Solosaina quantum sy computing quantum - vaovao , izay nampidirina tao amin'ny habaka fampahafantarana anay miaraka amin'ny , sy teny teknolojia avo lenta hafa. Nandritra izany fotoana izany, dia tsy afaka nahita fitaovana ao amin'ny Internet izay hanangona ny piozila ao an-dohako antsoina hoe "Ahoana no fiasan'ny ordinatera quantum". Eny, misy asa tsara maro, anisan'izany ny Habr (jereo. ), fanehoan-kevitra izay, toy ny mahazatra, dia vao mainka mampahafantatra sy mahasoa kokoa, fa ny sary ao an-dohako, araka ny filazan'izy ireo, dia tsy nanampy.
Ary vao haingana no nanatona ahy ireo mpiara-miasa tamiko ary nanontany hoe: βAzonao ve ny fomba fiasan'ny ordinatera quantum? Afaka milaza aminay ve ianao?β Ary avy eo dia tsapako fa tsy izaho irery no manana olana amin'ny fametrahana sary mirindra ao an-dohako.
Vokatr'izany dia nisy fikasana nanangona vaovao momba ny solosaina quantum ho ao anatin'ny fizaran-tsarimihetsika lojika izay misy ambaratonga fototra, tsy misy asitrika lalina amin'ny matematika sy ny firafitry ny tontolo quantum, nohazavaina tamin'izany ny atao hoe ordinatera quantum, inona ny fitsipika iasana azy, ary inona no olana atrehin'ny mpahay siansa rehefa mamorona sy mampiasa azy io.
Lohahevitra misy
Disclaimer
Ny mpanoratra dia tsy manam-pahaizana amin'ny computing quantum, ary Ny mpihaino kendrena amin'ny lahatsoratra dia olona IT mitovy, fa tsy manam-pahaizana manokana, izay te-hametraka sary ao an-dohany ihany koa antsoina hoe "Ahoana ny fiasan'ny ordinatera quantum." Noho izany, hevitra maro ao amin'ny lahatsoratra no ninia nohamafisina mba hahatakarana bebe kokoa ny teknolojia quantum amin'ny ambaratonga "fototra", saingy tsy misy. .
Ny lahatsoratra any amin'ny toerana sasany dia mampiasa fitaovana avy amin'ny loharano hafa, . Na aiza na aiza azo atao, dia ampidirina rohy mivantana sy famantarana amin'ny lahatsoratra, tabilao na tarehimarika tany am-boalohany. Raha misy zavatra adinoko (na olona) any ho any dia manorata dia ahitsio aho.
fampidirana
Ato amin'ity toko ity, hojerentsika fohifohy ny fomba nanombohan'ny vanim-potoana quantum, inona no antony nanosika ny hevitra momba ny ordinatera quantum, izay (firenena sy orinasa) amin'izao fotoana izao no mpilalao lehibe amin'ity sehatra ity, ary miresaka fohifohy. momba ny tari-dalana lehibe amin'ny fampandrosoana ny informatika quantum.
Ahoana no nanombohan'izany rehetra izany?
Ny fiandohan'ny vanim-potoana quantum dia heverina ho 1900, fony i M. Planck no nandroso voalohany fa ny angovo dia mivoaka sy misintona tsy mitohy, fa amin'ny quanta (ampahany). Ny hevitra dia noraisina sy novolavolain'ny mpahay siansa maro niavaka tamin'izany fotoana izany - Bohr, Einstein, Heisenberg, SchrΓΆdinger, izay nitarika ny famoronana sy ny fampandrosoana ny siansa toy izany tamin'ny farany. . Betsaka ny fitaovana tsara ao amin'ny Internet momba ny fananganana fizika quantum ho toy ny siansa ato amin'ity lahatsoratra ity dia tsy hiresaka momba izany amin'ny antsipiriany, fa ilaina ny manondro ny daty nidirany ny vanim-potoana quantum vaovao.
Ny fizika quantum dia nitondra famoronana sy teknolojia maro teo amin'ny fiainantsika andavanandro, izay tsy misy azy dia sarotra ny maka sary an-tsaina ny tontolo manodidina antsika. Ohatra, laser, izay ampiasaina eny rehetra eny, manomboka amin'ny fitaovana an-trano (laser level, sns.) ka hatramin'ny rafitra teknolojia avo lenta (laser ho an'ny fanitsiana ny fahitana, salama. ). Mety ho lojika ny fiheverana fa na ho ela na ho haingana dia hisy olona hieritreritra hoe maninona no tsy mampiasa rafitra quantum amin'ny informatika. Ary tamin'ny 1980 dia nitranga izany.
Wikipedia dia manondro fa ny hevitra voalohany momba ny computing quantum dia nambara tamin'ny 1980 avy amin'ny mpahay siansa Yuri Manin. Saingy nanomboka niresaka momba izany izy ireo tamin'ny 1981, raha ny R. Feynman malaza , dia nanamarika fa tsy azo atao ny mampitovy ny fivoaran'ny rafitra quantum amin'ny ordinatera klasika amin'ny fomba mahomby. Nanolotra modely fototra izy , izay ho afaka hanatanteraka modely toy izany.
Misy , izay dia heverina ho ara-akademika sy amin'ny antsipiriany kokoa, fa hodinihintsika fohifohy:
Zava-bita lehibe teo amin'ny tantaran'ny famoronana solosaina quantum:
- [1994]. P. Shore. Noforonin'i
- [1998]. NAMORONA NY
- [2001]. IBM dia nampiditra famonoana mba hanitarana ny laharana faha-15
- [2007-2016]. mamorona sy mamolavola solosaina misy 128-2000 qubits
- [2012]. Napetraka tao amin'ny Oniversiten'i Kalifornia
- [2016]. Google amin'ny ordinatera 9-qubit
- [2017]. (atΓ΄ma telo)
- [2019]. . Solosaina 20-qubit ao anaty rahona
- [2019]. . 53 qubit solosaina. ?
Araka ny hitanao dia 17 taona no lasa (1981 ka hatramin'ny 1998) nanomboka tamin'ny fotoana nisian'ny hevitra ka hatramin'ny fampiharana voalohany azy tamin'ny solosaina misy 2 qubits, ary 21 taona (nanomboka tamin'ny 1998 ka hatramin'ny 2019) ka hatramin'ny nitombo ho 53 ny isan'ny qubits. Naharitra 11 taona (nanomboka tamin'ny 2001 ka hatramin'ny 2012) ny fanatsarana ny vokatry ny algorithm an'i Shor (hojerentsika amin'ny antsipiriany kokoa izany aoriana kely) manomboka amin'ny isa 15 ka hatramin'ny 21. Ary koa, telo taona lasa izay dia tonga tamin'ny teboka iray izahay. fampiharana izay noresahin'i Feynman, ary mianatra mamolavola ny rafitra ara-batana tsotra indrindra.
Miadana ny fivoaran'ny computing quantum. Ny mpahay siansa sy ny injeniera dia miatrika asa tena sarotra, ny fanjakana quantum dia tena fohy sy marefo, ary mba hitahiry azy ireo ho ela hanaovana kajikajy, dia tsy maintsy manamboatra sarcophagi amin'ny dolara an-tapitrisany dolara izy ireo, izay mitazona ny mari-pana. ambonin'ny aotra tanteraka, ary voaaro indrindra amin'ny fitaomana ivelany. Avy eo dia hiresaka momba ireo asa sy olana ireo amin'ny antsipiriany bebe kokoa isika.
Mpilalao mitarika
Ny slides ho an'ity fizarana ity dia nalaina tao amin'ny lahatsoratra , avy amin'ny mpikaroka Alexey Fedorov. MamelΓ ahy hanome anao teny nalaina mivantana:
Ny firenena rehetra mahomby amin'ny teknolojia dia mazoto mamolavola ny teknolojia quantum. Vola be no apetraka amin'ity fikarohana ity, ary misy fandaharana manokana hanohanana ny teknolojia quantum.
Tsy ny fanjakana ihany, fa ny orinasa tsy miankina ihany koa no mandray anjara amin'ny hazakazaka quantum. Amin'ny fitambarany, Google, IBM, Intel ary Microsoft vao haingana no nampiasa vola 0,5 lavitrisa dolara amin'ny fampivoarana solosaina quantum ary namorona laboratoara lehibe sy ivon-toeram-pikarohana.
Betsaka ny lahatsoratra momba ny HabrΓ© sy ny Internet, ohatra, , ΠΈ , izay nodinihina amin'ny antsipiriany bebe kokoa ny toe-draharaha misy ankehitriny amin'ny fivoaran'ny teknolojia quantum any amin'ny firenena samihafa. Ny tena zava-dehibe ho antsika amin'izao fotoana izao dia ny firenena mandroso ara-teknolojia sy mpilalao rehetra dia mampiasa vola be amin'ny fikarohana amin'io lalana io, izay manome fanantenana ny hivoahana amin'ny tsy fahampian'ny teknolojia ankehitriny.
Toro lalana fampandrosoana
Amin'izao fotoana izao (mety ho diso aho, ahitsio aho) ny ezaka lehibe (sy ny vokatra lehibe kokoa na tsy dia manan-danja) an'ny mpilalao lehibe rehetra dia mifantoka amin'ny sehatra roa:
- Solosaina quantum manokana, izay mikendry ny famahana olana manokana iray, ohatra, ny olana momba ny fanatsarana. Ohatra iray amin'ny vokatra iray ny solosaina quantum D-Wave.
- Universal quantum ordinateur - izay afaka mampihatra algorithm quantum tsy misy dikany (Shor, Grover, sns.). Fampiharana avy amin'ny IBM, Google.
Vectors fampandrosoana hafa izay omen'ny fizika quantum antsika, toy ny:
- ho fototry ny
- sy ny sisa
Mazava ho azy fa ao anatin'ny lisitry ny faritra hanaovana fikarohana ihany koa izy io, saingy amin'izao fotoana izao dia toa tsy misy vokatra lehibe kokoa na latsaka.
Ankoatra izany dia afaka mamaky ianao , tsara, google"", Ohatra, , ΠΈ .
fototra. Quantum object sy quantum system
Ny zava-dehibe indrindra ho takatra amin'ity fizarana ity dia izany
Computer quantum (tsy toy ny mahazatra) dia ampiasaina ho mpitatitra vaovao zavatra quantum, ary raha te hanao kajy, dia tsy maintsy ampifandraisina ao ny zavatra quantum rafitra quantum.
Inona no atao hoe zavatra quantum?
Quantum object - zavatra avy amin'ny tontolo mikraoba (tontolo quantum) izay mampiseho ny fananana quantum:
- Manana fanjakana voafaritra misy ambaratonga roa sisintany
- Ao amin'ny superposition ny fanjakana mandra-pahatongan'ny fotoana fandrefesana
- Mifamatotra amin'ny zavatra hafa mba hamoronana rafitra quantum
- Mahafa-po ny teorem tsy misy kloning (tsy azo adika ny toetry ny zavatra iray)
Andeha hojerentsika amin'ny antsipiriany bebe kokoa ny fananana tsirairay:
Manana fanjakana voafaritra misy ambaratonga roa sisintany (fanjakana farany)
Ny ohatra mahazatra amin'ny tontolo tena izy dia vola madinika. Izy io dia manana fanjakana "lafy", izay misy ambaratonga roa - "loha" sy "rambo".
Ao amin'ny superposition ny fanjakana mandra-pahatongan'ny fotoana fandrefesana
Natsipinβizy ireo ny vola madinika iray, nanidina sy nihodina. Na dia mihodina aza izy dia tsy azo atao ny milaza hoe aiza amin'ny haavon'ny sisintany no misy azy. Saingy raha vantany vao mitongilana isika ary mijery ny vokatr'izany, dia mirodana avy hatrany ny superposition ny fanjakana ho iray amin'ireo fanjakana roa - "loha" sy "rambo". Fandrefesana ny mikapoka vola madinika eto amintsika.
Mifamatotra amin'ny zavatra hafa mba hamoronana rafitra quantum
Sarotra amin'ny vola madinika izany, fa andao hanandrana. Alaivo sary an-tsaina hoe nanipy vola madinika telo izahay mba hihodinana mifamatotra, izany no atao hoe juggling amin'ny vola madinika. Isaky ny fotoana, tsy ny tsirairay amin'izy ireo no ao anaty superposition ny fanjakana, fa ireo fanjakana ireo dia mifampiankina (mifandona ny vola madinika).
Mahafa-po ny teorem tsy misy kloning (tsy azo adika ny toetry ny zavatra iray)
Na dia manidina sy mihodina aza ny vola madinika, dia tsy misy fomba ahafahantsika mamorona dika mitovy amin'ny toetry ny fihodinan'ny vola madinika rehetra, misaraka amin'ny rafitra. Ny rafitra dia miaina ao anatiny ary tena saro-piaro amin'ny famoahana vaovao rehetra any ivelany.
Teny vitsivitsy momba ny foto-kevitra mihitsy "superpositions", amin'ny saika ny lahatsoratra rehetra dia hazavaina ny superposition "Any amin'ny fanjakana rehetra amin'ny fotoana iray ihany", izay, mazava ho azy, marina, nefa indraindray tsy ilaina. Ny superposition ny fanjakana dia azo eritreretina ihany koa ho toy ny zava-misy isaky ny fotoana misy zavatra quantum Misy ny mety ho firodanan'ny tsirairay amin'ny fari-taniny, ary amin'ny fitambarany dia mitovy amin'ny 1 izany.. Atα»³ aoriana, rehefa mandinika ny qubit isika, dia hiresaka momba izany aminβny antsipiriany kokoa.
Ho an'ny vola madinika dia azo jerena izany - miankina amin'ny hafainganam-pandeha voalohany, ny zoron'ny toss, ny toetry ny tontolo iainan'ny vola madinika, amin'ny fotoana rehetra dia tsy mitovy ny mety hisian'ny "loha" na "rambo". Ary, araka ny voalaza tetsy aloha, ny toetry ny vola madinika manidina toy izany dia azo alaina sary an-tsaina hoe "miaina ao amin'ny sisin-taniny rehetra amin'ny fotoana iray ihany, saingy amin'ny mety ho hafa amin'ny fampiharana azy."
Ny zavatra rehetra mahafeno ireo toetra voalaza etsy ambony ireo ary azontsika atao sy fehezintsika dia azo ampiasaina ho mpitatitra vaovao amin'ny solosaina quantum.
Lavitra kokoa isika dia hiresaka momba ny toe-draharaha amin'izao fotoana izao miaraka amin'ny fampiharana ara-batana ny qubits ho zavatra quantum, ary inona no ampiasain'ny mpahay siansa amin'izao fotoana izao.
Noho izany, ny fananana fahatelo dia milaza fa ny zavatra quantum dia mety ho voafandrika hamorona rafitra quantum. Inona no atao hoe rafitra quantum?
Ny rafitra quantum - rafitra misy zavatra quantum miraikitra miaraka amin'ireto toetra manaraka ireto:
- Ny rafitra quantum dia ao anatin'ny superposition ny toe-javatra rehetra mety ho an'ny zavatra misy azy
- Tsy azo atao ny mahafantatra ny toetry ny rafitra mandra-pahatongan'ny fotoana fandrefesana
- Amin'ny fotoana fandrefesana, ny rafitra dia mampihatra ny iray amin'ireo mety ho variana amin'ny fanjakana sisintany
(ary, mibanjina kely)
Corollary ho an'ny programa quantum:
- Ny programa quantum dia manana toetry ny rafitra nomena ao amin'ny fidirana, superposition ao anatiny, superposition amin'ny vokatra
- Ao amin'ny fivoahan'ny programa aorian'ny fandrefesana dia manana fampiharana mety amin'ny iray amin'ireo toe-javatra mety hitranga amin'ny rafitra isika (miampy ny mety ho lesoka)
- Ny programan'ny quantum rehetra dia manana architecture chimney (input -> output. Tsy misy tadivavarana, tsy hitanao ny toetry ny rafitra eo afovoan'ny dingana.)
Fampitahana ny ordinatera quantum sy ny mahazatra
Andeha isika hampitaha ny ordinatera mahazatra sy ny quantum.
| ordinatera mahazatra | Computer quantum | |
|
lojika
|
0 / 1 | `a|0> + b|1>, a^2+b^2=1` |
|
Fizìka
|
Transistor semiconductor | Quantum object |
|
Mpitondra vaovao
|
Ny haavon'ny voly | Polarization, spin,β¦ |
|
asa
|
TSY, ARY, NA, XOR mihoatra ny bits | Valves: CNOT, Hadamard,β¦ |
|
FIFANDRAISANA
|
Semiconductor chip | Misafotofoto aminβny samy izy |
|
Algorithms
|
Standard (jereo ny Karavasy) | Specials (Shore, Grover) |
|
Fitsipika
|
Digital, deterministika | Analog, mety |
Level lojika
Amin'ny ordinatera mahazatra dia kely izany. Fantatsika tsara hatrany hatrany bit deterministika. Afaka maka soatoavina na 0 na 1. Mifanaraka tsara amin'ilay anjara singa lojika ho an'ny ordinatera mahazatra, fa tsy mety amin'ny famaritana ny fanjakana zavatra quantum, izay, araka ny efa voalazanay, any anaty ala no misy aosuperpositions ny sisin-tanin'izy ireo.
Izany no novokarin'izy ireo . Ao amin'ny faritaniny dia mahatsapa fanjakana mitovy amin'ny 0 sy 1 , ary aseho amin'ny superposition fizarana mety amin'ny fanjakana sisintany |0> ΠΈ |1>:
a|0> + b|1>, ΡΠ°ΠΊΠΎΠ΅, ΡΡΠΎ a^2+b^2=1a sy b maneho , ary ny efamira misy azy ireo dia ny tena mety hahazoana ny sanda mitovy amin'ny fanjakana sisintany. |0> ΠΈ |1>, raha manapotsitra ny qubit amin'ny fandrefesana ianao izao.
sosona ara-batana
Amin'ny haavon'ny teknolojia amin'izao fotoana izao, ny fampiharana ara-batana kely ho an'ny ordinatera mahazatra dia transistor semiconductor, ho an'ny quantum, araka ny efa voalazanay, misy zavatra quantum. Ao amin'ny fizarana manaraka dia hiresaka momba izay ampiasaina amin'izao fotoana izao ho media ara-batana ho an'ny qubits.
Fitaovana fitahirizana
Ho an'ny ordinatera mahazatra dia ity herinaratra - ny haavon'ny volt, ny fisiana na ny tsy fisian'ny courant, sns., ho an'ny quantum - mitovy toetry ny zavatra quantum (fitondran'ny polarization, spin, sns.), izay mety ho eo amin'ny toetry ny superposition.
asa
Mba hampiharana ny logic circuits amin'ny ordinatera mahazatra, dia mampiasa fanta-daza isika , ho an'ny asa amin'ny qubits dia ilaina ny mamorona rafitra fiasa hafa tanteraka, antsoina . Ny vavahady dia mety ho tokana-qubit na double-qubit, arakaraka ny isan'ny qubits miova fo.
Ohatra amin'ny vavahady quantum:
Misy hevitra universal valve set, izay ampy hanaovana kajy quantum. Ohatra, ny andiany iray dia misy vavahadin'i Hadamard, vavahady fifindran'ny dingana, vavahady CNOT, ary vavahady Οβ8. Miaraka amin'ny fanampian'izy ireo dia afaka manao kajy quantum amin'ny qubits tsy misy dikany ianao.
Ato amin'ity lahatsoratra ity dia tsy hipetraka amin'ny antsipiriany momba ny rafitry ny vavahadin'ny quantum ianao dia afaka mamaky bebe kokoa momba azy ireo sy ny hetsika lojika amin'ny qubits, ohatra, . Ny zava-dehibe tokony hotsaroana:
- Ny asa amin'ny zavatra quantum dia mitaky ny famoronana mpandraharaha lojika vaovao (vavahady quantum)
- Ny vavahadin'ny quantum dia tonga amin'ny karazana qubit tokana sy double-qubit.
- Misy andiana vavahady manerantany izay azo ampiasaina amin'ny fanaovana kajy quantum
FIFANDRAISANA
Ny transistor iray dia tsy misy ilΓ na azy tanteraka amin'ny fanaovana kajy, mila mampifandray transistors maro isika, izany hoe mamorona chip semiconductor avy amin'ny transistors an-tapitrisany izay hananganana circuit lojika, ary, amin'ny farany, mahazo processeur maoderina amin'ny endriny mahazatra.
Ny qubit iray ihany koa dia tsy misy ilΓ na azy tanteraka amintsika (raha amin'ny lafiny akademika ihany),
Mba hanatanterahana ny kajy dia mila rafitra qubits (zavatra quantum) isika.
izay, araka ny efa voalazantsika, dia noforonina tamin'ny fifamatorana qubits mba hisian'ny fiovan'ny fanjakany amin'ny fomba mirindra.
Algorithms
Ny algorithms mahazatra izay nangonin'ny olombelona hatramin'izao dia tsy mety amin'ny fampiharana amin'ny ordinatera quantum. Eny, amin'ny ankapobeny dia tsy ilaina izany. Ny solosaina quantum mifototra amin'ny lojika vavahady amin'ny qubits dia mitaky ny famoronana algorithms hafa tanteraka, algorithm quantum. Amin'ireo algorithm quantum malaza indrindra dia azo avahana ny telo:
- (factorization)
- (Fikarohana haingana amin'ny angon-drakitra tsy voalamina)
- (valiny ny fanontaniana, asa tsy miova na voalanjalanja)
Fitsipika
Ary ny fahasamihafana lehibe indrindra dia ny fitsipiky ny fiasana. Ho an'ny ordinatera mahazatra dia ity nomerika, fitsipika hentitra deterministika, mifototra amin'ny zava-misy fa raha mametraka toe-javatra voalohany amin'ny rafitra isika ary mandalo izany amin'ny alΓ lan'ny algorithm nomena, dia hitovy ny vokatry ny kajikajy, na impiry isika no manao an'io kajy io. Raha ny marina, io fihetsika io no tena andrasantsika amin'ny solosaina.
Ny solosaina quantum dia mandeha analogue, fitsipika probabilistika. Ny vokatry ny algorithm nomena amin'ny fanjakana voalohany nomena dia santionany avy amin'ny fizarana mety fampiharana farany ny algorithm miampy ireo fahadisoana mety hitranga.
Io toetra mety amin'ny computing quantum io dia noho ny maha-zava-dehibe ny tontolon'ny quantum. "Andriamanitra tsy milalao dice amin'izao rehetra izao.", hoy i Einstein taloha, fa ny fanandramana sy ny fandinihana rehetra hatreto (amin'ny paradigma siantifika ankehitriny) dia manamarina ny mifanohitra amin'izany.
Fampiharana ara-batana ny qubits
Araka ny efa voalazantsika, ny qubit dia azo aseho amin'ny zavatra quantum, izany hoe, zavatra ara-batana izay mampihatra ny fananana quantum voalaza etsy ambony. Izany hoe, raha lazaina amin'ny teny manodidina, ny zavatra ara-batana rehetra misy fanjakana roa ary ireo fanjakana roa ireo dia ao anatin'ny toetry ny superposition dia azo ampiasaina hanamboarana ordinatera quantum.
"Raha afaka mametraka atoma amin'ny ambaratonga roa samy hafa isika ary mifehy azy ireo, dia manana qubit ianao. Raha afaka manao izany amin'ny ion isika dia qubit izany. Toy izany koa ny amin'izao fotoana izao. Raha mandeha amin'ny fihodin'ny famantaranandro sy mifanohitra amin'ny famantaranandro miaraka amin'ny fotoana mitovy, dia manana qubit ianao. "
Misy ΠΊ , izay ijerena amin'ny antsipiriany bebe kokoa ny karazana fampiharana ara-batana amin'izao fotoana izao, dia ho tanisaintsika tsotra izao ny malaza sy mahazatra indrindra:
- ary hevitra hafa ivelany (anion, sns.)
Amin'ireo karazany rehetra ireo, ny tena mandroso indrindra dia ny fomba voalohany hahazoana qubits, mifototra amin'ny . , , ary ireo mpilalao malaza hafa dia mampiasa izany hananganana ny rafitra misy azy ireo.
Eny, vakio bebe kokoa azo atao qubits avy .
fototra. Ahoana ny fiasan'ny ordinatera quantum
Ny fitaovana ho an'ity fizarana ity (asa sy sary) dia nalaina tao amin'ny lahatsoratra .
Noho izany, alaivo sary an-tsaina fa manana ity asa manaraka ity isika:
Misy vondrona misy olona telo: (A)ndrey, (B)olodya ary (C)erezha. Misy taxi roa (0 sy 1).
Fantatra ihany koa fa:
- (A)ndrey, (B)olodya dia mpinamana
- (A)ndrey, (C)erezha dia fahavalo
- (B)olodya sy (C)erezha dia fahavalo
Asa: Ampidiro ao anaty taxi ny olona mba Max (namana) ΠΈ Min (fahavalo)
Naoty: L = (isan'ny namana) - (isan'ny fahavalo) ho an'ny safidy trano tsirairay
ZAVA-DEHIBE: Raha heverina fa tsy misy heuristika, dia tsy misy vahaolana tsara indrindra. Amin'ity tranga ity, ny olana dia tsy afaka afa-tsy amin'ny fikarohana tanteraka ny safidy.
Vahaolana amin'ny solosaina mahazatra
Ahoana no hamahana ity olana ity amin'ny ordinatera mahazatra (super) (na cluster) - mazava tsara izany mila mitodika amin'ny safidy rehetra azo atao ianao. Raha manana rafitra multiprocessor isika, dia afaka mampitovy ny kajy ny vahaolana amin'ny processeur maromaro ary avy eo manangona ny valiny.
Manana safidy 2 azo atao izahay (taxi 0 sy taxi 1) ary olona 3. Vahaolana vahaolana 2 ^ 3 = 8. Afaka mandalo safidy 8 aza ianao amin'ny fampiasana kajy, tsy olana izany. Andao hanasarotra ny olana isika izao - manana olona 20 sy fiara fitateram-bahoaka roa isika, ny toerana misy ny vahaolana 2^20 = 1 048 576. Tsy misy sarotra koa. Andao hampitombo avo 2.5 heny ny isan'ny olona - maka olona 50 sy fiaran-dalamby roa, izao ny toerana misy ny vahaolana. 2^50 = 1.12 x 10^15. Ny solosaina tsotra (super) dia efa manomboka manana olana goavana. Ampitomboy in-2 ny isan'ny olona, ββefa 100 no omena antsika 1.2 x 10 ^ 30 safidy azo atao.
Izany hoe, ity asa ity dia tsy azo kajy ao anatin'ny fotoana mety.
Mampifandray supercomputer
Ny solosaina matanjaka indrindra amin'izao fotoana izao dia ny laharana 1 amin'ny , ity , vokatra 122 . Andeha hojerentsika fa mila fandidiana 100 isika mba hikajiana safidy iray, avy eo hamaha ny olana ho an'ny olona 100 dia ilaintsika:
(1.2 x 10^30 100) / 122Γ10^15 / (606024365) = 3 x 10^37 taona.
Araka ny hitantsika, rehefa mitombo ny haben'ny angona voalohany, mitombo ny habaka vahaolana araka ny lalΓ nan'ny fahefana, Amin'ny tranga ankapobeny, ho an'ny N bit dia manana 2^N azo atao ny safidy vahaolana, izay ho an'ny N (100) kely dia manome antsika toerana tsy voatanisa (amin'ny haavon'ny teknolojia ankehitriny).
Misy safidy hafa ve? Araka ny efa noeritreretinao, eny, misy.
Saingy alohan'ny hidirantsika amin'ny fomba sy ny antony ahafahan'ny ordinatera quantum mamaha ny olana toy izany, andao isika haka fotoana kely hamerenana hoe inona izy ireo. fizarana mety. Aza taitra, lahatsoratra famerenana ity, tsy hisy matematika sarotra eto, hanao ny ohatra mahazatra miaraka amin'ny kitapo sy baolina izahay.
Kombinatorika kely fotsiny, thΓ©orie probabilitΓ© ary mpanandrana hafahafa
Andeha isika haka kitapo dia hataontsika ao anatiny Baolina fotsy 1000 sy baolina mainty 1000. Hanao fanandramana isika - esory ny baolina, soraty ny loko, avereno ao anaty kitapo ny baolina ary afangaro ny baolina ao anaty kitapo.
In-10 no nanaovana ny andrana, nisintona baolina mainty 10. Angamba? Tena. Ity santionany ity dia manome antsika hevitra mitombina momba ny fizarana marina ao anaty kitapo? Mazava ho azy fa tsy izany. Inona no tokony hatao - marina, pavereno in-tapitrisa ny fanandramana ary kajy ny fatran'ny baolina mainty sy fotsy. Mahazo isika, ohatra 49.95% mainty ary 50.05% fotsy. Amin'ity tranga ity, ny firafitry ny fizarana izay avy amin'ny santionany (maka baolina iray) dia efa mazava kokoa na latsaka.
Ny tena zava-dehibe dia ny mahatakatra izany ny fanandramana mihitsy dia manana toetra mety, miaraka amin'ny santionany iray (baolina) dia tsy ho fantatsika ny tena firafitry ny fizarana, mila mamerina imbetsaka ny fanandramana ary antonony ny vokatra.
Aleo ampidirintsika ao anaty kitapo Baolina mena 10 sy maitso 10 (fahadisoana). Aleo averina in-10 ilay andrana. INnisintona 5 mena sy maitso 5. Angamba? Eny. Afaka milaza zavatra momba ny fitsinjarana marina isika - Tsia. Inona no tokony hatao - tsara, azonao.
Mba hahazoana fahatakarana ny firafitry ny fitsinjarana mety, dia ilaina ny mamerina miverimberina ny vokatry ny tsirairay avy amin'io fizarana io sy ny antonony ny valiny.
Mampifandray ny teoria amin'ny fampiharana
Ankehitriny fa tsy baolina mainty sy fotsy dia andao haka baolina billiard ary ataovy ao anaty kitapo Baolina 1000 misy laharana 2, 1000 misy isa 7 ary baolina 10 misy isa hafa. Alao sary an-tsaina ny mpanandrana iray izay voaofana amin'ny fihetsika tsotra indrindra (maka baolina, soraty ny isa, avereno ao anaty kitapo ny baolina, afangaro ao anaty kitapo ny baolina) ary ataony ao anatin'ny 150 microseconds izany. Eny, mpanandrana toy izany amin'ny hafainganam-pandeha (fa tsy dokam-barotra momba ny zava-mahadomelina !!!). Avy eo ao anatin'ny 150 segondra dia ho afaka hanao ny andrana ataontsika in-1 tapitrisa izy ary omeo anay ny vokatra antonony.
Napetrak'izy ireo ilay mpanandrana, nomeny kitapo, nihodina, niandry 150 segondra ary nahazo:
isa 2 - 49.5%, isa 7 - 49.5%, ny isa sisa amin'ny fitambarany - 1%.
Eny marina izany, Ny kitaponay dia solosaina quantum misy algorithm izay mamaha ny olanay, ary ny baolina dia vahaolana azo atao. Satria misy vahaolana roa marina, dia Ny solosaina quantum dia hanome antsika ny iray amin'ireo vahaolana azo atao miaraka amin'ny mety hitranga, ary ny fahadisoana 0.5% (10/2000)., izay horesahina any aoriana.
Mba hahazoana ny valin'ny solosaina quantum dia mila mampandeha imbetsaka ny algorithm quantum ianao amin'ny fitambaran'ny angon-drakitra mitovy ary ny antonony ny valiny.
Scalability ny solosaina quantum
Alao sary an-tsaina izao fa ho an'ny asa misy olona 100 (toerana vahaolana 2^100 tsaroantsika izany), roa ihany koa ny fanapahan-kevitra marina. Avy eo, raha maka qubits 100 isika ary manoratra algorithm izay manisa ny tanjona tanjona (L, jereo etsy ambony) amin'ireo qubits ireo, dia hahazo kitapo misy baolina 1000 misy ny isan'ny valiny marina voalohany, 1000 miaraka amin'ny ny laharan'ny valiny marina faharoa ary baolina 10 misy isa hafa. Ary ao anatin'ny 150 segondra ihany dia hanome antsika tombantombana ny mety ho fitsinjaran'ny valiny marina ny mpanandrana antsika.
Ny fotoana famonoana ny algorithm quantum (miaraka amin'ny fiheverana sasany) dia azo raisina ho tsy miova O (1) raha oharina amin'ny haben'ny habaka vahaolana (2 ^ N).
Ary izany indrindra no fananan'ny solosaina quantum - faharetan'ny runtime mifandraika amin'ny fitomboan'ny lalΓ na mifehy ny fahasahiranana eo amin'ny sehatry ny vahaolana no zava-dehibe.
Qubit sy tontolo parallèle
Ahoana no mitranga izany? Inona no ahafahan'ny ordinatera quantum manao kajy haingana? Momba ny toetran'ny quantum amin'ny qubit izany.
Jereo, nilaza izahay fa ny qubit dia toy ny zavatra quantum mahatsapa ny iray amin'ireo toetrany roa rehefa jerena, fa amin'ny "voajanahary" dia ao superpositions ny fanjakana, izany hoe ao amin'ny sisin-taniny roa miaraka (miaraka amin'ny mety).
Raiso (A)ndreya ary alaivo sary an-tsaina ny toetrany (izay fiara misy azy - 0 na 1) ho qubit. Avy eo isika dia manana (amin'ny habaka quantum) tontolo roa mifanitsy, amin'ny iray (A) mipetraka amin'ny taxi 0, any amin'ny tontolo hafa - amin'ny taxi 1. Taxi roa miaraka, saingy misy ny mety hahitana izany amin'ny tsirairay amin'izy ireo mandritra ny fandinihana.
Raiso (B) tanora ary andeha hojerentsika ho toy ny qubit ihany koa ny toerany. Mipoitra ny tontolo roa mifanitsy. Fa izao tontolo izao tsiroaroa (A) и (AT) aza mifanerasera mihitsy. Inona no tokony hatao mba hamoronana mifandraika rafitra? Marina izany, ilaintsika ireto qubits ireto mamatotra (manakorontana). Raisinay ary afangaroy (A) miaraka amin'ny (B) - mahazo rafitra quantum roa qubits isika (A, B), mahatsapa ao anatin'ny tenany efatra mifampiankina tontolo parallèle. hametraka (S)ergey ary mahazo rafitra telo qubits izahay (ABC), fampiharana valo mifampiankina tontolo parallèle.
Ny fototry ny computing quantum (ny fampiharana ny vavahady quantum amin'ny rafitra qubits mifandray) dia ny zava-misy fa ny kajy dia mitranga amin'ny tontolo mifanitsy amin'ny fotoana rehetra.
Ary tsy maninona na firy amin'izy ireo no ananantsika, 2^3 na 2^100, ny algorithm quantum dia hotanterahina ao anatin'ny fotoana voafetra amin'ireo tontolo mifanitsy ireo ary hanome antsika valiny, izay santionany avy amin'ny fizarana mety ho valin'ny algorithm.
Ho an'ny fahatakarana tsara kokoa dia azonao an-tsaina izany Ny solosaina quantum amin'ny haavon'ny quantum dia mandeha amin'ny fizotran'ny vahaolana parallèle 2^N, izay miasa amin'ny safidy iray azo atao, avy eo manangona ny vokatry ny asa - ary manome antsika ny valiny amin'ny endrika superposition ny vahaolana (fizarana mety ho valin'ny valiny), izay anaovana santionany iray isaky ny andrana.
Tsarovy ny fotoana takian'ny mpanandrana anay (150 Β΅s) mba hanatanteraka ny fanandramana, izany dia ho mahasoa antsika bebe kokoa, rehefa miresaka momba ny tena olana ny quantum solosaina sy ny decoherence fotoana.
Quantum algorithms
Araka ny efa voalaza, ny algorithm mahazatra mifototra amin'ny lojika mimari-droa dia tsy azo ampiharina amin'ny ordinatera quantum mampiasa lojika quantum (vavahady quantum). Ho azy dia ilaina ny mamorona vaovao izay manararaotra tanteraka ny mety ho toetran'ny informatika.
Ny algorithm malaza indrindra amin'izao fotoana izao dia:
Tsy toy ny mahazatra, ny ordinatera quantum dia tsy manerantany.
Vitsy ihany ny algorithm quantum hita hatreto.
Π‘ΠΏΠ°ΡΠΈΠ±ΠΎ ho an'ny rohy mankany , toerana izay, araka ny mpanoratra (), ireo solontena tsara indrindra amin'ny tontolon'ny quantum-algorithmic dia nangonina ary mbola miangona.
Ato amin'ity lahatsoratra ity dia tsy hamakafaka amin'ny antsipiriany ny algorithm quantum isika; misy fitaovana tena tsara be dia be ao amin'ny Internet ho an'ny haavon'ny fahasarotana rehetra, fa mbola mila mandinika vetivety ireo telo malaza indrindra isika.
Ny algorithm Shor.
Ny algorithm quantum malaza indrindra dia (Noforonin'ny matematika anglisy tamin'ny 1994 ), izay mikendry ny famahana ny olan'ny faktiora isa ho anton-javatra voalohany (olana factorization, logarithm discrete).
Io algorithm io no voatonona ho ohatra rehefa manoratra izy ireo fa ho voajirika tsy ho ela ny rafitra banky sy ny tenimiafinao. Raha jerena fa ny halavan'ny fanalahidy ampiasaina amin'izao fotoana izao dia tsy latsaky ny 2048 bit, ny fotoana ho an'ny cap dia tsy mbola tonga.
Amin'izao fotoana izao, mihoatra noho ny maotina. Valiny Factorization tsara indrindra miaraka amin'ny Algorithm Shor - Isa ΠΈ , izay latsaky ny 2048 bits. Ho an'ny vokatra sisa tavela amin'ny latabatra, hafa kajy, fa na dia ny vokatra tsara indrindra araka ity algorithm (291311) dia tena lavitra ny tena fampiharana.
Azonao atao ny mamaky bebe kokoa momba ny algorithm Shor, ohatra,. Momba ny fampiharana azo ampiharina - .
Iray amin'ny Ny fahasarotana sy ny hery ilaina amin'ny fametrahana isa 2048-bit dia solosaina misy . Mandry am-piadanana izahay.
Ny algorithm Grover
- famahana ny olan'ny fanisana, izany hoe fitadiavana vahaolana amin'ny equation F(X) = 1, aiza ny F ΠΎΡ n variables. Natolotry ny mpahay matematika amerikana Π² .
Ny algorithm Grover dia azo ampiasaina hahitana ΠΈ andiany laharana. Ankoatra izany, dia azo ampiasaina hamahana olana amin'ny alalan'ny fikarohana feno amin'ireo vahaolana maro azo atao. Izany dia mety mitaky tombony haingana be raha oharina amin'ny algorithm klasika, na dia tsy manome "" amin'ny ankapobeny.
Afaka mamaky bebe kokoa ianao, na . Na izany aza Misy fanazavana tsara momba ny algorithm amin'ny fampiasana ny ohatry ny boaty sy ny baolina, saingy, indrisy, noho ny antony tsy voafehin'ny tsirairay, ity tranokala ity dia tsy misokatra ho ahy avy any Rosia. Raha manana ianao voasakana ihany koa, ka ity misy famintinana fohy:
Ny algorithm Grover. Alaivo sary an-tsaina hoe manana baoritra nihidy misy laharana N ianao. Foana avokoa izy rehetra afa-tsy ny iray, izay misy baolina. Ny asanao: fantaro ny laharan'ny boaty misy ny baolina (io isa tsy fantatra io dia asehon'ny litera w matetika).
Ahoana no hamahana ity olana ity? Ny fomba adala indrindra dia ny mifandimby manokatra ny baoritra, ary na ho ela na ho haingana dia ho hitanao ny boaty misy baolina. Amin'ny salanisa, firy ny boaty tokony hojerena alohan'ny hahitana ny boaty misy baolina? Amin'ny ankapobeny, mila manokatra ny antsasaky ny boaty N/2 ianao. Ny tena zava-dehibe eto dia raha ampitomboina in-100 ny isan'ny boaty, dia mitombo avo 100 heny koa ny salan'isan'ny boaty mila sokafana alohan'ny hahitana ilay boaty misy baolina.
Andeha isika hanao fanazavana iray hafa. Aoka tsy hanokatra ny vatantsika amin'ny tananay isika ary hijery ny fisian'ny baolina ao amin'ny tsirairay, fa misy mpanelanelana iray, andao hiantso azy hoe Oracle. Lazainay amin'ny Oracle hoe, "marika laharana 732", ary ny Oracle dia manamarina sy mamaly amim-pahatsorana hoe "tsy misy baolina ao anaty boaty laharana 732." Ankehitriny, raha tokony hilaza hoe firy ny boaty tokony hosokafana amin'ny antsalany, dia milaza isika hoe "impiry amin'ny salan'isa no tokony handehanana any amin'ny Oracle mba hahitana ny isan'ny boaty misy ny baolina"
Hita fa raha mandika io olana io amin'ny boaty, baolina ary ny Oracle amin'ny fiteny quantum isika dia mahazo vokatra miavaka: mba hahitana ny isan'ny boaty misy baolina eo amin'ny boaty N, dia mila manelingelina ny Oracle amin'ny SQRT fotsiny isika. (N) fotoana!
Izany hoe, ny fahasarotan'ny asa fikarohana amin'ny alΓ lan'ny algorithm Grover dia ahena amin'ny fakan'ny fotoana.
Algorithm Deutsch-Jozi
Algorithm Deutsch-Jozsa (antsoina koa hoe Algorithm Deutsch-Jozsa) - [algorithm quantum](%D0%B0%D0%BB%D0%B3%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%82%D0%BC), ΠΏΡΠ΅Π΄Π»ΠΎΠΆΠ΅Π½Π½ΡΠΉ ΠΈ Π² , ary lasa iray amin'ireo ohatra voalohany amin'ny algorithm natao hotanterahina . _
Ny olana Deutsch-Jozsi dia ny hamaritana raha tsy miova ny fiasan'ny variable binary maromaro F(x1, x2, ... xn) (maka ny sanda 0 na 1 ho an'ny hevitra rehetra) na voalanjalanja (ho an'ny antsasaky ny sehatra ilainy. ny sanda 0, ho an'ny antsasany hafa 1). Amin'ity tranga ity dia heverina ho priori fantatra fa ny fiasa dia tsy miova na voalanjalanja.
Afaka mamaky koa ianao . Fanazavana tsotra kokoa:
Ny algorithm Deutsch (Deutsch-Jozsi) dia mifototra amin'ny herisetra, saingy mamela azy ho vita haingana kokoa noho ny mahazatra. Alaivo sary an-tsaina hoe misy vola madinika iray eo ambony latabatra ary mila fantarinao na sandoka izany na tsia. Mba hanaovana izany, mila mijery indroa ny vola madinika ianao ary mamaritra hoe: "loha" sy "rambo" dia tena izy, "loha" roa, "rambo" roa dia sandoka. Noho izany, raha mampiasa ny algorithm Quantum Deutsch ianao, dia azo atao amin'ny fijery iray - fandrefesana izany fanapahan-kevitra izany.
Olan'ny ordinatera quantum
Rehefa mamolavola sy miasa amin'ny ordinatera quantum, dia miatrika olana marobe ny mpahay siansa sy ny injeniera, izay voavaha amin'ny ambaratongam-pahombiazana isan-karazany hatramin'izao. Araka ny () azo fantarina ireto andiana olana manaraka ireto:
- Ny fahatsapana ny tontolo iainana sy ny fifandraisana amin'ny tontolo iainana
- Fanangonana lesoka mandritra ny kajy
- Ny fahasarotana amin'ny fanombohana voalohany ny fanjakana qubit
- Fahasahiranana amin'ny famoronana rafitra multi-qubit
Tena manoro hevitra aho hamaky ilay lahatsoratra "β, indrindra ny fanehoan-kevitra momba izany.
Andao handamina ny olana lehibe rehetra ho vondrona lehibe telo ary hojerentsika akaiky ny tsirairay amin'izy ireo:
Decoherence
.
Fanjakana quantum zavatra tena marefoqubits ao anatin'ny toe-javatra mikorontana dia tena tsy milamina, izay hery miasa mangina avy any ivelany dia afaka (ary tena) manimba io fifandraisana io. Fiovan'ny mari-pana amin'ny ampahany kely indrindra amin'ny mari-pahaizana, ny tsindry, ny photon kisendrasendra manidina eo akaiky eo - izany rehetra izany dia manimba ny rafitra misy antsika.
Mba hamahana ity olana ity, dia naorina sarcophagi ambany mari-pana, izay ny mari-pana (-273.14 degre Celsius) dia kely ambonin'ny aotra tanteraka, miaraka amin'ny fitokanana ambony indrindra ao amin'ny efitrano anatiny miaraka amin'ny processeur avy amin'ny (azo atao) fitaoman'ny tontolo ivelany.
Ny androm-piainan'ny rafitra quantum amin'ny qubits maromaro mifatotra, izay mitazona ny toetran'ny quantum ary azo ampiasaina amin'ny kajy, dia antsoina hoe fotoana decoherence.
Amin'izao fotoana izao, ny fotoana decoherence amin'ny vahaolana quantum tsara indrindra dia eo amin'ny filaharan'ny ampolony sy an-jatony microseconds.
Misy mahafinaritra izay azonao jerena ny rafitra quantum rehetra noforonina. Ity lahatsoratra ity dia ahitana processeur roa ambony ihany ho ohatra - avy amin'ny IBM and from . Araka ny hitantsika, ny fotoana decoherence (T2) dia tsy mihoatra ny 200 ΞΌs.
Tsy nahita angon-drakitra marina momba ny Sycamore aho, fa ny ankamaroany isa roa no omena - Kajy 1 tapitrisa ao anatin'ny 200 segondra, amin'ny toerana hafa - ho an'ny 130 segondra tsy misy fahaverezan'ny famantarana fanaraha-maso, sns.. Na izany na tsy izany dia manome antsika izany Ny fotoana decoherence dia eo amin'ny 150 ΞΌs. Tsarovy ny antsika mpanandrana miaraka amin'ny kitapo? Indro izy.
| Anaran'ny solosaina | N Qubits | Max miaraka | T2 (Β΅s) |
| IBM Q System One | 20 | 6 | 70 |
| Google Sycamore | 53 | 4 | ~ 150-200 |
Inona no atahorana antsika ny decohΓ©rence?
Ny olana lehibe indrindra dia ny hoe aorian'ny 150 ΞΌs, ny rafitra informatika misy N qubits voafandrika dia hanomboka hamoaka feo fotsy mety hitranga fa tsy fizarana vahaolana mety.
Izany hoe mila:
- Atombohy ny rafitra qubit
- Manaova kajy (rojo fiasan'ny vavahady)
- Vakio ny valiny
Ary ataovy ao anatin'ny 150 microseconds izany rehetra izany. Tsy nanam-potoana aho - nivadika ho voatavo ny vokatra.
Saingy tsy izay ihanyβ¦
fahadisoana
Araka ny efa nolazainay, Ny fizotran'ny quantum sy ny computing quantum dia mety amin'ny natiora, tsy afaka matoky 100% na inona na inona isika, fa amin'ny mety hitranga ihany. Vao mainka miharatsy ny toe-draharaha noho izany Ny computing quantum dia mora diso. Ny karazana fahadisoana lehibe amin'ny computing quantum dia:
- Ny fahadisoana decohΓ©rence dia vokatry ny fahasarotan'ny rafitra sy ny fifandraisana amin'ny tontolo ivelany
- Error computational vavahady (noho ny toetra quantum ny computation)
- Hadisoana tamin'ny famakiana ny fanjakana farany (vokatra)
Hadisoana mifandray amin'ny decohère, mipoitra raha vantany vao manakorontana ny qubit-tsika isika ary manomboka manao kajy. Arakaraky ny qubits maro no fehezintsika, no sarotra kokoa ny rafitra, ary ny moramora kokoa ny handrava azy. Sarcophagi ambany hafanana, efitrano voaaro, ireo tetika ara-teknolojia rehetra ireo dia mikendry ny hampihenana ny isan'ny lesoka sy hanitarana ny fotoana decoherence.
Error computational vavahady - Ny asa rehetra (vavahady) amin'ny qubits dia mety hiafara amin'ny hadisoana ary hampihatra ny algorithm ilaintsika ny manao vavahady an-jatony, koa alaivo sary an-tsaina izay azontsika amin'ny faran'ny fanatanterahana ny algorithm. Ny valiny mahazatra amin'ny fanontaniana dia "Inona no mety hahitana dinosaure amin'ny ascenseur?" - 50x50, na hihaona ianao na tsia.
Ny olana dia vao mainka niharatsy ny zava-misy fa ny fitsipika fanitsiana ny fahadisoana (duplication ny kajy sy ny salan'isa) dia tsy miasa ao amin'ny tontolo quantum noho ny tsy misy cloning theorem. HO AN'NY amin'ny computing quantum dia tsy maintsy noforonina . Amin'ny ankapobeny dia maka qubit N mahazatra isika ary manao 1 amin'izy ireo qubit lojika miaraka amin'ny taham-pahadisoana ambany kokoa.
Saingy misy olana hafa eto - isan'ny qubits. Jereo, andao atao hoe manana processeur misy qubits 100 isika, ka ny 80 qubits dia ampiasaina amin'ny fanitsiana ny fahadisoana, dia 20 sisa no tavela ho an'ny kajy.
Hadisoana tamin'ny famakiana ny valiny farany - araka ny tsaroantsika, ny vokatry ny kajy quantum dia aseho amintsika amin'ny endrika fizarana mety ho valiny. Saingy ny famakiana ny fanjakana farany dia mety tsy hahomby amin'ny fahadisoana.
Amin'io ihany Misy tabilao fampitahana amin'ny processeur amin'ny haavon'ny fahadisoana. Ho fampitahana, andeha isika haka ireo processeur mitovy amin'ny ohatra teo aloha - IBM ΠΈ :
| Computer | 1-Fidelity vavahady Qubit | 2- Fidelity vavahady Qubit | Readout Fidelity |
| IBM Q System One | 99.96% | 98.31% | - |
| Google Sycamore | 99.84% | 99.38% | 96.2% |
izany dia fandrefesana ny fitovian'ny fanjakana quantum roa. Ny halehiben'ny fahadisoana dia azo lazaina amin'ny hoe 1-Fidelity. Araka ny hitantsika, ny hadisoana amin'ny vavahady 2-qubit sy ny fahadisoana famakiana no sakana lehibe amin'ny fanatanterahana algorithm sarotra sy lava amin'ny ordinatera quantum efa misy.
Afaka mamaky koa ianao taona avy hamahana ny olana amin'ny fanitsiana ny fahadisoana.
Architecture processeur
Amin'ny teoria dia manorina sy miasa isika faribolana misy qubit am-polony voafandrika, raha ny marina dia sarotra kokoa ny zava-drehetra. Ny chips quantum (processors) rehetra efa misy dia namboarina tamin'ny fomba tsy misy fanaintainana fanesoran'ny qubit iray ihany amin'ny mpifanolo-bodirindrina aminy, izay tsy mihoatra ny enina.
Raha mila manakorontana ny qubit voalohany isika, dia lazao hoe, miaraka amin'ny faha-1, dia tsy maintsy manangana rojom-piasa maro fanampiny, mampiditra qubits fanampiny, sns., izay mampitombo ny haavon'ny fahadisoana ankapobeny. Eny, ary aza adino ny momba fotoana decoherence, angamba rehefa tapitra ny fampifandraisana ny qubits amin'ny faritra ilainao dia hifarana ny fotoana ary hivadika ho tsara be tabataba fotsy mpamokatra.
Aza adino koa izany Ny rafitry ny processeur quantum rehetra dia samy hafa, ary ny programa voasoratra ao amin'ny emulator amin'ny fomba "fifandraisana amin'ny rehetra" dia mila "averina" ao amin'ny rafitry ny chip manokana. Misy aza hanatanteraka io fandidiana io.
Fifandraisana ambony indrindra sy isa ambony indrindra amin'ny qubits ho an'ny chips ambony mitovy:
| Anaran'ny solosaina | N Qubits | Max miaraka | T2 (Β΅s) |
| IBM Q System One | 20 | 6 | 70 |
| Google Sycamore | 53 | 4 | ~ 150-200 |
Ary raha ampitahaina, latabatra miaraka amin'ny angona avy amin'ny taranaka processeur teo aloha. Ampitahao ny isan'ny qubits, ny fotoana decoherence ary ny tahan'ny fahadisoana amin'izay ananantsika ankehitriny miaraka amin'ny taranaka vaovao. Na izany aza, miadana ny fandrosoana, saingy mihetsika.
Noho izany:
- Tsy misy rafitra mifandray tanteraka amin'izao fotoana izao miaraka amin'ny> 6 qubits
- Mba hanesorana ny qubit 0 s amin'ny processeur tena izy, ohatra, ny qubit 15 dia mety mitaky asa fanampiny am-polony.
- Hetsika bebe kokoa -> hadisoana bebe kokoa -> fiantraikany mahery vaika amin'ny decoherence
vokatra
Ny decohΓ©rence dia ny fandriana Procrustean amin'ny computing quantum maoderina. Tsy maintsy ampifandraisina amin'ny 150 ΞΌs ny zava-drehetra:
- Fanombohana ny toetry ny qubits voalohany
- Kajy olana amin'ny fampiasana vavahady quantum
- Ahitsio ny lesoka mba hahazoana vokatra manan-danja
- Vakio ny valiny
Hatreto aloha dia mandiso fanantenana ny vokatra milaza fa hahatratra 0.5s ny fotoana fitehirizana ny fifanandrinana amin'ny solosaina quantum mifototra amin'ny :
Mandrefy fe-potoana fifanandrinana qubit mihoatra ny 0.5 s izahay, ary miaraka amin'ny fiarovana andriamby dia manantena izahay fa hihatsara kokoa noho ny 1000 s izany.
Azonao atao koa ny mamaky momba ity teknolojia ity na ohatra .
Ny toe-javatra dia sarotra kokoa noho ny zava-misy fa rehefa manao kajy sarotra dia ilaina ny mampiasa ny quantum fahadisoana fanitsiana faritra, izay mandany ny fotoana sy ny misy qubits.
Ary farany, ny maritrano maoderina dia tsy mamela ny fampiharana ireo tetik'asa fikorontanana tsara kokoa noho ny 1 amin'ny 4 na 1 amin'ny 6 amin'ny vidiny kely indrindra.
Fomba hamahana olana
Mba hamahana ireo olana voalaza etsy ambony ireo dia ampiasaina amin'izao fotoana izao ireto fomba fiasa sy fomba manaraka ireto:
- Fampiasana cryochamber misy mari-pana ambany (10 mK (β273,14Β°C))
- Mampiasa unit processeur izay voaaro indrindra amin'ny fitaomana ivelany
- Fampiasana rafitra fanitsiana lesoka Quantum (Logika Qubit)
- Mampiasa optimizers rehefa manao fandaharana ho an'ny processeur manokana
Ny fikarohana ihany koa dia natao mba hampitomboana ny fotoana decoherence, hikaroka fampiharana ara-batana vaovao (sy fanatsarana fantatra) amin'ny zavatra quantum, fanatsarana ny fihodinana fanitsiana, sns., sns. Misy ny fandrosoana (jereo etsy ambony ny toetran'ny chips teo aloha sy ankehitriny), fa hatramin'izao dia miadana, tena miadana.
D-Wave
D-Wave 2000Q 2000-qubit solosaina. Loharano:
Ao anatin'ny fanambaran'i Google amin'ny fanatratrarana ny fara tampony amin'ny fampiasana processeur 53-qubit, ΠΈ avy amin'ny orinasa D-Wave, izay an'arivony ny isan'ny qubits, dia somary misafotofoto. Eny ary, raha 53 qubits no afaka nahatratra ny faratampon'ny quantum, inona no azon'ny solosaina misy 2048 qubits? Saingy tsy ny zavatra rehetra no tsara ...
Raha fintinina (nalaina tao amin'ny wiki):
solosaina miasa amin'ny fitsipika (), dia afaka mamaha ny subclass amin'ny olan'ny fanatsarana, ary tsy mety amin'ny fampiharana ny algorithm quantum nentim-paharazana sy ny vavahadin'ny quantum.
Azonao atao ny mamaky amin'ny antsipiriany kokoa, ohatra, , (tandremo, mety tsy misokatra avy any Rosia), na Π² avy aminy . Raha ny marina, tena manoro hevitra aho hamaky ny bilaoginy amin'ny ankapobeny, misy fitaovana tsara be ao
Amin'ny ankapobeny, hatramin'ny fiandohan'ny fanambarana dia nanana fanontaniana momba ny solosaina D-Wave ny vondrom-piarahamonina siantifika. Ohatra, tamin'ny 2014, IBM dia nanontany ny zava-misy fa ny D-Wave Tonga hatrany amin'ny teboka fa tamin'ny taona 2015, Google, miaraka amin'ny NASA, dia nividy iray amin'ireo solosaina quantum ireo ary taorian'ny fikarohana. , fa eny, miasa sy mikajy ny olana haingana kokoa noho ny mahazatra ny solosaina. Afaka mamaky bebe kokoa momba ny fanambaran'i Google ianao ary ohatra, .
Ny tena zava-dehibe dia ny solosaina D-Wave, miaraka amin'ny qubits an-jatony sy an'arivony, dia tsy azo ampiasaina hanombanana sy hampandehanana ny algorithm quantum. Tsy azonao atao ny mampiasa ny algorithm Shor amin'izy ireo, ohatra. Ny hany azon'izy ireo atao dia ny mampiasa mekanika quantum sasany hamahana olana iray momba ny fanatsarana. Azontsika heverina fa ny D-Wave dia ASIC quantum ho an'ny asa manokana.
Kely momba ny emulation solosaina quantum
Ny computing quantum dia azo alaina amin'ny ordinatera mahazatra. Tokoa, :
- Ny toetry ny qubit dia mety ho isa sarotra, mipetraka amin'ny 2x32 ka hatramin'ny 2x64 bits (8-16 bytes) arakaraka ny rafitra processeur
- Ny toetry ny N mifandray qubits dia azo aseho ho 2^N isa complexes, i.e. 2^(3+N) ho an'ny maritrano 32-bit ary 2^(4+N) ho an'ny 64-bit.
- Ny fandidiana quantum amin'ny N qubits dia azo aseho amin'ny matrix 2^N x 2^N
Avy eo:
- Mba hitahiry ny fanjakana 10 qubits, mila 8 KB
- Mba hitahiry ny fanjakana 20 qubits dia mila 8 MB ianao
- Mba hitahiry ny fanjakana 30 qubits dia ilaina ny 8 GB
- 40 Terabytes no ilaina hitahirizana ny fanjakana 8 qubits
- Mba hitahiry ny fanjakana 50 qubits, 8 Petabytes no ilaina, sns.
Ho fampitahana, () mitondra fahatsiarovana 2.8 Petabytes fotsiny.
- 49 qubit nalefa tamin'ny taon-dasa tamin'ny supercomputer sinoa lehibe indrindra ()
Ny fetran'ny fanaovana simulation solosaina quantum amin'ny rafitra klasika dia voafaritra amin'ny habetsahan'ny RAM ilaina hitahirizana ny toetry ny qubits.
Manoro hevitra ny hamaky koa aho . Avy any:
Amin'ny fampandehanana - ho an'ny fanoharana marina amin'ny circuit 49-qubit misy "cycles" 39 eo ho eo (sosona tsy miankina amin'ny vavahady) 2^63 fampitomboana be pitsiny - 4 Pflops amin'ny supercomputer mandritra ny 4 ora
Ny fakan-tahaka solosaina qubit 50+ amin'ny rafitra klasika dia heverina ho tsy azo atao amin'ny fotoana mety. Izany ihany koa no antony nampiasan'i Google ny processeur 53-qubit ho an'ny fanandramana ambony indrindra.
Ny faratampon'ny computing quantum.
Wikipedia dia manome antsika ny famaritana manaraka ny fahambonian'ny computing quantum:
Quantum supremacy - fahaiza-manao fitaovana hamahana olana izay tsy azon'ny ordinatera mahazatra voavaha.
Raha ny marina, ny fanatratrarana ny fara tampony amin'ny quantum dia midika fa, ohatra, ny fametrahana isa be dia be amin'ny fampiasana ny algorithm Shor dia azo vahana amin'ny fotoana mety, na ny molekiola simika sarotra dia azo alaina amin'ny haavon'ny quantum, sy ny sisa. Izany hoe tonga ny vanim-potoana vaovao.
Saingy misy lavaka kely amin'ny teny amin'ny famaritana, "izay tsy azon'ny ordinatera klasika voavaha" Raha ny marina, midika izany fa raha mamorona solosaina quantum amin'ny 50+ qubits ianao ary manao circuit quantum eo aminy, dia tsy azo alain-tahaka amin'ny ordinatera mahazatra ny vokatr'ity circuit ity, araka ny noresahinay teo ambony. Izany hoe ny solosaina klasika dia tsy ho afaka hamerina ny vokatry ny fizaran-tany toy izany.
Fanontaniana filΓ΄zΓ΄fika raha tena maha-ambony tena marina ny vokatra toy izany na tsia. Fa fantaro ny nataon'i Google sy ny nifotorana azy ilaina.
Fanambaran'ny Google Quantum Supremacy
Sycamore 54-qubit processeur
Noho izany, tamin'ny Oktobra 2019, namoaka lahatsoratra tao amin'ny famoahana siantifika Nature ny mpamorona Google." Sambany teo amin'ny tantara no nanambaran'ireo mpanoratra ny fahatanterahan'ny fahambonian'ny quantum tamin'ny fampiasana ny processeur Sycamore 54-qubit.
Ny lahatsoratra Sycamore an-tserasera matetika dia manondro na processeur 54-qubit na processeur 53-qubit. Ny marina dia araka ny , Ny processeur ara-batana dia misy 54 qubits, fa ny iray amin'izy ireo dia tsy miasa ary nesorina tamin'ny serivisy. Noho izany, raha ny marina dia manana processeur 53-qubit isika.
Ao amin'ny tranonkala eo fitaovana momba ity lohahevitra ity, ny haavon'ny izay miovaova amin'ny Π΄ΠΎ .
Nanambara izany ny ekipan'ny computing quantum an'ny IBM taty aoriana . Ny orinasa dia milaza fa ny solosaina mahazatra dia hiatrika io asa io amin'ny tranga ratsy indrindra ao anatin'ny 2,5 andro, ary ny valiny azo dia ho marina kokoa noho ny an'ny ordinatera quantum. Ity fehin-kevitra ity dia natao mifototra amin'ny valin'ny fanadihadiana ara-teorika momba ny fomba fanatsarana maro.
Ary mazava ho azy, amin'ny azy Tsy azoko tsinontsinoavina io fanambarana io. ny miaraka amin'ny rohy rehetra sy toy ny mahazatra, mendrika ny handany ny fotoananao izy ireo. Ao amin'ny hub ity FAQ ity, ary aoka ho azo antoka ny hamaky ny fanehoan-kevitra, misy rohy mankany amin'ireo antontan-taratasy mialoha izay tafaporitsaka an-tserasera talohan'ny fanambarana ofisialy.
Inona no tena nataon'i Google? Raha mila fanazavana amin'ny antsipiriany dia vakio i Aaronson, fa vetivety eto:
Mazava ho azy fa afaka milaza aminao aho, saingy mahatsiaro ho adala aho. Ny kajy dia toy izao manaraka izao: ny mpanandrana dia mamokatra circuit quantum kisendrasendra C (izany hoe, filaharana kisendrasendra misy vavahady 1-qubit sy 2-qubit eo anelanelan'ny mpifanolo-bodirindrina akaiky indrindra, miaraka amin'ny halalin'ny, ohatra, 20, miasa amin'ny tambajotra 2D an'ny n = 50-60 kbit). Ny mpanandrana dia mandefa C amin'ny ordinatera quantum avy eo, ary mangataka azy hampihatra C amin'ny toetry ny 0 voalohany, mandrefy ny valiny amin'ny fototra {0,1}, mamerina ny filaharana n-bit (tady), ary mamerina maromaro. arivo na an-tapitrisany. Farany, amin'ny fampiasana ny fahalalany momba ny C, ny mpandinika dia manao fitsapana statistika hahitana raha mifanaraka amin'ny vokatra andrasana avy amin'ny solosaina quantum ny vokatra.
Tena fohy:
- Ny circulation kisendrasendra misy halavany 20 amin'ny 53 qubits dia noforonina amin'ny alΓ lan'ny vavahady
- Ny fizaran-tany dia manomboka amin'ny fanjakana voalohany [0β¦0] ho an'ny famonoana
- Ny vokatra avy amin'ny circuit dia tady kisendrasendra (santionany)
- Tsy kisendrasendra (interference) ny fizarana ny vokatra.
- Ny fitsinjarana ny santionany azo dia ampitahaina amin'ny andrasana
- Mamarana ny Quantum Supremacy
Izany hoe, nametraka olana sentetika i Google tamin'ny processeur 53-qubit, ary mametraka ny fitakiany amin'ny fanatrarana ny faratampon'ny quantum amin'ny hoe tsy azo atao ny maka tahaka ny processeur toy izany amin'ny rafitra mahazatra ao anatin'ny fotoana mety.
Mba hahatakarana - Ity fizarana ity dia tsy mampihena ny zava-bitan'i Google, ny injeniera dia tena lehibe, ary ny fanontaniana ny hoe azo heverina ho tena ambony quantum izany na tsia, araka ny voalaza tetsy aloha, dia filozofika kokoa noho ny injeniera. Saingy tsy maintsy takatsika fa rehefa nahazo ny fahambonian'ny kajy toy izany isika, dia tsy nandroso dingana iray mankany amin'ny fahafahana mampandeha ny algorithm Shor amin'ny isa 2048-bit.
famintinana
Ny solosaina quantum sy ny computing quantum dia tena mampanantena, tena tanora ary hatreto dia faritra kely azo ampiharina amin'ny teknolojian'ny fampahalalam-baovao.
Ny fivoaran'ny computing quantum dia (indray andro any) hamela antsika hamaha olana:
- Modeling rafitra ara-batana sarotra amin'ny ambaratonga quantum
- Tsy voavaha amin'ny ordinatera mahazatra noho ny fahasarotan'ny kajy
Ny olana lehibe amin'ny famoronana sy fampandehanana ordinatera quantum:
- Decoherence
- Errors (decohΓ©rence sy vavahady)
- Architecture processeur (faritra qubit mifamatotra tanteraka)
Ny toe-draharaha ankehitriny:
- Raha ny marina - ny tena fiandohana .
- Tsy mbola misy fitrandrahana ara-barotra TENA (ary tsy fantatra mazava hoe rahoviana no hisy)
Inona no afaka manampy:
- Karazana fahitana ara-batana izay mampihena ny vidin'ny wiring sy ny processeur miasa
- Mahita zavatra izay hampitombo ny fotoana decoherence amin'ny filaharan'ny habeny sy/na hampihenana ny lesoka
Raha ny hevitro (hevitra manokana) Ao amin'ny paradigma siantifika amin'izao fotoana izao momba ny fahalalana, dia tsy hahatratra fahombiazana lehibe amin'ny fampandrosoana ny teknolojia quantum isika, eto dia mila fandrosoana kalitao amin'ny sehatra sasany amin'ny siansa fototra na ampiharina, izay hanome tosika amin'ny hevitra sy fomba vaovao.
Mandritra izany fotoana izany, mahazo traikefa amin'ny fandaharana quantum isika, manangona sy mamorona algorithm quantum, hevitra fitsapana, sns., sns. Miandry fivontosana isika.
famaranana
Ato amin'ity lahatsoratra ity dia nandalo ny dingana lehibe amin'ny fampandrosoana ny informatika quantum sy ny ordinatera quantum izahay, nandinika ny fitsipiky ny fiasan'izy ireo, nandinika ny olana lehibe atrehin'ny injeniera amin'ny fampandrosoana sy ny fiasan'ny processeur quantum, ary koa nijery izay multi-qubit. Ny D-computers dia ny Wave sy ny fanambarana vao haingana nataon'i Google momba ny fahatanterahan'ny tampon'isa.
Tavela ao ambadiky ny sehatra ny fanontaniana momba ny fandaharana ordinatera quantum (fiteny, fomba fiasa, fomba, sns.) ary fanontaniana mifandraika amin'ny fampiharana ara-batana manokana ny processeurs, ny fomba fifehezana ny qubits, mampifandray, mamaky, sns. Angamba izany no ho lohahevitry ny lahatsoratra na lahatsoratra manaraka.
Misaotra anao noho ny fiheveranao, manantena aho fa hahasoa olona iray ity lahatsoratra ity.
(C)
fankatelemana
ho an'ny fanitsiana sy fanehoan-kevitra momba ny lahatsoratra loharano, ary koa ho an'ny lahatsoratra
ho an'ny fanehoan-kevitra manankarena amin'ny , ary tsy ho azy ihany, izay tena nanampy ahy hamantatra io piozila io.
Ho an'ireo mpanoratra lahatsoratra sy boky rehetra izay nampiasana ny fitaovana tamin'ny fanoratana ity lahatsoratra ity.
Lisitry ny loharanon-karena
Lahatsoratra momba ny raharaha ankehitriny avy amin'ny [The National Academies Press]
Lahatsoratra avy amin'i Habr (amin'ny filaharana kisendrasendra)
Lahatsoratra tsy voasoroka (fa tsy latsa-danja amin'izany) avy amin'ny Internet
Courses sy lahateny
Source: www.habr.com