ ir daudz kļūdu. Galvenie kļūdu veidi kvantu skaitļoÅ”anÄ ir:
- Dekoherences kļūdas izraisa sistÄmas sarežģītÄ«ba un mijiedarbÄ«ba ar ÄrÄjo vidi
- VÄrtu skaitļoÅ”anas kļūdas (aprÄÄ·inu kvantu rakstura dÄļ)
- Kļūdas nolasot galÄ«go stÄvokli (rezultÄts)
Kļūdas, kas saistÄ«tas ar neatbilstÄ«bu, parÄdÄs, tiklÄ«dz mÄs sapinam savus kubitus un sÄkam veikt aprÄÄ·inus. Jo vairÄk kubitu mÄs sapinÄmies, jo sarežģītÄka ir sistÄma, un jo vieglÄk to iznÄ«cinÄt. Zemas temperatÅ«ras sarkofÄgi, aizsargÄtas kameras, visi Å”ie tehnoloÄ£iskie triki ir precÄ«zi vÄrsti uz kļūdu skaita samazinÄÅ”anu un dekoherences laika pagarinÄÅ”anu.
VÄrtu skaitļoÅ”anas kļūdas - jebkura darbÄ«ba (vÄrti) ar kubitiem ar zinÄmu varbÅ«tÄ«bu var beigties ar kļūdu, un, lai ieviestu algoritmu, mums ir jÄveic simtiem vÄrtu, tÄpÄc iedomÄjieties, ko mÄs iegÅ«stam mÅ«su algoritma izpildes beigÄs. KlasiskÄ atbilde uz jautÄjumu ir "KÄda ir iespÄja satikt dinozauru liftÄ?" - 50x50, vai nu sanÄks, vai nÄ.
ProblÄmu vÄl vairÄk saasina fakts, ka standarta kļūdu laboÅ”anas metodes (aprÄÄ·inu dublÄÅ”ana un vidÄjÄ noteikÅ”ana) kvantu pasaulÄ nedarbojas klonÄÅ”anas aizlieguma teorÄmas dÄļ. PriekÅ” kvantu skaitļoÅ”anÄ bija jÄizgudro . Aptuveni runÄjot, mÄs Åemam N parastu kubitu un izveidojam no tiem 1 loÄ£isks kubits ar zemÄku kļūdu lÄ«meni.
Bet Å”eit rodas cita problÄma - kopÄjais kubitu skaits. PieÅemsim, ka mums ir procesors ar 100 kubitiem, no kuriem 80 kubiti tiek izmantoti kļūdu laboÅ”anai, tad aprÄÄ·iniem atliek tikai 20.
Kļūdas nolasot gala rezultÄtu ā kÄ atceramies, kvantu aprÄÄ·inu rezultÄts mums tiek pasniegts formÄ atbilžu varbÅ«tÄ«bas sadalÄ«jums. TaÄu galÄ«gÄ stÄvokļa nolasÄ«Å”ana var neizdoties arÄ« kļūdas dÄļ.
Uz to paÅ”u Ir salÄ«dzinÄmas procesoru tabulas pÄc kļūdu lÄ«meÅiem. SalÄ«dzinÄjumam Åemsim tos paÅ”us procesorus kÄ iepriekÅ”ÄjÄ piemÄrÄ ā IBM Šø :
| dators | 1-Qubit Gate Fidelity | 2-Qubit Gate Fidelity | NolasÄ«Å”anas precizitÄte |
| IBM Q System One | 99.96% | 98.31% | SÄkot no |
| Google Sycamore | 99.84% | 99.38% | 96.2% |
Å eit ir divu kvantu stÄvokļu lÄ«dzÄ«bas mÄrs. Kļūdas lielumu var aptuveni izteikt kÄ 1 Fidelity. KÄ redzam, kļūdas 2 kubitu vÄrtos un nolasÄ«Å”anas kļūdas ir galvenais ŔķÄrslis sarežģītu un garu algoritmu izpildei esoÅ”ajos kvantu datoros.
JÅ«s varat arÄ« lasÄ«t gadiem no lai atrisinÄtu kļūdu laboÅ”anas problÄmu.
Procesora arhitektūra
TeorÄtiski mÄs bÅ«vÄjam un darbojamies desmitiem sapinuÅ”ies kubitu Ä·Ädes, patiesÄ«bÄ viss ir sarežģītÄk. Visas esoÅ”Äs kvantu mikroshÄmas (procesori) ir uzbÅ«vÄtas tÄ, lai tÄs nodroÅ”inÄtu nesÄpÄ«gu viena kubÄ«ta sapÄ«Å”anÄs tikai ar kaimiÅiem, no kuriem nav vairÄk par seÅ”iem.
Ja mums vajadzÄs sapÄ«t 1. kubitu, teiksim, ar 12., tad mums bÅ«s izveidot papildu kvantu operÄciju Ä·Ädi, ietver papildu kubitus utt., kas palielina kopÄjo kļūdu lÄ«meni. JÄ, un neaizmirstiet par dekoherences laiks, iespÄjams, lÄ«dz brÄ«dim, kad pabeigsit kubitu pievienoÅ”anu vajadzÄ«gajai Ä·Ädei, laiks beigsies un visa Ä·Äde pÄrvÄrtÄ«sies par jauks baltÄ trokÅ”Åa Ä£enerators.
TÄpat neaizmirstiet to Visu kvantu procesoru arhitektÅ«ra ir atŔķirÄ«ga, un programma, kas rakstÄ«ta emulatorÄ režīmÄ āviss pret visiemā, bÅ«s ājÄpÄrkompilÄā konkrÄtas mikroshÄmas arhitektÅ«rÄ. Ir pat lai veiktu Å”o operÄciju.
MaksimÄlÄ savienojamÄ«ba un maksimÄlais kubitu skaits tÄm paÅ”Äm labÄkajÄm mikroshÄmÄm:
| Datora vÄrds | N Kubits | Makss savienots pÄrÄ« | T2 (Āµs) |
| IBM Q System One | 20 | 6 | 70 |
| Google Sycamore | 53 | 4 | ~ 150-200 |
Un salÄ«dzinÄjumam, tabula ar datiem no iepriekÅ”ÄjÄs paaudzes procesoriem. SalÄ«dziniet kubitu skaitu, dekoherences laiku un kļūdu lÄ«meni ar to, kas mums ir tagad ar jauno paaudzi. TomÄr progress ir lÄns, bet virzÄs.
TÄtad:
- PaÅ”laik nav pilnÄ«bÄ savienotu arhitektÅ«ru ar > 6 kubitiem
- PiemÄram, lai piesaistÄ«tu kubitu 0 s reÄlÄ procesorÄ, kubitam 15 var bÅ«t nepiecieÅ”ami vairÄki desmiti papildu darbÄ«bu
- VairÄk darbÄ«bu -> vairÄk kļūdu -> spÄcÄ«gÄka dekoherences ietekme
RezultÄti
Dekoherence ir mÅ«sdienu kvantu skaitļoÅ”anas Prokrusta pamats. Mums viss jÄiekļauj 150 Ī¼s:
- Kubitu sÄkotnÄjÄ stÄvokļa inicializÄcija
- ProblÄmas aprÄÄ·inÄÅ”ana, izmantojot kvantu vÄrtus
- Izlabojiet kļūdas, lai iegÅ«tu nozÄ«mÄ«gus rezultÄtus
- Izlasi rezultÄtu
TomÄr lÄ«dz Å”im rezultÄti ir neapmierinoÅ”i apgalvo, ka kvantu datorÄ sasniedz 0.5 s koherences saglabÄÅ”anas laiku, pamatojoties uz :
MÄs izmÄrÄm kubitu koherences laiku, kas pÄrsniedz 0.5 s, un ar magnÄtisko ekranÄÅ”anu mÄs sagaidÄm, ka tas uzlabosies ilgÄk par 1000 s
Varat arÄ« lasÄ«t par Å”o tehnoloÄ£iju vai piemÄram .
SituÄciju vÄl vairÄk sarežģī fakts, ka, veicot sarežģītus aprÄÄ·inus, ir jÄizmanto kvantu kļūdu korekcijas shÄmas, kas arÄ« apÄd gan laiku, gan pieejamos kubitus.
Visbeidzot, mÅ«sdienu arhitektÅ«ra neļauj ar minimÄlÄm izmaksÄm Ä«stenot sapÄ«Å”anÄs shÄmas, kas ir labÄkas par 1 no 4 vai 1 no 6.
ProblÄmu risinÄÅ”anas veidi
Lai atrisinÄtu iepriekÅ” minÄtÄs problÄmas, paÅ”laik tiek izmantotas Å”Ädas pieejas un metodes:
- Kriokambaru izmantoÅ”ana ar zemu temperatÅ«ru (10 mK (ā273,14Ā°C))
- Izmantojot procesora blokus, kas ir maksimÄli aizsargÄti no ÄrÄjÄm ietekmÄm
- Kvantu kļūdu laboÅ”anas sistÄmu izmantoÅ”ana (Logic Qubit)
- OptimizÄtÄju izmantoÅ”ana, programmÄjot shÄmas konkrÄtam procesoram
Tiek veikti arÄ« pÄtÄ«jumi, kuru mÄrÄ·is ir palielinÄt dekoherences laiku, meklÄt jaunas (un uzlabot zinÄmÄs) kvantu objektu fiziskÄs implementÄcijas, optimizÄt korekcijas shÄmas utt., utt. Ir progress (apskatiet agrÄko un mÅ«sdienu augstÄkÄs klases mikroshÄmu Ä«paŔības), taÄu lÄ«dz Å”im tas ir lÄns, ļoti, ļoti lÄns.
D-vilnis
D-Wave 2000Q 2000 kubitu dators. Avots:
LaikÄ, kad Google paziÅoja par kvantu pÄrÄkuma sasniegÅ”anu, izmantojot 53 kubitu procesoru, Šø no uzÅÄmuma D-Wave, kurÄ kubitu skaits ir tÅ«kstoÅ”os, ir nedaudz mulsinoÅ”i. Nu, tieÅ”Äm, ja 53 kubiti spÄja sasniegt kvantu pÄrÄkumu, tad uz ko ir spÄjÄ«gs dators ar 2048 kubitiem? Bet ne viss ir tik labi...
ÄŖsumÄ (Åemts no wiki):
Datori strÄdÄt pÄc principa (), var atrisinÄt ļoti ierobežotu optimizÄcijas problÄmu apakÅ”klasi un nav piemÄrotas tradicionÄlo kvantu algoritmu un kvantu vÄrtu ievieÅ”anai.
SÄ«kÄku informÄciju varat lasÄ«t, piemÄram, , (uzmanÄ«bu, nedrÄ«kst atvÄrt no Krievijas), vai Š² no viÅa . Starp citu, ļoti iesaku vispÄr palasÄ«t viÅa blogu, tur ir daudz laba materiÄla
KopumÄ jau no paÅ”a paziÅojumu sÄkuma zinÄtnieku aprindÄm bija jautÄjumi par D-Wave datoriem. PiemÄram, 2014. gadÄ IBM apÅ”aubÄ«ja faktu, ka D-Wave Tas nonÄca tiktÄl, ka 2015. gadÄ Google kopÄ ar NASA iegÄdÄjÄs vienu no Å”iem kvantu datoriem un pÄc izpÄtes , ka jÄ, dators strÄdÄ un aprÄÄ·ina problÄmu ÄtrÄk nekÄ parastais. JÅ«s varat lasÄ«t vairÄk par Google paziÅojumu un piemÄram .
Galvenais ir tas, ka D-Wave datorus ar to simtiem un tÅ«kstoÅ”iem kubitu nevar izmantot kvantu algoritmu aprÄÄ·inÄÅ”anai un darbinÄÅ”anai. PiemÄram, uz tiem nevar palaist Å ora algoritmu. Viss, ko viÅi var darÄ«t, ir izmantot noteiktus kvantu mehÄnismus, lai atrisinÄtu noteiktu optimizÄcijas problÄmu. MÄs varam uzskatÄ«t, ka D-Wave ir kvantu ASIC konkrÄtam uzdevumam.
Mazliet par kvantu datora emulÄciju
Kvantu skaitļoÅ”anu var emulÄt parastÄ datorÄ. PatieÅ”Äm, :
- KubÄ«ta stÄvoklis var bÅ«t kompleksais skaitlis, kas aizÅem no 2x32 lÄ«dz 2x64 bitiem (8-16 baiti) atkarÄ«bÄ no procesora arhitektÅ«ras
- N savienotu kubitu stÄvokli var attÄlot kÄ 2^N kompleksos skaitļus, t.i. 2^(3+N) 32 bitu arhitektÅ«rai un 2^(4+N) 64 bitu arhitektÅ«rai.
- Kvantu operÄciju ar N kubitiem var attÄlot ar 2^N x 2^N matricu
PÄc tam:
- Lai saglabÄtu emulÄtos 10 kubitu stÄvokļus, ir nepiecieÅ”ami 8 KB
- Lai saglabÄtu 20 kubitu stÄvokļus, nepiecieÅ”ami 8 MB
- Lai saglabÄtu 30 kubitu stÄvokļus, ir nepiecieÅ”ami 8 GB
- Lai saglabÄtu 40 kubitu stÄvokļus, ir nepiecieÅ”ami 8 terabaiti
- Lai saglabÄtu 50 kubitu stÄvokļus, ir nepiecieÅ”ami 8 petabaiti utt.
SalÄ«dzinÄjumam: () nodroÅ”ina tikai 2.8 petabaitus atmiÅas.
ā 49 kubiti pagÄjuÅ”ajÄ gadÄ tika piegÄdÄti lielÄkajam Ķīnas superdatoram ()
Kvantu datora simulÄcijas ierobežojumu klasiskajÄs sistÄmÄs nosaka RAM apjoms, kas nepiecieÅ”ams kubitu stÄvokļa saglabÄÅ”anai.
Iesaku arī izlasīt . No turienes:
DarbÄ«bÄ - precÄ«zai emulÄcijai 49 kubitu Ä·Ädei, kas sastÄv no aptuveni 39 ācikliemā (neatkarÄ«giem vÄrtu slÄÅiem) 2^63 kompleksie reizinÄjumi - superdatora 4 Pflopi 4 stundas
50+ kubitu kvantu datora emulÄÅ”ana klasiskajÄs sistÄmÄs tiek uzskatÄ«ta par neiespÄjamu saprÄtÄ«gÄ laikÄ. Tas ir arÄ« iemesls, kÄpÄc Google kvantu pÄrÄkuma eksperimentam izmantoja 53 kubitu procesoru.
Kvantu skaitļoÅ”anas pÄrÄkums.
Wikipedia sniedz mums Å”Ädu kvantu skaitļoÅ”anas pÄrÄkuma definÄ«ciju:
Kvantu pÄrÄkums ā spÄja ierÄ«ces, lai atrisinÄtu problÄmas, kuras klasiskie datori praktiski nevar atrisinÄt.
Faktiski kvantu pÄrÄkuma sasniegÅ”ana nozÄ«mÄ, ka, piemÄram, lielu skaitļu faktorizÄciju, izmantojot Å ora algoritmu, var atrisinÄt adekvÄtÄ laikÄ vai var emulÄt sarežģītas Ä·Ä«miskÄs molekulas kvantu lÄ«menÄ« utt. Tas ir, ir pienÄcis jauns laikmets.
Bet definÄ«cijas formulÄjumÄ ir dažas nepilnÄ«bas: "ko klasiskie datori praktiski nevar atrisinÄt" Faktiski tas nozÄ«mÄ, ka, ja izveidojat kvantu datoru ar 50+ kubitiem un palaižat tajÄ kÄdu kvantu Ä·Ädi, tad, kÄ mÄs runÄjÄm iepriekÅ”, Ŕīs shÄmas rezultÄtu nevar emulÄt parastajÄ datorÄ. Tas ir klasiskais dators nespÄs atjaunot Å”Ädas shÄmas rezultÄtu.
Tas, vai Å”Äds rezultÄts veido reÄlu kvantu pÄrÄkumu vai nÄ, ir drÄ«zÄk filozofisks jautÄjums. Bet saprotiet, ko Google darÄ«ja un uz ko tas ir balstÄ«ts nepiecieÅ”ams.
Google paziÅojums par kvantu pÄrÄkumu
Sycamore 54 kubitu procesors
TÄtad 2019. gada oktobrÄ« Google izstrÄdÄtÄji publicÄja rakstu zinÄtniskajÄ izdevumÄ Nature ā" Autori pirmo reizi vÄsturÄ paziÅoja par kvantu pÄrÄkuma sasniegÅ”anu, izmantojot 54 kubitu Sycamore procesoru.
Sycamore raksti tieÅ”saistÄ bieži attiecas uz 54 kubitu procesoru vai 53 kubitu procesoru. PatiesÄ«ba ir tÄda, ka saskaÅÄ ar , procesors fiziski sastÄv no 54 kubitiem, bet viens no tiem nedarbojas un ir izÅemts no ekspluatÄcijas. TÄdÄjÄdi patiesÄ«bÄ mums ir 53 kubitu procesors.
TÄ«meklÄ« tieÅ”i tur materiÄli par Å”o tÄmu, kuru pakÄpe mainÄ«jÄs no lÄ«dz .
IBM kvantu skaitļoÅ”anas komanda vÄlÄk to paziÅoja . UzÅÄmums apgalvo, ka parasts dators ar Å”o uzdevumu sliktÄkajÄ gadÄ«jumÄ tiks galÄ 2,5 dienÄs, un iegÅ«tÄ atbilde bÅ«s precÄ«zÄka nekÄ kvantu datoram. Å Äds secinÄjums izdarÄ«ts, pamatojoties uz vairÄku optimizÄcijas metožu teorÄtiskÄs analÄ«zes rezultÄtiem.
Un protams, viÅa Es nevarÄju ignorÄt Å”o paziÅojumu. ViÅa kopÄ ar visÄm saitÄm un kÄ parasti, tiem ir vÄrts veltÄ«t savu laiku. Uz rumbas Å ajÄ FAQ, un noteikti izlasiet komentÄrus, ir saites uz provizoriskajiem dokumentiem, kas tika nopludinÄti tieÅ”saistÄ pirms oficiÄlÄ paziÅojuma.
Ko Google patiesÄ«bÄ darÄ«ja? Lai iegÅ«tu detalizÄtu izpratni, izlasiet Aaronson, bet Ä«si Å”eit:
Es, protams, varu jums pastÄstÄ«t, bet es jÅ«tos diezgan stulbi. AprÄÄ·ins ir Å”Äds: eksperimentÄtÄjs Ä£enerÄ nejauÅ”u kvantu Ä·Ädi C (t.i., nejauÅ”u 1 kubitu un 2 kubitu vÄrtu secÄ«bu starp tuvÄkajiem kaimiÅiem, ar dziļumu, piemÄram, 20, kas iedarbojas uz 2D tÄ«klu n = 50ā60 kubiti). PÄc tam eksperimentÄtÄjs nosÅ«ta C uz kvantu datoru un lÅ«dz tam piemÄrot C sÄkuma stÄvoklim 0, izmÄrÄ«t rezultÄtu {0,1} bÄzÄ, nosÅ«tÄ«t atpakaļ n-bitu novÄroto secÄ«bu (virkni) un atkÄrtot vairÄkas tÅ«kstoÅ”iem vai miljoniem reižu. Visbeidzot, izmantojot savas zinÄÅ”anas par C, eksperimentÄtÄjs veic statistisku pÄrbaudi, lai noskaidrotu, vai rezultÄts atbilst sagaidÄmajai kvantu datora izvadei.
Ļoti īsi:
- Izmantojot vÄrtus, tiek izveidota nejauÅ”a Ä·Äde, kuras garums ir 20 no 53 kubitiem
- ĶÄde sÄkas ar sÄkuma stÄvokli [0ā¦0] izpildei
- ĶÄdes izvade ir nejauÅ”a bitu virkne (paraugs)
- RezultÄta sadalÄ«jums nav nejauÅ”s (traucÄjumi)
- IegÅ«to paraugu sadalÄ«jums tiek salÄ«dzinÄts ar paredzamo
- NoslÄdz kvantu pÄrÄkumu
Tas ir, Google ieviesa sintÄtisku problÄmu 53 kubitu procesorÄ un savu apgalvojumu par kvantu pÄrÄkuma sasniegÅ”anu pamato ar faktu, ka nav iespÄjams saprÄtÄ«gÄ laikÄ atdarinÄt Å”Ädu procesoru standarta sistÄmÄs.
Par sapratni - Å Ä« sadaļa nekÄdÄ veidÄ nemazina Google sasniegumus, inženieri ir patieÅ”Äm lieliski, un jautÄjums par to, vai to var uzskatÄ«t par Ä«stu kvantu pÄrÄkumu vai nÄ, kÄ minÄts iepriekÅ”, ir vairÄk filozofisks nekÄ inženierija. Bet mums ir jÄsaprot, ka, sasnieguÅ”i Å”Ädu skaitļoÅ”anas pÄrÄkumu, mÄs neesam pavirzÄ«juÅ”ies uz priekÅ”u, lai varÄtu palaist Å ora algoritmu 2048 bitu skaitļos.
Kopsavilkums
Kvantu datori un kvantu skaitļoÅ”ana ir ļoti daudzsoloÅ”a, ļoti jauna un lÄ«dz Å”im maz rÅ«pnieciski pielietojama informÄcijas tehnoloÄ£iju joma.
Kvantu skaitļoÅ”anas attÄ«stÄ«ba (kÄdreiz) ļaus mums atrisinÄt problÄmas:
- Sarežģītu fizisko sistÄmu modelÄÅ”ana kvantu lÄ«menÄ«
- NeatrisinÄms parastajÄ datorÄ skaitļoÅ”anas sarežģītÄ«bas dÄļ
GalvenÄs problÄmas kvantu datoru izveidÄ un darbÄ«bÄ:
- Dekoherence
- Kļūdas (atbilstÄ«ba un vÄrti)
- Procesora arhitektÅ«ra (pilnÄ«bÄ savienotas kubitu shÄmas)
PaÅ”reizÄjais lietu stÄvoklis:
- PatiesÄ«bÄ ā pats sÄkums .
- PagaidÄm nav REÄLAS komerciÄlas izmantoÅ”anas (un nav skaidrs, kad tÄ notiks)
Kas var palÄ«dzÄt:
- Kaut kÄds fizisks atklÄjums, kas samazina elektroinstalÄcijas un procesoru darbÄ«bas izmaksas
- AtklÄjiet kaut ko tÄdu, kas palielinÄs dekoherences laiku par lielumu un/vai samazinÄs kļūdas
ManuprÄt (tÄ«ri personÄ«gais viedoklis), paÅ”reizÄjÄ zinÄtniskajÄ zinÄÅ”anu paradigmÄ mÄs nesasniegsim ievÄrojamus panÄkumus kvantu tehnoloÄ£iju attÄ«stÄ«bÄ, Å”eit mums ir vajadzÄ«gs kvalitatÄ«vs izrÄviens kÄdÄ fundamentÄlÄs vai lietiŔķÄs zinÄtnes jomÄ, kas dos impulsu jaunÄm idejÄm un metodÄm.
Pa to laiku gÅ«stam pieredzi kvantu programmÄÅ”anÄ, kvantu algoritmu apkopoÅ”anÄ un veidoÅ”anÄ, ideju testÄÅ”anÄ utt., utt. MÄs gaidÄm izrÄvienu.
SecinÄjums
Å ajÄ rakstÄ mÄs apskatÄ«jÄm galvenos pagrieziena punktus kvantu skaitļoÅ”anas un kvantu datoru attÄ«stÄ«bÄ, izskatÄ«jÄm to darbÄ«bas principu, apskatÄ«jÄm galvenÄs problÄmas, ar kurÄm inženieri saskaras kvantu procesoru izstrÄdÄ un darbÄ«bÄ, kÄ arÄ« apskatÄ«jÄm, kÄdi ir daudzkubiti. D-datori patiesÄ«bÄ ir. Wave un Google nesenais paziÅojums par kvantu pÄrÄkuma sasniegÅ”anu.
Aiz kadra atstÄti kvantu datoru programmÄÅ”anas jautÄjumi (valodas, pieejas, metodes u.c.) un jautÄjumi, kas saistÄ«ti ar specifisku procesoru fizisko ievieÅ”anu, kÄ kubiti tiek pÄrvaldÄ«ti, saistÄ«ti, lasÄ«ti utt. VarbÅ«t Ŕī bÅ«s nÄkamÄ raksta vai rakstu tÄma.
Paldies par uzmanÄ«bu, ceru, ka Å”is raksts kÄdam noderÄs.
(C)
Pateicības
par korektÅ«ru un komentÄriem par avota tekstu, kÄ arÄ« par rakstu
informÄcijas bagÄtiem komentÄriem par , un ne tikai viÅai, kas man lielÄ mÄrÄ palÄ«dzÄja izdomÄt Å”o mÄ«klu.
Visiem rakstu un publikÄciju autoriem, kuru materiÄli tika izmantoti Ŕī raksta tapÅ”anÄ.
Resursu saraksts
AktuÄlie raksti no [The National Academies Press]
Raksti no Habr (izlases secÄ«bÄ)
NeŔķiroti (bet ne mazÄk interesanti) raksti no interneta
Kursi un lekcijas
Avots: www.habr.com