क्वांटम संगणक आणि क्वांटम संगणन - नवीन buzzword, जे आमच्या माहितीच्या जागेत जोडले गेले कृत्रिम बुद्धिमत्ता, मशीन लर्निंग आणि इतर हाय-टेक अटी. त्याच वेळी, मला इंटरनेटवर कधीही असे साहित्य सापडले नाही जे माझ्या डोक्यात कोडे ठेवेल "क्वांटम संगणक कसे कार्य करतात". होय, हब्रीसह अनेक उत्कृष्ट कामे आहेत (पहा. संसाधनांची यादी), ज्या टिप्पण्या, सामान्यतः केल्याप्रमाणे, त्याहून अधिक माहितीपूर्ण आणि उपयुक्त आहेत, परंतु माझ्या डोक्यातील चित्र, जसे ते म्हणतात, जोडले नाही.

आणि अलीकडे माझे सहकारी माझ्याकडे आले आणि विचारले, “तुम्हाला क्वांटम संगणक कसे कार्य करते हे समजले आहे का? तुम्ही आम्हाला सांगू शकाल?" आणि मग मला समजले की माझ्या डोक्यात एक सुसंगत चित्र एकत्र ठेवण्यात समस्या असलेल्या मी एकटाच नाही.

परिणामी, क्वांटम कॉम्प्युटरची माहिती एका सुसंगत लॉजिक सर्किटमध्ये संकलित करण्याचा प्रयत्न केला गेला ज्यामध्ये मूलभूत स्तर, गणित आणि क्वांटम जगाच्या संरचनेत खोल विसर्जन न करता, क्वांटम कॉम्प्युटर म्हणजे काय, तो कोणत्या तत्त्वांवर चालतो आणि तो तयार करताना आणि चालवताना शास्त्रज्ञांना कोणत्या समस्यांना तोंड द्यावे लागते हे स्पष्ट केले.

सामग्री सारणी

• अस्वीकरण
• परिचय
  • कसे ते सर्व सुरुवात
  • आघाडीचे खेळाडू
  • विकासाचे दिशानिर्देश
• मूलभूत. क्वांटम ऑब्जेक्ट आणि क्वांटम सिस्टम
• क्वांटम संगणक आणि पारंपारिक संगणकाची तुलना
• क्यूबिट्सची भौतिक अंमलबजावणी
• मूलभूत. क्वांटम संगणक कसे कार्य करते
• क्वांटम अल्गोरिदम
  • शोरचा अल्गोरिदम.
  • ग्रोव्हरचा अल्गोरिदम
  • Deutsch-Jozi अल्गोरिदम
• क्वांटम संगणकाच्या समस्या
  • डीकोहेरन्स
  • चुका
  • प्रोसेसर आर्किटेक्चर
  • परिणाम
• समस्या सोडवण्याचे मार्ग
• डी-वेव्ह
• क्वांटम कॉम्प्युटर इम्युलेशनबद्दल थोडेसे
• क्वांटम कॉम्प्युटिंग वर्चस्व.
• Google विधान
• सारांश
• निष्कर्ष
• पोचपावती
• संसाधनांची यादी

अस्वीकरण

(सामग्रीसाठी)

लेखक क्वांटम कंप्युटिंगमध्ये तज्ञ नाहीत आणि लेखाचे लक्ष्य प्रेक्षक तेच आयटी लोक आहेत, क्वांटम विशेषज्ञ नाहीत, ज्यांना त्यांच्या डोक्यात "क्वांटम कॉम्प्युटर कसे कार्य करतात" नावाचे चित्र एकत्र ठेवायचे आहे. यामुळे, "मूलभूत" स्तरावर क्वांटम तंत्रज्ञान चांगल्या प्रकारे समजून घेण्यासाठी लेखातील अनेक संकल्पना जाणीवपूर्वक सरलीकृत केल्या आहेत, परंतु त्याशिवाय माहिती सामग्री आणि पर्याप्ततेच्या नुकसानासह एक अतिशय मजबूत सरलीकरण.

काही ठिकाणी लेखात इतर स्रोतांकडील साहित्य वापरले आहे, ज्याची यादी लेखाच्या शेवटी दिली आहे. जिथे शक्य असेल तिथे मूळ मजकूर, टेबल किंवा आकृतीचे थेट दुवे आणि संकेत घातले जातात. मी कुठेतरी काहीतरी (किंवा कोणीतरी) विसरलो असल्यास, लिहा आणि मी ते दुरुस्त करेन.

परिचय

(सामग्रीसाठी)

या प्रकरणात, क्वांटम युगाची सुरुवात कशी झाली, क्वांटम कॉम्प्युटरच्या कल्पनेचे प्रेरक कारण काय होते, सध्या या क्षेत्रात कोण (कोणते देश आणि कॉर्पोरेशन) आघाडीवर आहेत आणि थोडक्यात चर्चा करू. क्वांटम कॉम्प्युटिंगच्या विकासाच्या मुख्य दिशानिर्देशांबद्दल.

कसे ते सर्व सुरुवात

(सामग्रीसाठी)

क्वांटम युगाचा प्रारंभ बिंदू 1900 मानला जातो, जेव्हा एम. प्लँकने प्रथम पुढे मांडले. गृहीतक ती ऊर्जा सतत उत्सर्जित आणि शोषली जात नाही, परंतु स्वतंत्र क्वांटामध्ये (भाग) असते. ही कल्पना त्या काळातील अनेक उल्लेखनीय शास्त्रज्ञांनी उचलली आणि विकसित केली - बोहर, आइन्स्टाईन, हायझेनबर्ग, श्रोडिंगर, ज्यामुळे शेवटी अशा विज्ञानाची निर्मिती आणि विकास झाला. क्वांटम भौतिकशास्त्र. विज्ञान म्हणून क्वांटम भौतिकशास्त्राच्या निर्मितीबद्दल इंटरनेटवर बरीच चांगली सामग्री आहे; या लेखात आपण याबद्दल तपशीलवार विचार करणार नाही, परंतु आपण नवीन क्वांटम युगात प्रवेश केल्याची तारीख सूचित करणे आवश्यक आहे.

क्वांटम भौतिकशास्त्राने आपल्या दैनंदिन जीवनात अनेक आविष्कार आणि तंत्रज्ञान आणले आहेत, ज्याशिवाय आपल्या सभोवतालच्या जगाची कल्पना करणे आता कठीण आहे. उदाहरणार्थ, लेसर, जे आता सर्वत्र वापरले जाते, घरगुती उपकरणे (लेसर पातळी इ.) पासून उच्च-तंत्रज्ञान प्रणालींपर्यंत (दृष्टी सुधारण्यासाठी लेसर, हॅलो मेकलॉन ). हे गृहीत धरणे तर्कसंगत असेल की लवकरच किंवा नंतर कोणीतरी कल्पना घेऊन येईल की कॉम्प्युटिंगसाठी क्वांटम सिस्टम का वापरू नये. आणि मग 1980 मध्ये ते घडले.

विकिपीडिया सूचित करतो की क्वांटम संगणनाची पहिली कल्पना 1980 मध्ये आमचे शास्त्रज्ञ युरी मानिन यांनी व्यक्त केली होती. परंतु त्यांनी खरोखरच याबद्दल बोलण्यास सुरुवात केली फक्त 1981 मध्ये, जेव्हा सुप्रसिद्ध आर. फेनमन एमआयटी येथे झालेल्या पहिल्या संगणकीय भौतिकशास्त्र परिषदेत बोला, नमूद केले की शास्त्रीय संगणकावर क्वांटम प्रणालीच्या उत्क्रांतीचे कार्यक्षमतेने अनुकरण करणे अशक्य आहे. त्यांनी प्राथमिक मॉडेल मांडले क्वांटम संगणक, जे असे मॉडेलिंग करण्यास सक्षम असेल.

आहे एक ते काम आहे, ज्यामध्ये क्वांटम संगणन विकासाची टाइमलाइन अधिक शैक्षणिक आणि तपशीलवार विचार केला जातो, परंतु आम्ही थोडक्यात पाहू:

क्वांटम संगणक तयार करण्याच्या इतिहासातील प्रमुख टप्पे:

• [१९९४]. P. किनारा. रचना क्वांटम नंबर फॅक्टरायझेशन अल्गोरिदम
• [१९९८]. तयार केले पहिला २-क्यूबिट क्वांटम संगणक
• [२००१]. IBM ने अंमलबजावणी सुरू केली शोरचा अल्गोरिदम 15 क्रमांकाच्या विस्तारासाठी
• [१-५]. डी-वेव्ह 128-2000 क्यूबिट्ससह संगणक तयार करतो आणि विकसित करतो
• [२०१२]. कॅलिफोर्निया विद्यापीठात लागू 21 क्रमांकासाठी शोरचा अल्गोरिदम
• [२०१६]. Google हायड्रोजन रेणूचे नक्कल केले 9-क्यूबिट संगणकावर
• [2017]. IBM सिम्युलेटेड बेरिलियम हायड्राइड BeH2 (तीन अणू)
• [2019]. IBM Q प्रणाली वन. क्लाउडमध्ये 20-क्यूबिट संगणक
• [2019]. Google Sycamore. 53 क्यूबिट संगणक. क्वांटम वर्चस्व?

तुम्ही बघू शकता की, कल्पनेच्या क्षणापासून ते 17 क्यूबिट्स असलेल्या संगणकात पहिल्या अंमलबजावणीपर्यंत 1981 वर्षे (1998 ते 2 पर्यंत) आणि 21 वर्षे (1998 ते 2019 पर्यंत) क्विटची संख्या 53 पर्यंत वाढली आहे. Shor च्या अल्गोरिदमचा परिणाम सुधारण्यासाठी 11 वर्षे लागली (2001 ते 2012 पर्यंत) 15 ते 21 क्रमांकापर्यंत (आम्ही थोड्या वेळाने ते अधिक तपशीलवार पाहू). फेनमॅनने जे सांगितले ते अंमलात आणणे आणि सर्वात सोप्या भौतिक प्रणालींचे मॉडेल तयार करणे शिका.

क्वांटम कॉम्प्युटिंगचा विकास मंद आहे. शास्त्रज्ञ आणि अभियंते यांना खूप कठीण कामांचा सामना करावा लागतो, क्वांटम अवस्था फारच अल्पकालीन आणि नाजूक असतात आणि त्यांची गणना करण्यासाठी त्यांना दीर्घकाळ टिकवून ठेवण्यासाठी लाखो डॉलर्ससाठी सारकोफॅगी तयार करावी लागते, ज्यामध्ये तापमान राखले जाते. अगदी पूर्ण शून्याच्या वर, आणि जे बाह्य प्रभावांपासून जास्तीत जास्त संरक्षित आहेत. पुढे आपण या कार्यांबद्दल आणि समस्यांबद्दल अधिक तपशीलवार बोलू.

आघाडीचे खेळाडू

(सामग्रीसाठी)

या विभागाच्या स्लाइड्स लेखातून घेतल्या आहेत क्वांटम संगणक: एक मोठा बैल धाव. यांडेक्स मध्ये व्याख्यान, संशोधकाकडून रशियन क्वांटम सेंटर अलेक्सी फेडोरोव्ह. मी तुम्हाला थेट कोट्स देतो:

सर्व तांत्रिकदृष्ट्या यशस्वी देश सध्या सक्रियपणे क्वांटम तंत्रज्ञान विकसित करत आहेत. या संशोधनात मोठ्या प्रमाणात पैसे गुंतवले जात आहेत आणि क्वांटम तंत्रज्ञानाला समर्थन देण्यासाठी विशेष कार्यक्रम तयार केले जात आहेत.

क्वांटम शर्यतीत राज्येच नव्हे तर खासगी कंपन्याही सहभागी होत आहेत. एकूण, Google, IBM, Intel आणि Microsoft यांनी अलीकडेच क्वांटम संगणकाच्या विकासासाठी सुमारे $0,5 बिलियनची गुंतवणूक केली आहे आणि मोठ्या प्रयोगशाळा आणि संशोधन केंद्रे तयार केली आहेत.

हॅब्रे आणि इंटरनेटवर अनेक लेख आहेत, उदाहरणार्थ, पाहा, पाहा, पाहा, पाहा и पाहा, पाहा, ज्यामध्ये विविध देशांमध्ये क्वांटम तंत्रज्ञानाच्या विकासासह घडामोडींची सद्यस्थिती अधिक तपशीलवार तपासली जाते. आमच्यासाठी आता मुख्य गोष्ट अशी आहे की सर्व आघाडीचे तंत्रज्ञान विकसित देश आणि खेळाडू या दिशेने संशोधनासाठी मोठ्या प्रमाणावर पैसे गुंतवत आहेत, ज्यामुळे सध्याच्या तांत्रिक अडथळ्यातून मार्ग काढण्याची आशा आहे.

विकासाचे दिशानिर्देश

(सामग्रीसाठी)

या क्षणी (मी चुकीचे असू शकते, मला दुरुस्त करा) सर्व आघाडीच्या खेळाडूंचे मुख्य प्रयत्न (आणि कमी-अधिक लक्षणीय परिणाम) दोन क्षेत्रांमध्ये केंद्रित आहेत:

• विशेष क्वांटम संगणक, जे एका विशिष्ट विशिष्ट समस्येचे निराकरण करण्याच्या उद्देशाने आहेत, उदाहरणार्थ, ऑप्टिमायझेशन समस्या. उत्पादनाचे उदाहरण म्हणजे डी-वेव्ह क्वांटम संगणक.
• युनिव्हर्सल क्वांटम संगणक — जे अनियंत्रित क्वांटम अल्गोरिदम (शोर, ग्रोव्हर, इ.) लागू करण्यास सक्षम आहेत. IBM, Google कडून अंमलबजावणी.

विकासाचे इतर वेक्टर जे क्वांटम फिजिक्स आपल्याला देतात, जसे की:

• क्वांटम सेन्सर्स
• क्वांटम नेटवर्क साठी आधार म्हणून क्वांटम क्रिप्टोग्राफी
• आणि बरेच काही

अर्थात, ते संशोधनासाठीच्या क्षेत्रांच्या यादीत देखील आहे, परंतु सध्या कोणतेही कमी किंवा जास्त लक्षणीय परिणाम दिसत नाहीत.

याव्यतिरिक्त, आपण वाचू शकता क्वांटम तंत्रज्ञानाच्या विकासासाठी रोडमॅप, बरं, गुगल "क्वांटम तंत्रज्ञानाचा विकास", उदाहरणार्थ, पाहा, पाहा, पाहा, पाहा и पाहा, पाहा.

मूलभूत. क्वांटम ऑब्जेक्ट आणि क्वांटम सिस्टम

(सामग्रीसाठी)

या विभागातून सर्वात महत्त्वाची गोष्ट समजून घेणे आवश्यक आहे

क्वांटम संगणक (नेहमीच्या विपरीत) माहिती वाहक म्हणून वापरते क्वांटम वस्तू, आणि गणना पार पाडण्यासाठी, क्वांटम ऑब्जेक्ट्स कनेक्ट करणे आवश्यक आहे क्वांटम प्रणाली.

क्वांटम ऑब्जेक्ट म्हणजे काय?

क्वांटम ऑब्जेक्ट - मायक्रोवर्ल्ड (क्वांटम वर्ल्ड) ची एक वस्तू जी क्वांटम गुणधर्म प्रदर्शित करते:

• दोन सीमा स्तरांसह एक परिभाषित अवस्था आहे
• मापनाच्या क्षणापर्यंत त्याच्या स्थितीच्या वरच्या स्थितीत आहे
• क्वांटम सिस्टीम तयार करण्यासाठी स्वतःला इतर वस्तूंमध्ये अडकवते
• नो-क्लोनिंग प्रमेयाचे समाधान करते (एखाद्या वस्तूची स्थिती कॉपी केली जाऊ शकत नाही)

चला प्रत्येक मालमत्ता अधिक तपशीलवार पाहू:

दोन सीमा स्तरांसह एक परिभाषित अवस्था आहे (अंतिम स्थिती)

एक उत्कृष्ट वास्तविक-जगाचे उदाहरण एक नाणे आहे. त्याची एक "बाजूची" अवस्था आहे, जी दोन सीमा स्तरांवर घेते - "डोके" आणि "शेपटी".

मापनाच्या क्षणापर्यंत त्याच्या स्थितीच्या वरच्या स्थितीत आहे

त्यांनी एक नाणे फेकले, ते उडते आणि फिरते. ते फिरत असताना, त्याची "बाजू" स्थिती कोणत्या सीमा स्तरावर आहे हे सांगणे अशक्य आहे. पण जसे आपण ते खाली पाडतो आणि परिणाम पाहतो तेव्हा राज्यांची वरची स्थिती ताबडतोब दोन सीमा अवस्थांपैकी एका स्थितीत कोसळते - “डोके” आणि “पुच्छ”. आमच्या बाबतीत नाणे मारणे हे मोजमाप आहे.

क्वांटम सिस्टीम तयार करण्यासाठी स्वतःला इतर वस्तूंमध्ये अडकवते

हे नाणे कठीण आहे, परंतु प्रयत्न करूया. कल्पना करा की आम्ही तीन नाणी फेकली जेणेकरून ते एकमेकांना चिकटून फिरतील, हे नाण्यांशी जुगलबंदी आहे. काळाच्या प्रत्येक क्षणी, त्यापैकी प्रत्येक राज्यांच्या वरच्या स्थितीतच नाही तर ही राज्ये एकमेकांवर प्रभाव टाकतात (नाणी एकमेकांवर आदळतात).

नो-क्लोनिंग प्रमेयाचे समाधान करते (एखाद्या वस्तूची स्थिती कॉपी केली जाऊ शकत नाही)

नाणी उडत आणि फिरत असताना, कोणत्याही नाण्यांच्या फिरत्या अवस्थेची प्रत प्रणालीपासून वेगळी बनवता येत नाही. ही प्रणाली स्वतःमध्येच राहते आणि कोणतीही माहिती बाहेरच्या जगाला सोडवण्याचा खूप हेवा करत असते.

संकल्पनेबद्दल आणखी काही शब्द "सुपरपोझिशन", जवळजवळ सर्व लेखांमध्ये सुपरपोझिशन असे स्पष्ट केले आहे "सर्व राज्यांमध्ये एकाच वेळी आहे", जे अर्थातच खरे आहे, परंतु काही वेळा विनाकारण गोंधळात टाकणारे असते. राज्यांच्या सुपरपोझिशनची कल्पना देखील केली जाऊ शकते की वेळेच्या प्रत्येक क्षणी एक क्वांटम ऑब्जेक्ट असतो त्याच्या प्रत्येक सीमा पातळीमध्ये कोसळण्याच्या काही संभाव्यता आहेत आणि एकूण या संभाव्यता नैसर्गिकरित्या 1 च्या समान आहेत.. नंतर, क्यूबिटचा विचार करताना, आम्ही यावर अधिक तपशीलवार विचार करू.

नाण्यांसाठी, हे व्हिज्युअलाइज केले जाऊ शकते - सुरुवातीचा वेग, टॉसचा कोन, नाणे ज्या वातावरणात उडत आहे त्या स्थितीवर अवलंबून, प्रत्येक क्षणी "डोके" किंवा "पुच्छ" मिळण्याची संभाव्यता भिन्न असते. आणि, आधी सांगितल्याप्रमाणे, अशा उडणाऱ्या नाण्याच्या स्थितीची कल्पना "त्याच्या सर्व सीमावर्ती अवस्थेत एकाच वेळी असणे, परंतु त्यांच्या अंमलबजावणीच्या विविध संभाव्यतेसह" अशी केली जाऊ शकते.

कोणतीही वस्तू ज्यासाठी वरील गुणधर्मांची पूर्तता केली जाते आणि जी आपण तयार आणि नियंत्रित करू शकतो ती क्वांटम कॉम्प्युटरमध्ये माहिती वाहक म्हणून वापरली जाऊ शकते.

थोडे पुढे आपण क्वांटम ऑब्जेक्ट्स म्हणून क्यूबिट्सच्या भौतिक अंमलबजावणीसह सद्यस्थितीबद्दल बोलू आणि वैज्ञानिक आता या क्षमतेमध्ये काय वापरत आहेत.

तर तिसरा गुणधर्म सांगते की क्वांटम ऑब्जेक्ट्स क्वांटम सिस्टम तयार करण्यासाठी अडकू शकतात. क्वांटम सिस्टम म्हणजे काय?

क्वांटम सिस्टम — खालील गुणधर्मांसह अडकलेल्या क्वांटम वस्तूंची प्रणाली:

• क्वांटम सिस्टीम ज्या वस्तूंचा समावेश आहे त्यांच्या सर्व संभाव्य अवस्थांच्या सुपरपोझिशनमध्ये असते
• मापनाच्या क्षणापर्यंत सिस्टमची स्थिती जाणून घेणे अशक्य आहे
• मापनाच्या क्षणी, सिस्टम त्याच्या सीमावर्ती राज्यांच्या संभाव्य रूपांपैकी एक लागू करते

(आणि, थोडे पुढे पहात)

क्वांटम प्रोग्रामसाठी परिणाम:

• क्वांटम प्रोग्राममध्ये इनपुटवर सिस्टमची दिलेली स्थिती असते, आत एक सुपरपोझिशन, आउटपुटवर सुपरपोझिशन असते.
• मापनानंतर प्रोग्रामच्या आउटपुटवर आमच्याकडे सिस्टमच्या संभाव्य अंतिम स्थितींपैकी एकाची संभाव्य अंमलबजावणी आहे (अधिक संभाव्य त्रुटी)
• कोणत्याही क्वांटम प्रोग्राममध्ये चिमनी आर्किटेक्चर असते (इनपुट -> आउटपुट. तेथे कोणतेही लूप नाहीत, प्रक्रियेच्या मध्यभागी तुम्ही सिस्टमची स्थिती पाहू शकत नाही.)

क्वांटम संगणक आणि पारंपारिक संगणकाची तुलना

(सामग्रीसाठी)

आता पारंपारिक संगणक आणि क्वांटम संगणकाची तुलना करूया.

	नियमित संगणक	क्वांटम संगणक
लॉजिक्स	0 / 1	`a|0> + b|1>, a^2+b^2=1`
भौतिकशास्त्र	सेमीकंडक्टर ट्रान्झिस्टर	क्वांटम ऑब्जेक्ट
माहिती वाहक	व्होल्टेज पातळी	ध्रुवीकरण, फिरकी,…
ऑपरेशन्स	नाही, आणि, किंवा, XOR बिट्सवर	झडपा: CNOT, Hadamard,…
नाते	सेमीकंडक्टर चिप	एकमेकांशी गोंधळ
अल्गोरिदम	मानक (व्हीप पहा)	विशेष (किनारा, ग्रोव्हर)
तत्त्व	डिजिटल, निर्धारवादी	अॅनालॉग, संभाव्य

तर्कशास्त्र पातळी

नेहमीच्या संगणकात हे थोडे असते. तसेच आम्हाला माध्यमातून आणि माध्यमातून परिचित निर्धारक बिट. 0 किंवा 1 ची मूल्ये घेऊ शकतात. हे भूमिकेशी उत्तम प्रकारे सामना करते तार्किक एकक नियमित संगणकासाठी, परंतु राज्याचे वर्णन करण्यासाठी पूर्णपणे अनुपयुक्त आहे क्वांटम ऑब्जेक्ट, जे, आम्ही आधीच म्हटल्याप्रमाणे, जंगलात स्थित आहेत्यांच्या सीमा राज्यांची सुपरपोझिशन.

हे त्यांनी समोर आणले qubit. त्याच्या सीमावर्ती राज्यांमध्ये ते 0 आणि 1 सारखी राज्ये ओळखते |0> आणि |1>, आणि सुपरपोझिशनमध्ये प्रतिनिधित्व करते त्याच्या सीमा राज्यांवर संभाव्यता वितरण |0> и |1>:

 a|0> + b|1>, такое, что a^2+b^2=1

a आणि b प्रतिनिधित्व करतात संभाव्यता मोठेपणा, आणि त्यांच्या मॉड्युलचे वर्ग म्हणजे सीमा अवस्थांची नेमकी अशी मूल्ये मिळविण्याची वास्तविक संभाव्यता |0> и |1>, जर तुम्ही आत्ता मोजमापाने क्यूबिट कोलॅप्स केले.

भौतिक स्तर

विकासाच्या सध्याच्या तांत्रिक स्तरावर, पारंपारिक संगणकासाठी बिटची भौतिक अंमलबजावणी आहे अर्धसंवाहक ट्रान्झिस्टर, क्वांटमसाठी, जसे आपण आधीच सांगितले आहे, कोणतीही क्वांटम वस्तू. पुढील भागात आपण सध्या qubits साठी भौतिक माध्यम म्हणून काय वापरले जाते याबद्दल बोलू.

साठवण माध्यम

नियमित संगणकासाठी हे आहे वीज - व्होल्टेज पातळी, विद्युत् प्रवाहाची उपस्थिती किंवा अनुपस्थिती इ., क्वांटमसाठी - समान क्वांटम ऑब्जेक्टची स्थिती (ध्रुवीकरणाची दिशा, फिरकी इ.), जी कदाचित सुपरपोझिशनच्या स्थितीत असेल.

ऑपरेशन्स

नियमित संगणकावर लॉजिक सर्किट्स लागू करण्यासाठी, आम्ही सुप्रसिद्ध वापरतो तार्किक ऑपरेशन्स, क्यूबिट्सवरील ऑपरेशन्ससाठी ऑपरेशन्सची पूर्णपणे भिन्न प्रणाली आणणे आवश्यक होते, ज्याला म्हणतात क्वांटम गेट्स. किती क्यूबिट रूपांतरित केले जात आहेत यावर अवलंबून गेट्स सिंगल-क्विट किंवा डबल-क्विट असू शकतात.

क्वांटम गेट्सची उदाहरणे:

एक संकल्पना आहे युनिव्हर्सल वाल्व्ह सेट, जे कोणतीही क्वांटम गणना करण्यासाठी पुरेसे आहेत. उदाहरणार्थ, युनिव्हर्सल सेटमध्ये हडमर्ड गेट, फेज शिफ्ट गेट, सीएनओटी गेट आणि π⁄8 गेट समाविष्ट आहे. त्यांच्या मदतीने, तुम्ही क्यूबिट्सच्या अनियंत्रित सेटवर कोणतीही क्वांटम गणना करू शकता.

या लेखात आम्ही क्वांटम गेट्सच्या प्रणालीवर तपशीलवार राहणार नाही; आपण त्यांच्याबद्दल आणि क्यूबिट्सवरील तार्किक ऑपरेशन्सबद्दल अधिक वाचू शकता, उदाहरणार्थ, येथे. लक्षात ठेवण्याची मुख्य गोष्ट:

• क्वांटम ऑब्जेक्ट्सवरील ऑपरेशन्ससाठी नवीन लॉजिकल ऑपरेटर (क्वांटम गेट्स) तयार करणे आवश्यक आहे
• क्वांटम गेट्स सिंगल-क्विट आणि डबल-क्विट प्रकारात येतात.
• गेट्सचे सार्वत्रिक संच आहेत जे कोणतेही क्वांटम गणना करण्यासाठी वापरले जाऊ शकतात

नाते

एक ट्रान्झिस्टर आपल्यासाठी पूर्णपणे निरुपयोगी आहे; गणना करण्यासाठी आपल्याला अनेक ट्रान्झिस्टर एकमेकांशी जोडणे आवश्यक आहे, म्हणजे, लाखो ट्रांझिस्टरमधून एक अर्धसंवाहक चिप तयार करणे आवश्यक आहे ज्यावर लॉजिकल सर्किट्स तयार करता येतील. ALU आणि, शेवटी, त्याच्या क्लासिक फॉर्ममध्ये आधुनिक प्रोसेसर मिळवा.

एक क्यूबिट देखील आमच्यासाठी पूर्णपणे निरुपयोगी आहे (तसेच, जर फक्त शैक्षणिक दृष्टीने),

आकडेमोड करण्यासाठी आम्हाला क्यूबिट्स (क्वांटम ऑब्जेक्ट्स) ची प्रणाली आवश्यक आहे

जे आपण आधीच म्हटल्याप्रमाणे, क्यूबिट्स एकमेकांना अडकवून तयार केले जातात जेणेकरून त्यांच्या स्थितीत बदल समन्वित पद्धतीने घडतात.

अल्गोरिदम

आजपर्यंत मानवतेने जमा केलेले मानक अल्गोरिदम क्वांटम संगणकावर अंमलबजावणीसाठी पूर्णपणे अनुपयुक्त आहेत. होय, सर्वसाधारणपणे गरज नाही. क्वांटम संगणकांना गेट लॉजिक ओव्हर क्विट्सवर आधारित पूर्णपणे भिन्न अल्गोरिदम, क्वांटम अल्गोरिदम तयार करणे आवश्यक आहे. सर्वात प्रसिद्ध क्वांटम अल्गोरिदमपैकी, तीन वेगळे केले जाऊ शकतात:

• शोरचा अल्गोरिदम (घटकीकरण)
• ग्रोव्हरचा अल्गोरिदम (अक्रमित डेटाबेसमध्ये द्रुत शोध)
• Deutsch-Jozi अल्गोरिदम (प्रश्नाचे उत्तर, स्थिर किंवा संतुलित कार्य)

तत्त्व

आणि सर्वात महत्वाचा फरक म्हणजे ऑपरेटिंग तत्त्व. मानक संगणकासाठी हे आहे डिजिटल, काटेकोरपणे निर्धारक तत्त्व, या वस्तुस्थितीवर आधारित की जर आपण सिस्टमची काही प्रारंभिक स्थिती सेट केली आणि ती दिलेल्या अल्गोरिदमद्वारे पार केली, तर गणनाचा परिणाम सारखाच असेल, आपण ही गणना कितीही वेळा चालविली तरीही. वास्तविक, हे वर्तन आपल्याला संगणकाकडून अपेक्षित असते.

क्वांटम संगणक चालू आहे अॅनालॉग, संभाव्य तत्त्व. दिलेल्या प्रारंभिक स्थितीवर दिलेल्या अल्गोरिदमचा परिणाम आहे संभाव्यता वितरणातून नमुना अल्गोरिदमची अंतिम अंमलबजावणी आणि संभाव्य त्रुटी.

क्वांटम संगणनाचे हे संभाव्य स्वरूप क्वांटम जगाच्या अत्यंत संभाव्य सारामुळे आहे. "देव विश्वाशी फासे खेळत नाही.", जुने आइन्स्टाईन म्हणाले, परंतु आतापर्यंतचे सर्व प्रयोग आणि निरीक्षणे (सध्याच्या वैज्ञानिक प्रतिमानात) उलट पुष्टी करतात.

क्यूबिट्सची भौतिक अंमलबजावणी

(सामग्रीसाठी)

आम्ही आधीच म्हटल्याप्रमाणे, क्यूबिट हे क्वांटम ऑब्जेक्टद्वारे दर्शविले जाऊ शकते, म्हणजे, वर वर्णन केलेल्या क्वांटम गुणधर्मांची अंमलबजावणी करणारी भौतिक वस्तू. म्हणजेच, ढोबळमानाने, कोणतीही भौतिक वस्तू ज्यामध्ये दोन अवस्था आहेत आणि या दोन अवस्था सुपरपोझिशनच्या स्थितीत आहेत, क्वांटम संगणक तयार करण्यासाठी वापरला जाऊ शकतो.

“जर आपण अणूला दोन वेगवेगळ्या पातळ्यांमध्ये ठेवू शकतो आणि ते नियंत्रित करू शकतो, तर आपल्याकडे एक क्यूबिट आहे. जर आपण हे आयनसह करू शकतो, तर ते क्यूबिट आहे. करंटच्या बाबतीतही तेच आहे. आम्ही ते घड्याळाच्या दिशेने आणि घड्याळाच्या उलट दिशेने एकाच वेळी चालवल्यास, तुमच्याकडे क्विट आहे. (सी)

आहेत अप्रतिम टिप्पणी к लेख, ज्यामध्ये क्यूबिटच्या सध्याच्या विविध भौतिक अंमलबजावणीचा अधिक तपशीलवार विचार केला जातो, आम्ही फक्त सर्वात प्रसिद्ध आणि सामान्यांची यादी करू:

• सुपरकंडक्टिंग क्यूबिट्स
• क्यूबिट्स चार्ज करा
• आयन सापळे
• क्वांटम ठिपके
• आणि इतर बर्‍याच विदेशी कल्पना (आयन, इ.)

या सर्व प्रकारांपैकी, सर्वात विकसित क्यूबिट्स मिळविण्याची पहिली पद्धत आहे, ज्यावर आधारित आहे सुपरकंडक्टर. Google, IBM, इंटेल आणि इतर आघाडीचे खेळाडू त्यांची प्रणाली तयार करण्यासाठी त्याचा वापर करतात.

बरं, अधिक वाचा पुनरावलोकन शक्य भौतिक अंमलबजावणी पासून qubits अँड्र्यू डेली, २०१४.

मूलभूत. क्वांटम संगणक कसे कार्य करते

(सामग्रीसाठी)

या विभागासाठी साहित्य (कार्य आणि चित्रे) लेखातून घेतले आहेत “फक्त कठीण गोष्टींबद्दल. क्वांटम संगणक कसा काम करतो?.

तर, कल्पना करा की आमच्याकडे खालील कार्य आहे:

तीन लोकांचा एक गट आहे: (ए) आंद्रे, (बी) ओलोद्या आणि (सी) एरेझा. दोन टॅक्सी आहेत (0 आणि 1).

हे देखील ज्ञात आहे की:

• (ए) आंद्रे, (बी) ओलोद्या हे मित्र आहेत
• (ए) आंद्रे, (सी) इरेझा हे शत्रू आहेत
• (B)ओलोद्या आणि (C)एरेझा हे शत्रू आहेत

कार्य: लोकांना टॅक्सीमध्ये ठेवा जेणेकरून कमाल (मित्र) и किमान (शत्रू)

रेटिंगः एल = (मित्रांची संख्या) - (शत्रूंची संख्या) प्रत्येक निवास पर्यायासाठी

महत्त्वाचे: असे गृहीत धरून की कोणतेही हेरिस्टिक्स नाहीत, कोणतेही इष्टतम उपाय नाही. या प्रकरणात, समस्येचे निराकरण केवळ पर्यायांच्या संपूर्ण शोधाद्वारे केले जाऊ शकते.

नियमित संगणकावर उपाय

नियमित (सुपर) संगणकावर (किंवा क्लस्टर) ही समस्या कशी सोडवायची - हे स्पष्ट आहे तुम्हाला सर्व संभाव्य पर्यायांमधून लूप करणे आवश्यक आहे. आमच्याकडे मल्टीप्रोसेसर प्रणाली असल्यास, आम्ही अनेक प्रोसेसरमध्ये सोल्यूशन्सची गणना समांतर करू शकतो आणि नंतर परिणाम गोळा करू शकतो.

आमच्याकडे 2 संभाव्य निवास पर्याय आहेत (टॅक्सी 0 आणि टॅक्सी 1) आणि 3 लोक. समाधान जागा ५^४ = ६२५. आपण कॅल्क्युलेटर वापरून 8 पर्यायांमधून देखील जाऊ शकता, ही समस्या नाही. आता समस्या गुंतागुंती करू - आमच्याकडे 20 लोक आणि दोन बस आहेत, समाधानाची जागा 2^20 = 1. एकतर काहीही क्लिष्ट नाही. चला लोकांची संख्या 2.5 पट वाढवू - 50 लोक आणि दोन ट्रेन घ्या, आता समाधानाची जागा आहे 2^50 = 1.12 x 10^15. एका सामान्य (सुपर) संगणकाला आधीच गंभीर समस्या येऊ लागल्या आहेत. चला लोकांची संख्या 2 पटीने वाढवू, 100 लोक आधीच देतील ३.४ x १०^४ संभाव्य पर्याय.

इतकेच, हे कार्य वाजवी वेळेत मोजले जाऊ शकत नाही.

सुपर कॉम्प्युटर कनेक्ट करत आहे

सर्वात शक्तिशाली संगणक सध्याचा क्रमांक 1 आहे Top500, हे कळस, उत्पादकता 122 Pflops. चला असे गृहीत धरू की एका पर्यायाची गणना करण्यासाठी आम्हाला 100 ऑपरेशन्सची आवश्यकता आहे, नंतर 100 लोकांसाठी समस्या सोडवण्यासाठी आम्हाला आवश्यक असेल:

(१.२ x १०^३० 100) / 122×10^15 / (606024५) = 3 x 10^37 वर्षे.

जसे आपण पाहू शकतो प्रारंभिक डेटाचे परिमाण जसजसे वाढते तसतसे सोल्युशन स्पेस पॉवर कायद्यानुसार वाढते, सामान्य स्थितीत, N बिट्ससाठी आमच्याकडे 2^N संभाव्य समाधान पर्याय आहेत, जे तुलनेने लहान N (100) साठी आम्हाला एक अगणित (सध्याच्या तांत्रिक स्तरावर) समाधान जागा देतात.

काही पर्याय आहेत का? आपण अंदाज केला असेल, होय, आहे.

परंतु क्वांटम कॉम्प्युटर यासारख्या समस्या कशा आणि का प्रभावीपणे सोडवू शकतात हे जाणून घेण्याआधी, ते काय आहेत ते समजून घेण्यासाठी थोडा वेळ घेऊ या. संभाव्यता वितरण. घाबरू नका, हा एक पुनरावलोकन लेख आहे, येथे कोणतेही कठीण गणित असणार नाही, आम्ही बॅग आणि बॉलसह उत्कृष्ट उदाहरणासह करू.

फक्त थोडे संयोजनशास्त्र, संभाव्यता सिद्धांत आणि एक विचित्र प्रयोगकर्ता

एक पिशवी घेऊन त्यात टाकू 1000 पांढरे आणि 1000 काळे गोळे. आम्ही एक प्रयोग करू - बॉल बाहेर काढा, रंग लिहा, बॉल बॅगमध्ये परत करा आणि बॅगमध्ये गोळे मिसळा.

प्रयोग 10 वेळा केला गेला, 10 काळे गोळे काढले. कदाचित? अगदी. हा नमुना आम्हाला पिशवीतील खऱ्या वितरणाची काही वाजवी कल्पना देतो का? साहजिकच नाही. काय करावे लागेल - बरोबर, पीदहा लाख वेळा प्रयोगाची पुनरावृत्ती करा आणि काळ्या आणि पांढऱ्या बॉलच्या फ्रिक्वेन्सीची गणना करा. आम्हाला मिळते, उदाहरणार्थ 49.95% काळा आणि 50.05% पांढरा. या प्रकरणात, वितरणाची रचना ज्यामधून आपण नमुना घेतो (एक चेंडू काढतो) आधीच कमी-अधिक स्पष्ट आहे.

मुख्य गोष्ट म्हणजे ते समजून घेणे प्रयोगालाच एक संभाव्य स्वरूप आहे, एका नमुन्याने (बॉल) आम्हाला वितरणाची खरी रचना कळणार नाही, आम्हाला अनेक वेळा प्रयोग पुन्हा करावा लागेल आणि सरासरी निकाल.

चला ते आमच्या बॅगमध्ये जोडूया 10 लाल आणि 10 हिरवे गोळे (त्रुटी). चला 10 वेळा प्रयोग पुन्हा करूया. IN5 लाल आणि 5 हिरवे बाहेर काढले. कदाचित? होय. खऱ्या वितरणाबद्दल आपण काही म्हणू शकतो - नाही. काय करणे आवश्यक आहे - ठीक आहे, तुम्हाला समजले आहे.

संभाव्यता वितरणाची रचना समजून घेण्यासाठी, या वितरणातून वैयक्तिक परिणामांचे वारंवार नमुने घेणे आणि परिणामांची सरासरी काढणे आवश्यक आहे.

सराव सह सिद्धांत कनेक्ट

आता काळ्या आणि पांढर्‍या गोळ्यांऐवजी, बिलियर्ड बॉल घेऊ आणि ते एका पिशवीत ठेवू क्रमांक 1000 सह 2 चेंडू, क्रमांक 1000 सह 7 आणि इतर क्रमांकांसह 10 चेंडू. चला कल्पना करूया की एका प्रयोगकर्त्याला सर्वात सोप्या कृतींमध्ये प्रशिक्षण दिले आहे (एक चेंडू काढा, संख्या लिहा, बॉल परत बॅगमध्ये ठेवा, बॉल बॅगमध्ये मिसळा) आणि तो 150 मायक्रोसेकंदमध्ये हे करतो. बरं, वेगावर असा प्रयोग करणारा (औषधांची जाहिरात नाही!!!). मग 150 सेकंदात तो आमचा प्रयोग 1 दशलक्ष वेळा करू शकेल आणि आम्हाला सरासरी परिणाम प्रदान करा.

त्यांनी प्रयोगकर्त्याला खाली बसवले, त्याला बॅग दिली, मागे फिरले, 150 सेकंद थांबले आणि मिळाले:

संख्या 2 - 49.5%, क्रमांक 7 - 49.5%, एकूण उर्वरित संख्या - 1%.

होय ते खरंय, आमची बॅग हा अल्गोरिदम असलेला क्वांटम संगणक आहे जो आमच्या समस्येचे निराकरण करतो, आणि गोळे शक्य उपाय आहेत. दोन योग्य उपाय असल्याने क्वांटम संगणक आपल्याला यापैकी कोणतेही संभाव्य समाधान समान संभाव्यतेसह आणि 0.5% (10/2000) त्रुटी देईल, ज्याबद्दल आपण नंतर बोलू.

क्वांटम संगणकाचा परिणाम प्राप्त करण्यासाठी, तुम्हाला एकाच इनपुट डेटा सेटवर क्वांटम अल्गोरिदम अनेक वेळा चालवावा लागेल आणि निकालाची सरासरी काढावी लागेल.

क्वांटम संगणकाची स्केलेबिलिटी

आता कल्पना करा की 100 लोकांचा समावेश असलेल्या कार्यासाठी (सोल्यूशन स्पेस 2^100 आम्हाला हे आठवते), फक्त दोन योग्य निर्णय आहेत. मग, जर आपण 100 क्यूबिट्स घेतले आणि या क्यूबिट्सवर आपले वस्तुनिष्ठ कार्य (L, वर पहा) मोजणारे अल्गोरिदम लिहिल्यास, आपल्याला एक बॅग मिळेल ज्यामध्ये पहिल्या योग्य उत्तराच्या संख्येसह 1000 बॉल्स असतील, 1000 सह. दुसऱ्या बरोबर उत्तराची संख्या आणि इतर संख्यांसह 10 चेंडू. आणि त्याच 150 सेकंदात आमचा प्रयोगकर्ता आम्हाला अचूक उत्तरांच्या संभाव्यतेच्या वितरणाचा अंदाज देईल..

सोल्यूशन स्पेसच्या (1^N) परिमाणाच्या संदर्भात क्वांटम अल्गोरिदमची अंमलबजावणी वेळ (काही गृहितकांसह) स्थिर O(2) मानली जाऊ शकते.

आणि ही तंतोतंत क्वांटम संगणकाची मालमत्ता आहे - रनटाइम स्थिरता वाढत्या पॉवर कायद्याच्या संबंधात सोल्युशन स्पेसची जटिलता महत्वाची आहे.

Qubit आणि समांतर जग

हे कसे घडते? क्वांटम कॉम्प्युटरला एवढ्या लवकर आकडेमोड करण्यास काय अनुमती देते? हे सर्व क्यूबिटच्या क्वांटम निसर्गाबद्दल आहे.

बघा, आम्ही म्हणालो की क्यूबिट हे क्वांटम ऑब्जेक्टसारखे असते निरीक्षण केल्यावर त्याच्या दोन अवस्थांपैकी एक लक्षात येते, परंतु "वन्य निसर्ग" मध्ये ते आहे राज्यांची सुपरपोझिशन, म्हणजे, ते एकाच वेळी त्याच्या दोन्ही सीमा अवस्थांमध्ये आहे (काही संभाव्यतेसह).

चला घेऊया (अ)ंद्रेया आणि त्याची स्थिती (ते कोणत्या वाहनात आहे - ० किंवा १) क्यूबिट म्हणून कल्पना करा. मग आपल्याकडे (क्वांटम स्पेसमध्ये) दोन समांतर जग, एका मध्ये (अ) टॅक्सी 0 मध्ये बसतो, दुसर्या जगात - टॅक्सी 1 मध्ये. एकाच वेळी दोन टॅक्सीत, परंतु निरीक्षणादरम्यान त्या प्रत्येकामध्ये ते सापडण्याच्या काही संभाव्यतेसह.

चला घेऊया (ब) तरुण आणि त्याच्या स्थितीची क्विट म्हणून कल्पना करूया. इतर दोन समांतर जग निर्माण होतात. पण सध्या जगाच्या या जोड्या (अ) и (AT) अजिबात संवाद साधू नका. तयार करण्यासाठी काय करावे लागेल संबंधित प्रणाली? हे बरोबर आहे, आम्हाला या क्यूबिट्सची गरज आहे बांधणे (गोंधळ करणे). आम्ही ते घेतो आणि गोंधळात टाकतो (A) सह (B) - आम्हाला दोन क्यूबिट्सची क्वांटम प्रणाली मिळते (A, B), स्वत: मध्ये चार जाणीव परस्परावलंबी समांतर जग. अॅड (एस)अर्जे आणि आम्हाला तीन क्यूबिट्सची प्रणाली मिळते (ABC), आठ अंमलबजावणी परस्परावलंबी समांतर जग.

क्वांटम कंप्युटिंगचे सार (कनेक्टेड क्यूबिट्सच्या प्रणालीवर क्वांटम गेट्सच्या साखळीची अंमलबजावणी) हे तथ्य आहे की गणना एकाच वेळी सर्व समांतर जगात होते.

आणि त्यांच्यापैकी किती आहेत हे महत्त्वाचे नाही, 2^3 किंवा 2^100, या सर्व समांतर जगावर क्वांटम अल्गोरिदम मर्यादित वेळेत कार्यान्वित होईल आणि आम्हाला एक परिणाम देईल, जो अल्गोरिदमच्या प्रतिसादांच्या संभाव्यता वितरणाचा नमुना आहे.

चांगल्या प्रकारे समजून घेण्यासाठी, एखादी व्यक्ती याची कल्पना करू शकते क्वांटम स्तरावरील क्वांटम संगणक 2^N समांतर द्रावण प्रक्रिया चालवतो, ज्यापैकी प्रत्येकजण एका संभाव्य पर्यायावर कार्य करतो, नंतर कामाचे परिणाम संकलित करतो - आणि सोल्यूशनच्या सुपरपोझिशनच्या स्वरूपात उत्तर देते (प्रतिसादांचे संभाव्य वितरण), ज्यामधून आम्ही प्रत्येक वेळी एक नमुना करतो (प्रत्येक प्रयोगासाठी).

आमच्या प्रयोगकर्त्याला लागणारा वेळ लक्षात ठेवा (150 µs) प्रयोग पार पाडण्यासाठी, जेव्हा आपण क्वांटम कॉम्प्युटरच्या मुख्य समस्या आणि डीकोहरेन्स वेळेबद्दल बोलतो तेव्हा हे आपल्याला थोडे पुढे उपयोगी पडेल.

क्वांटम अल्गोरिदम

(सामग्रीसाठी)

आधीच नमूद केल्याप्रमाणे, बायनरी लॉजिकवर आधारित पारंपारिक अल्गोरिदम क्वांटम लॉजिक (क्वांटम गेट्स) वापरून क्वांटम संगणकाला लागू होत नाहीत. त्याच्यासाठी, कॉम्प्युटिंगच्या क्वांटम स्वरूपातील अंतर्निहित संभाव्यतेचा पूर्णपणे फायदा घेणारे नवीन आणणे आवश्यक होते.

आज सर्वात प्रसिद्ध अल्गोरिदम आहेत:

• शोरचा अल्गोरिदम
• ग्रोव्हरचा अल्गोरिदम
• Deutsch-Jozsi अल्गोरिदम

शास्त्रीय लोकांप्रमाणे, क्वांटम संगणक सार्वत्रिक नाहीत.
आतापर्यंत फक्त थोड्या प्रमाणात क्वांटम अल्गोरिदम सापडले आहेत.(सी)

Спасибо ऑक्सोरॉन च्या लिंकसाठी क्वांटम अल्गोरिदम प्राणीसंग्रहालय, अशी जागा जिथे, लेखकाच्या मते ("स्टीफन जॉर्डन"), क्वांटम-अल्गोरिदमिक जगाचे सर्वोत्कृष्ट प्रतिनिधी एकत्रित केले गेले आहेत आणि एकत्र करणे सुरूच आहे.

या लेखात आम्ही क्वांटम अल्गोरिदमचे तपशीलवार विश्लेषण करणार नाही; कोणत्याही स्तराच्या जटिलतेसाठी इंटरनेटवर भरपूर उत्कृष्ट सामग्री आहेत, परंतु तरीही आम्हाला तीन सर्वात प्रसिद्ध गोष्टींवर थोडक्यात जाणे आवश्यक आहे.

शोरचा अल्गोरिदम.

(सामग्रीसाठी)

सर्वात प्रसिद्ध क्वांटम अल्गोरिदम आहे शोरचा अल्गोरिदम (1994 मध्ये इंग्रजी गणितज्ञांनी शोध लावला पीटर शोर), ज्याचे उद्दिष्ट अविभाज्य घटकांमध्ये (फॅक्टरायझेशन समस्या, स्वतंत्र लॉगरिथम) मध्ये फॅक्टरिंग नंबरची समस्या सोडवणे आहे.

तुमची बँकिंग सिस्टीम आणि पासवर्ड लवकरच हॅक होतील असे लिहिताना हे अल्गोरिदम उदाहरण म्हणून उद्धृत केले जाते. आज वापरल्या जाणार्‍या कीची लांबी 2048 बिट्सपेक्षा कमी नाही हे लक्षात घेता, कॅपची वेळ अद्याप आलेली नाही.

तारीख करण्यासाठी, परिणाम माफक पेक्षा जास्त. Shor's Algorithm - क्रमांकांसह सर्वोत्कृष्ट फॅक्टरायझेशन परिणाम 15 и 21, जे 2048 बिट्स पेक्षा खूपच कमी आहे. सारणीतील उर्वरित परिणामांसाठी, भिन्न अल्गोरिदम गणना, परंतु या अल्गोरिदम (291311) नुसार सर्वोत्तम परिणाम देखील वास्तविक अनुप्रयोगापासून खूप दूर आहे.

तुम्ही शोरच्या अल्गोरिदमबद्दल अधिक वाचू शकता, उदाहरणार्थ, येथे. व्यावहारिक अंमलबजावणीबद्दल - येथे.

एक वर्तमान अंदाज 2048-बिट क्रमांकाचा घटक करण्यासाठी जटिलता आणि आवश्यक शक्ती एक संगणक आहे 20 दशलक्ष qubits. आम्ही शांतपणे झोपतो.

ग्रोव्हरचा अल्गोरिदम

(सामग्रीसाठी)

ग्रोव्हरचा अल्गोरिदम - क्वांटम अल्गोरिदम गणनेची समस्या सोडवणे, म्हणजेच समीकरणावर उपाय शोधणे F(X) = 1, जेथे F आहे बुलियन फंक्शन पासून n चल एका अमेरिकन गणितज्ञाने प्रस्तावित केले होते मासेमारी ग्रोव्हर в 1996 वर्ष.

शोधण्यासाठी ग्रोव्हरचे अल्गोरिदम वापरले जाऊ शकते मध्यवर्ती и अंकगणित सरासरी संख्या मालिका. याव्यतिरिक्त, ते निराकरण करण्यासाठी वापरले जाऊ शकते NP-पूर्ण अनेक संभाव्य उपायांमधील सर्वसमावेशक शोधाद्वारे समस्या. शास्त्रीय अल्गोरिदमच्या तुलनेत यामुळे लक्षणीय गती वाढू शकते, जरी प्रदान केल्याशिवाय "बहुपद समाधान" सामान्यतः.(सी)

आपण अधिक वाचू शकता येथे, किंवा येथे... अद्याप येथे बॉक्स आणि बॉलचे उदाहरण वापरून अल्गोरिदमचे चांगले स्पष्टीकरण आहे, परंतु, दुर्दैवाने, कोणाच्याही नियंत्रणाबाहेरच्या कारणांमुळे, ही साइट रशियामधून माझ्यासाठी उघडत नाही. जर तुझ्याकडे असेल ही साइट अवरोधित देखील आहे, म्हणून येथे एक लहान सारांश आहे:

ग्रोव्हरचा अल्गोरिदम. अशी कल्पना करा की तुमच्याकडे क्रमांकित बंद बॉक्सचे N तुकडे आहेत. बॉल असलेला एक वगळता ते सर्व रिकामे आहेत. तुमचे कार्य: ज्या बॉक्समध्ये बॉल आहे त्या बॉक्सची संख्या शोधा (ही अज्ञात संख्या सहसा w अक्षराने दर्शविली जाते).

ही समस्या कशी सोडवायची? सर्वात मूर्ख मार्ग म्हणजे बॉक्स उघडण्यासाठी वळणे घेणे आणि लवकरच किंवा नंतर तुम्हाला बॉलसह बॉक्स सापडेल. चेंडू असलेला बॉक्स सापडण्यापूर्वी सरासरी किती बॉक्स तपासणे आवश्यक आहे? सरासरी, तुम्हाला सुमारे अर्धे N/2 बॉक्स उघडावे लागतील. येथे मुख्य गोष्ट अशी आहे की जर आपण बॉक्सची संख्या 100 पटीने वाढवली, तर बॉल असलेला बॉक्स सापडण्यापूर्वी उघडण्यासाठी आवश्यक असलेल्या बॉक्सची संख्या देखील त्याच 100 पटीने वाढेल.

आता आणखी एक खुलासा करू. आपण स्वतः आपल्या हातांनी बॉक्स उघडू नये आणि प्रत्येकामध्ये एक बॉल आहे की नाही हे तपासूया, परंतु एक विशिष्ट मध्यस्थ आहे, त्याला ओरॅकल म्हणूया. आम्ही ओरॅकलला ​​सांगतो, "चेक बॉक्स क्रमांक 732," आणि ओरॅकल प्रामाणिकपणे तपासते आणि उत्तर देते, "बॉक्स क्रमांक 732 मध्ये एकही चेंडू नाही." आता, आम्हाला सरासरी किती बॉक्स उघडण्याची आवश्यकता आहे हे सांगण्याऐवजी, आम्ही म्हणतो की "बॉलसह बॉक्सची संख्या शोधण्यासाठी आम्ही सरासरी किती वेळा ओरॅकलकडे जावे"

असे दिसून आले की जर आपण बॉक्सेस, बॉल आणि ओरॅकलसह या समस्येचे क्वांटम भाषेत भाषांतर केले तर आपल्याला एक उल्लेखनीय परिणाम मिळेल: N बॉक्समध्ये बॉल असलेल्या बॉक्सची संख्या शोधण्यासाठी, आपल्याला फक्त SQRT बद्दल ओरॅकलला ​​त्रास देणे आवश्यक आहे. (N) वेळा!

म्हणजेच, ग्रोव्हरच्या अल्गोरिदमचा वापर करून शोध कार्याची जटिलता वेळेच्या वर्गमूळाने कमी केली जाते.

Deutsch-Jozi अल्गोरिदम

(सामग्रीसाठी)

Deutsch-Jozsa अल्गोरिदम (ज्याला Deutsch-Jozsa अल्गोरिदम असेही म्हणतात) - [क्वांटम अल्गोरिदम](https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D1%82%D0%BE%D0%B2%D1%8B%D0%B9%D0%B0%D0%BB%D0%B3%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%82%D0%BC), предложенный डेव्हिड ड्यूश и रिचर्ड जोझा в 1992 वर्ष, आणि अंमलात आणण्यासाठी डिझाइन केलेल्या अल्गोरिदमच्या पहिल्या उदाहरणांपैकी एक बनले क्वांटम संगणक. _

Deutsch-Jozsi समस्या अनेक बायनरी व्हेरिएबल्स F(x1, x2, ... xn) चे फंक्शन स्थिर आहे (कोणत्याही युक्तिवादासाठी 0 किंवा 1 मूल्य घेते) किंवा संतुलित (डोमेनच्या अर्ध्या भागासाठी) हे निर्धारित करणे आहे. मूल्य 0, दुसऱ्या अर्ध्यासाठी 1). या प्रकरणात, फंक्शन एकतर स्थिर किंवा संतुलित आहे हे एक प्राधान्य मानले जाते. (सी)

तुम्ही पण वाचू शकता येथे. एक सोपे स्पष्टीकरण:

Deutsch (Deutsch-Jozsi) अल्गोरिदम ब्रूट फोर्सवर आधारित आहे, परंतु ते नेहमीपेक्षा जलद करण्याची परवानगी देते. कल्पना करा की टेबलवर एक नाणे आहे आणि ते बनावट आहे की नाही हे शोधणे आवश्यक आहे. हे करण्यासाठी, आपल्याला नाणे दोनदा पहावे लागेल आणि निर्धारित करा: “डोके” आणि “पुच्छ” वास्तविक आहेत, दोन “डोके”, दोन “शेपटी” बनावट आहेत. म्हणून, जर तुम्ही ड्यूश क्वांटम अल्गोरिदम वापरत असाल, तर हे निर्धारण एका दृष्टीक्षेपात केले जाऊ शकते - मापन. (सी)

क्वांटम संगणकाच्या समस्या

(सामग्रीसाठी)

क्वांटम कॉम्प्युटर डिझाइन आणि ऑपरेट करताना, शास्त्रज्ञ आणि अभियंते यांना मोठ्या संख्येने समस्यांचा सामना करावा लागतो, ज्या आजपर्यंत वेगवेगळ्या प्रमाणात यशाने सोडवल्या गेल्या आहेत. त्यानुसार संशोधन (आणि येथे देखील) खालील समस्यांची मालिका ओळखली जाऊ शकते:

• पर्यावरणाची संवेदनशीलता आणि पर्यावरणाशी संवाद
• गणना दरम्यान त्रुटी जमा
• क्यूबिट राज्यांच्या आरंभिक प्रारंभासह अडचणी
• मल्टी-क्विट सिस्टम तयार करण्यात अडचणी

मी लेख वाचण्याची जोरदार शिफारस करतो "क्वांटम संगणकाची वैशिष्ट्ये”, विशेषतः त्यावरच्या टिप्पण्या.

चला सर्व मुख्य समस्यांना तीन मोठ्या गटांमध्ये व्यवस्थापित करूया आणि त्या प्रत्येकावर बारकाईने नजर टाकूया:

डीकोहेरन्स

(सामग्रीसाठी)

N+1 वरून वर्णन.

क्वांटम स्थिती अतिशय नाजूक गोष्टअडकलेल्या अवस्थेतील क्यूबिट्स अत्यंत अस्थिर असतात, कोणताही बाह्य प्रभाव हे कनेक्शन नष्ट करू शकतो (आणि करतो).. एका अंशाच्या सर्वात लहान अंशाने तापमानात होणारा बदल, दाब, जवळपास उडणारे यादृच्छिक फोटॉन - हे सर्व आपली प्रणाली अस्थिर करते.

या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी, कमी-तापमान sarcophagi तयार केले जातात, ज्यामध्ये तापमान (-273.14 अंश सेल्सिअस) पूर्ण शून्यापेक्षा किंचित जास्त असते, बाह्य वातावरणाच्या सर्व (शक्य) प्रभावांपासून प्रोसेसरसह अंतर्गत चेंबरचे जास्तीत जास्त अलगाव असते.

अनेक अडकलेल्या क्यूबिट्सच्या क्वांटम सिस्टीमचे कमाल आयुष्य, ज्या दरम्यान ते त्याचे क्वांटम गुणधर्म राखून ठेवते आणि गणनासाठी वापरले जाऊ शकते, त्याला डीकोहेरेन्स वेळ म्हणतात.

सध्या, सर्वोत्कृष्ट क्वांटम सोल्यूशन्समधील डीकोहेरन्स वेळ क्रमाने आहे दहापट आणि शेकडो मायक्रोसेकंद.

एक अद्भुत आहे वेबसाइटजिथे तुम्ही पाहू शकता पॅरामीटर्सची तुलना सारणी सर्व तयार केलेल्या क्वांटम सिस्टम्सचे. या लेखात उदाहरणे म्हणून फक्त दोन शीर्ष प्रोसेसर समाविष्ट आहेत - IBM कडून IBM Q प्रणाली वन आणि पासून Google Sycamore. जसे आपण पाहू शकतो, डीकोहेरेन्स टाइम (T2) 200 μs पेक्षा जास्त नाही.

मला Sycamore वर अचूक डेटा सापडला नाही, परंतु सर्वात जास्त क्वांटम वर्चस्व वर लेख दोन क्रमांक दिले आहेत - 1 सेकंदात 200 दशलक्ष गणना, इतरत्र - साठी नियंत्रण सिग्नल न गमावता 130 सेकंद इ.. कोणत्याही परिस्थितीत, हे आम्हाला देते डीकोहेरेन्स वेळ सुमारे 150 μs आहे. आमच्या लक्षात ठेवा एक पिशवी सह प्रयोगकर्ता? बरं, तो इथे आहे.

संगणकाचे नाव	N Qubits	कमाल पेअर	T2 (µs)
IBM Q प्रणाली वन	20	6	70
Google Sycamore	53	4	. 150-200

विसंगतीमुळे आम्हाला काय धोका आहे?

मुख्य समस्या अशी आहे की 150 μs नंतर, N entangled qubits ची आमची संगणकीय प्रणाली योग्य उपायांच्या संभाव्य वितरणाऐवजी संभाव्य पांढरा आवाज आउटपुट करण्यास सुरवात करेल.

म्हणजेच, आम्हाला आवश्यक आहे:

• क्विट सिस्टम सुरू करा
• गणना करा (गेट ऑपरेशन्सची साखळी)
• निकाल वाचा

आणि हे सर्व 150 मायक्रोसेकंदमध्ये करा. माझ्याकडे वेळ नव्हता - परिणाम भोपळ्यात बदलला.

पण एवढेच नाही…

चुका

(सामग्रीसाठी)

आम्ही म्हटल्याप्रमाणे, क्वांटम प्रक्रिया आणि क्वांटम संगणन या निसर्गात संभाव्य आहेत, आम्ही कोणत्याही गोष्टीबद्दल 100% खात्री बाळगू शकत नाही, परंतु केवळ काही संभाव्यतेसह. त्यामुळे परिस्थिती आणखीनच चिघळली आहे क्वांटम संगणन त्रुटी प्रवण आहे. क्वांटम कॉम्प्युटिंगमधील त्रुटींचे मुख्य प्रकार आहेत:

• प्रणालीच्या जटिलतेमुळे आणि बाह्य वातावरणासह परस्परसंवादामुळे डीकोहेरेन्स त्रुटी उद्भवतात
• गेट संगणकीय त्रुटी (गणनेच्या क्वांटम स्वरूपामुळे)
• अंतिम स्थिती वाचण्यात त्रुटी (निकाल)

विसंगततेशी संबंधित त्रुटी, जसे आपण आपल्या क्यूबिट्समध्ये अडकतो आणि गणना करणे सुरू करतो तेव्हा लगेच दिसून येते. आपण जितके जास्त क्यूबिट्स अडकवू, तितकी अधिक जटिल प्रणाली, आणि ते नष्ट करणे सोपे आहे. कमी-तापमानाचे सारकोफॅगी, संरक्षित चेंबर्स, या सर्व तांत्रिक युक्त्या अचूकपणे त्रुटींची संख्या कमी करण्यासाठी आणि डीकोहेरेन्स वेळ वाढवण्याच्या उद्देशाने आहेत.

गेट संगणकीय त्रुटी - क्यूबिट्सवरील कोणतेही ऑपरेशन (गेट) काही संभाव्यतेसह, त्रुटीसह समाप्त होऊ शकते आणि अल्गोरिदम अंमलात आणण्यासाठी आम्हाला शेकडो गेट्स करणे आवश्यक आहे, म्हणून आमच्या अल्गोरिदमच्या अंमलबजावणीच्या शेवटी आम्हाला काय मिळेल याची कल्पना करा. "लिफ्टमध्ये डायनासोर भेटण्याची संभाव्यता काय आहे?" या प्रश्नाचे उत्कृष्ट उत्तर आहे. - 50x50, एकतर आपण भेटू किंवा नाही.

समस्या आणखी वाईट करण्यासाठी, मानक त्रुटी सुधारण्याच्या पद्धती (गणनेचे डुप्लिकेशन आणि सरासरी) क्लोनिंग प्रमेय नसल्यामुळे क्वांटम जगात कार्य करत नाहीत. च्या साठी त्रुटी सुधारणे क्वांटम कॉम्प्युटिंगमध्ये शोध लावावा लागला क्वांटम सुधारणा पद्धती. साधारणपणे बोलायचे झाल्यास, आपण N सामान्य क्यूबिट्स घेतो आणि त्यापैकी 1 बनवतो तार्किक qubit कमी त्रुटी दरासह.

पण इथे आणखी एक समस्या उद्भवते - क्यूबिट्सची एकूण संख्या. बघा, समजा आमच्याकडे १०० क्यूबिट्सचा प्रोसेसर आहे, ज्यापैकी ८० क्यूबिट्स एरर दुरुस्त करण्यासाठी वापरतात, तर आमच्याकडे मोजणीसाठी फक्त २० शिल्लक आहेत.

अंतिम निकाल वाचण्यात त्रुटी — जसे आपल्याला आठवते, क्वांटम गणनेचे परिणाम आपल्याला फॉर्ममध्ये सादर केले जातात उत्तरांची संभाव्यता वितरण. परंतु अंतिम स्थितीचे वाचन त्रुटीसह देखील अयशस्वी होऊ शकते.

त्याच वर साइट त्रुटी पातळीनुसार प्रोसेसरची तुलना सारणी आहेत. तुलनेसाठी, मागील उदाहरणाप्रमाणेच प्रोसेसर घेऊ - IBM IBM Q प्रणाली वन и Google Sycamore:

संगणक	1-क्यूबिट गेट फिडेलिटी	2-क्यूबिट गेट फिडेलिटी	Readout निष्ठा
IBM Q प्रणाली वन	99.96%	98.31%	-
Google Sycamore	99.84%	99.38%	96.2%

तो आहे निष्ठा हे दोन क्वांटम अवस्थांच्या समानतेचे मोजमाप आहे. त्रुटीचे परिमाण अंदाजे 1-निष्ठा म्हणून व्यक्त केले जाऊ शकते. जसे आपण पाहू शकतो, विद्यमान क्वांटम संगणकांवर जटिल आणि लांब अल्गोरिदम कार्यान्वित करण्यात 2-क्यूबिट गेट्सवरील त्रुटी आणि रीडआउट त्रुटी हा मुख्य अडथळा आहे.

तुम्ही पण वाचू शकता 2016 पासून रोडमॅप पासून वर्षे NQIT त्रुटी सुधारण्याच्या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी.

प्रोसेसर आर्किटेक्चर

(सामग्रीसाठी)

सिद्धांततः आम्ही तयार करतो आणि ऑपरेट करतो डझनभर अडकलेल्या क्यूबिट्सचे सर्किट, प्रत्यक्षात सर्वकाही अधिक क्लिष्ट आहे. सर्व विद्यमान क्वांटम चिप्स (प्रोसेसर) अशा प्रकारे तयार केले आहेत की ते वेदनारहित प्रदान करतात फक्त त्याच्या शेजाऱ्यांसह एका क्यूबिटला अडकवणे, ज्यापैकी सहा पेक्षा जास्त नाहीत.

जर आपल्याला 1ला क्विट, 12 व्या सह अडकवायचा असेल तर आपल्याला हे करावे लागेल अतिरिक्त क्वांटम ऑपरेशन्सची साखळी तयार करा, अतिरिक्त qubits, इत्यादींचा समावेश करा, ज्यामुळे एकूण त्रुटी पातळी वाढते. होय, आणि विसरू नका विसंगती वेळ, कदाचित तुम्हाला आवश्यक असलेल्या सर्किटमध्ये क्यूबिट्स जोडणे पूर्ण होईपर्यंत, वेळ संपेल आणि संपूर्ण सर्किट मध्ये बदलेल छान पांढरा आवाज जनरेटर.

हे देखील विसरू नका सर्व क्वांटम प्रोसेसरचे आर्किटेक्चर वेगळे आहे, आणि "ऑल-टू-ऑल कनेक्टिव्हिटी" मोडमध्ये एमुलेटरमध्ये लिहिलेला प्रोग्राम विशिष्ट चिपच्या आर्किटेक्चरमध्ये "पुन्हा कंपाइल" करणे आवश्यक आहे. सम आहेत विशेष ऑप्टिमायझर प्रोग्राम हे ऑपरेशन करण्यासाठी.

समान शीर्ष चिप्ससाठी कमाल कनेक्टिव्हिटी आणि कमाल संख्या क्यूबिट्स:

संगणकाचे नाव	N Qubits	कमाल पेअर	T2 (µs)
IBM Q प्रणाली वन	20	6	70
Google Sycamore	53	4	. 150-200

आणि, तुलनेसाठी, प्रोसेसरच्या मागील पिढीच्या डेटासह सारणी. क्यूबिट्सची संख्या, डीकोहरेन्स वेळ आणि त्रुटी दर यांची तुलना आता नवीन पिढीसोबत करा. तरीही, प्रगती मंद आहे, परंतु पुढे जात आहे.

म्हणून:

• > 6 क्यूबिट्ससह सध्या कोणतेही पूर्णपणे कनेक्ट केलेले आर्किटेक्चर नाहीत
• वास्तविक प्रोसेसरवर क्यूबिट 0 एस अडकवण्यासाठी, उदाहरणार्थ, क्यूबिट 15 ला अनेक डझन अतिरिक्त ऑपरेशन्सची आवश्यकता असू शकते
• अधिक ऑपरेशन्स -> अधिक त्रुटी -> डीकोहेरेन्सचा मजबूत प्रभाव

परिणाम

(सामग्रीसाठी)

डीकोहेरेन्स हा आधुनिक क्वांटम कंप्युटिंगचा प्रोक्रस्टेन बेड आहे. आम्ही सर्वकाही 150 μs मध्ये फिट केले पाहिजे:

• क्यूबिट्सच्या प्रारंभिक अवस्थेची सुरुवात
• क्वांटम गेट्स वापरून समस्येची गणना करणे
• अर्थपूर्ण परिणाम मिळविण्यासाठी चुका दुरुस्त करा
• निकाल वाचा

आतापर्यंतचे निकाल मात्र निराशाजनक आहेत येथे आधारित क्वांटम संगणकावर 0.5s सुसंगतता धारणा वेळ साध्य करण्याचा दावा करा आयन सापळे:

आम्ही 0.5 s पेक्षा जास्त क्यूबिट सुसंगतता वेळ मोजतो आणि चुंबकीय संरक्षणासह आम्ही 1000 s पेक्षा जास्त काळ सुधारण्याची अपेक्षा करतो

आपण या तंत्रज्ञानाबद्दल देखील वाचू शकता येथे किंवा, उदाहरणार्थ, येथे.

परिस्थिती आणखी गुंतागुंतीची आहे की जटिल गणना करताना क्वांटम त्रुटी सुधारणे सर्किट्स वापरणे आवश्यक आहे, जे वेळ आणि उपलब्ध क्विट दोन्ही खातो.

आणि शेवटी, आधुनिक आर्किटेक्चर 1 मधील 4 किंवा 1 मध्ये 6 पेक्षा कमी खर्चात फसवणूक योजना राबविण्याची परवानगी देत ​​​​नाही.

समस्या सोडवण्याचे मार्ग

(सामग्रीसाठी)

वरील समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी, सध्या खालील पद्धती आणि पद्धती वापरल्या जातात:

• कमी तापमानासह क्रायोचेंबर वापरणे (10 mK (–273,14°C))
• प्रोसेसर युनिट्स वापरणे जे बाह्य प्रभावांपासून जास्तीत जास्त संरक्षित आहेत
• क्वांटम एरर करेक्शन सिस्टम वापरणे (लॉजिक क्यूबिट)
• विशिष्ट प्रोसेसरसाठी सर्किट प्रोग्रामिंग करताना ऑप्टिमायझर वापरणे

डीकोहरेन्स वेळ वाढवणे, क्वांटम ऑब्जेक्ट्सची नवीन (आणि ज्ञात) भौतिक अंमलबजावणी शोधणे, सुधारणेचे सर्किट ऑप्टिमाइझ करणे इ. इत्यादी उद्देशाने संशोधन केले जात आहे. प्रगती आहे (आधीच्या आणि आजच्या टॉप-एंड चिप्सची वैशिष्ट्ये वर पहा), परंतु आतापर्यंत ती मंद, खूप, खूप मंद आहे.

डी-वेव्ह

(सामग्रीसाठी)

डी-वेव्ह 2000Q 2000-क्यूबिट संगणक. स्रोत: डी-वेव्ह सिस्टम

53-क्यूबिट प्रोसेसर वापरून क्वांटम वर्चस्व प्राप्त करण्याच्या गुगलच्या घोषणेदरम्यान, संगणक и घोषणा डी-वेव्ह कंपनीकडून, ज्यामध्ये क्यूबिट्सची संख्या हजारोंमध्ये आहे, काहीसे गोंधळात टाकणारे आहे. बरं, खरोखर, जर 53 क्यूबिट्स क्वांटम वर्चस्व प्राप्त करण्यास सक्षम असतील, तर 2048 क्यूबिट्स सक्षम असलेला संगणक काय आहे? पण सर्व काही इतके चांगले नसते...

थोडक्यात (विकीवरून घेतलेले):

संगणक डी-वेव्ह तत्त्वावर कार्य करा क्वांटम विश्रांती (क्वांटम एनीलिंग), ऑप्टिमायझेशन समस्यांचे अत्यंत मर्यादित उपवर्ग सोडवू शकतात आणि पारंपारिक क्वांटम अल्गोरिदम आणि क्वांटम गेट्स लागू करण्यासाठी योग्य नाहीत.

अधिक तपशीलांसाठी तुम्ही वाचू शकता, उदाहरणार्थ, येथे, येथे (सावधगिरी बाळगा, रशियामधून उघडू शकत नाही), किंवा स्कॉट आरोनसन в लेख त्याच्याकडून ब्लॉग पोस्ट. तसे, मी सर्वसाधारणपणे त्याचा ब्लॉग वाचण्याची शिफारस करतो, तेथे बरीच चांगली सामग्री आहे

सर्वसाधारणपणे, घोषणांच्या अगदी सुरुवातीपासूनच, वैज्ञानिक समुदायाला डी-वेव्ह संगणकांबद्दल प्रश्न होते. उदाहरणार्थ, 2014 मध्ये, आयबीएमने डी-वेव्ह या वस्तुस्थितीवर प्रश्नचिन्ह उपस्थित केले क्वांटम प्रभाव वापरते. 2015 मध्ये, Google ने NASA सोबत मिळून यापैकी एक क्वांटम संगणक विकत घेतला आणि संशोधनानंतर पुष्टी, की होय, संगणक नेहमीच्या पेक्षा अधिक वेगाने कार्य करतो आणि समस्येची गणना करतो. तुम्ही Google च्या विधानाबद्दल अधिक वाचू शकता येथे आणि, उदाहरणार्थ, येथे.

मुख्य गोष्ट अशी आहे की डी-वेव्ह संगणक, त्यांच्या शेकडो आणि हजारो क्यूबिट्ससह, क्वांटम अल्गोरिदमची गणना आणि चालविण्यासाठी वापरले जाऊ शकत नाहीत. तुम्ही त्यांच्यावर शोरचे अल्गोरिदम चालवू शकत नाही, उदाहरणार्थ. विशिष्ट ऑप्टिमायझेशन समस्येचे निराकरण करण्यासाठी विशिष्ट क्वांटम यंत्रणा वापरणे एवढेच ते करू शकतात. विशिष्ट कार्यासाठी डी-वेव्ह हे क्वांटम ASIC आहे हे आपण विचारात घेऊ शकतो.

क्वांटम कॉम्प्युटर इम्युलेशनबद्दल थोडेसे

(सामग्रीसाठी)

क्वांटम संगणन नियमित संगणकावर अनुकरण केले जाऊ शकते. खरंच, पहा:

• क्यूबिटची स्थिती असू शकते उपस्थित जटिल संख्या, प्रोसेसर आर्किटेक्चरवर अवलंबून 2x32 ते 2x64 बिट (8-16 बाइट्स) व्यापलेले
• N कनेक्टेड क्यूबिट्सची स्थिती 2^N जटिल संख्या म्हणून दर्शविली जाऊ शकते, उदा. 2-बिट आर्किटेक्चरसाठी 3^(32+N) आणि 2-बिटसाठी 4^(64+N).
• N qubits वरील क्वांटम ऑपरेशन 2^N x 2^N मॅट्रिक्सद्वारे दर्शविले जाऊ शकते

मग:

• 10 क्यूबिट्सच्या एम्युलेटेड स्टेटस संचयित करण्यासाठी, 8 KB आवश्यक आहेत
• 20 क्यूबिट्सची स्थिती साठवण्यासाठी तुम्हाला 8 MB आवश्यक आहे
• 30 क्यूबिट्सची स्थिती संग्रहित करण्यासाठी, 8 GB आवश्यक आहे
• 40 क्यूबिट्सची स्थिती साठवण्यासाठी 8 टेराबाइट्स आवश्यक आहेत
• 50 क्यूबिट्सची स्थिती साठवण्यासाठी, 8 पेटाबाइट्स आवश्यक आहेत, इ.

(सी)

तुलना करण्यासाठी, कळस (टॉप-1 मधून टॉप-500) मध्ये फक्त 2.8 पेटाबाइट्स मेमरी असते.

वर्तमान सिम्युलेशन रेकॉर्ड - 49 क्यूबिट गेल्या वर्षी सर्वात मोठ्या चीनी सुपर कॉम्प्युटरला वितरित केले (सनवे तैहु प्रकाश)

शास्त्रीय प्रणालींवर क्वांटम संगणकाचे अनुकरण करण्याची मर्यादा क्यूबिट्सची स्थिती संचयित करण्यासाठी आवश्यक असलेल्या RAM च्या प्रमाणात निर्धारित केली जाते.

मी देखील वाचण्याची शिफारस करतो ही टिप्पणी. तिथुन:

ऑपरेशनद्वारे - काही 49 "चक्र" (गेट्सचे स्वतंत्र स्तर) असलेल्या 39-क्यूबिट सर्किटच्या अचूक अनुकरणासाठी घेतला 2^63 जटिल गुणाकार - 4 तासांसाठी सुपर कॉम्प्युटरचे 4 Pflops

शास्त्रीय प्रणालींवर 50+ क्यूबिट क्वांटम संगणकाचे अनुकरण करणे वाजवी वेळेत अशक्य मानले जाते. त्यामुळेच Google ने क्वांटम सुप्रिमसी प्रयोगासाठी 53-क्विट प्रोसेसर वापरला.

क्वांटम कॉम्प्युटिंग वर्चस्व.

(सामग्रीसाठी)

विकिपीडिया आम्हाला क्वांटम कॉम्प्युटिंग वर्चस्वाची खालील व्याख्या देते:

क्वांटम वर्चस्व - क्षमता क्वांटम संगणन शास्त्रीय संगणक व्यावहारिकरित्या सोडवू शकत नसलेल्या समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी उपकरणे.

खरं तर, क्वांटम वर्चस्व मिळवणे म्हणजे, उदाहरणार्थ, शोर अल्गोरिदम वापरून मोठ्या संख्येचे फॅक्टरायझेशन पुरेशा वेळेत सोडवले जाऊ शकते किंवा जटिल रासायनिक रेणू क्वांटम स्तरावर अनुकरण केले जाऊ शकतात, इत्यादी. म्हणजेच नवीन युग आले आहे.

पण व्याख्येच्या शब्दात काही त्रुटी आहेत, “जे शास्त्रीय संगणक व्यावहारिकरित्या सोडवू शकत नाहीत" खरं तर, याचा अर्थ असा की जर तुम्ही ५०+ क्यूबिट्सचा क्वांटम कॉम्प्युटर तयार केला आणि त्यावर काही क्वांटम सर्किट चालवले, तर, आम्ही वर चर्चा केल्याप्रमाणे, या सर्किटचा परिणाम नियमित संगणकावर अनुकरण केला जाऊ शकत नाही. ते आहे शास्त्रीय संगणक अशा सर्किटचा परिणाम पुन्हा तयार करू शकणार नाही.

अशा परिणामामुळे वास्तविक क्वांटम सर्वोच्चता निर्माण होते की नाही हा एक तात्विक प्रश्न आहे. पण Google ने काय केले आणि ते कशावर आधारित आहे हे समजून घ्या अलीकडेच जाहीर केले की त्याने त्याच्या नवीन सायकॅमोर प्रोसेसरसह क्वांटम सर्वोच्चता प्राप्त केली आहे आवश्यक

Google चे क्वांटम सर्वोच्चता विधान

(सामग्रीसाठी)

Sycamore 54-qubit प्रोसेसर

तर, ऑक्टोबर 2019 मध्ये, Google विकसकांनी नेचर या वैज्ञानिक प्रकाशनात एक लेख प्रकाशित केला.प्रोग्राम करण्यायोग्य सुपरकंडक्टिंग प्रोसेसर वापरून क्वांटम वर्चस्व" लेखकांनी इतिहासात प्रथमच 54-क्यूबिट सायकॅमोर प्रोसेसर वापरून क्वांटम वर्चस्व मिळवण्याची घोषणा केली.

Sycamore लेख ऑनलाइन सहसा 54-qubit प्रोसेसर किंवा 53-qubit प्रोसेसरचा संदर्भ घेतात. त्यानुसार सत्य आहे मूळ लेख, प्रोसेसरमध्ये भौतिकदृष्ट्या 54 क्यूबिट्स असतात, परंतु त्यापैकी एक काम करत नाही आणि सेवेतून काढला गेला आहे. अशा प्रकारे, प्रत्यक्षात आमच्याकडे 53-क्विट प्रोसेसर आहे.

तिथेच वेबवर दिसू लागले बरेच या विषयावरील सामग्री, ज्याची डिग्री भिन्न आहे उत्साही ते संशयवादी.

IBM च्या क्वांटम कॉम्प्युटिंग टीमने नंतर असे सांगितले Google ने क्वांटम वर्चस्व मिळवण्याचा खोटा अहवाल दिला. कंपनीचा दावा आहे की पारंपारिक संगणक 2,5 दिवसांत या कामाचा सर्वात वाईट परिस्थितीत सामना करेल आणि परिणामी उत्तर क्वांटम संगणकापेक्षा अधिक अचूक असेल. अनेक ऑप्टिमायझेशन पद्धतींच्या सैद्धांतिक विश्लेषणाच्या परिणामांवर आधारित हा निष्कर्ष काढण्यात आला.

आणि अर्थातच, स्कॉट आरोनसन त्याच्या मध्ये ब्लॉग पोस्ट मी या विधानाकडे दुर्लक्ष करू शकत नाही. त्याचा विश्लेषण सर्व दुव्यांसह आणि स्कॉटचे सर्वोच्च क्वांटम वर्चस्व FAQ! नेहमीप्रमाणे, ते तुमचा वेळ घालवण्यासारखे आहेत. हब वर एक अनुवाद आहे हे FAQ, आणि टिप्पण्या वाचा याची खात्री करा, अधिकृत घोषणेपूर्वी ऑनलाइन लीक झालेल्या प्राथमिक कागदपत्रांच्या लिंक्स आहेत.

Google ने प्रत्यक्षात काय केले? तपशीलवार समजून घेण्यासाठी, Aaronson वाचा, परंतु थोडक्यात येथे:

मी नक्कीच तुम्हाला सांगू शकतो, परंतु मला त्याऐवजी मूर्ख वाटत आहे. गणना खालीलप्रमाणे आहे: प्रयोगकर्ता एक यादृच्छिक क्वांटम सर्किट C व्युत्पन्न करतो (म्हणजेच, जवळच्या शेजाऱ्यांमधील 1-क्विट आणि 2-क्विट गेट्सचा यादृच्छिक क्रम, ज्याची खोली, उदाहरणार्थ, 20, n च्या 2D नेटवर्कवर कार्य करते. = 50-60 क्यूबिट्स). प्रयोगकर्ता नंतर क्वांटम कॉम्प्युटरवर C पाठवतो, आणि त्याला C ला 0 च्या प्रारंभिक स्थितीवर लागू करण्यास सांगतो, {0,1} आधारावर परिणाम मोजतो, एन-बिट निरीक्षण केलेला क्रम (स्ट्रिंग) परत पाठवतो आणि अनेक पुनरावृत्ती करतो. हजारो किंवा लाखो वेळा. शेवटी, त्याचे C चे ज्ञान वापरून, प्रयोगकर्ता एक सांख्यिकीय चाचणी करतो की परिणाम क्वांटम संगणकाच्या अपेक्षित आउटपुटशी जुळतो की नाही.

अगदी थोडक्यात:

• गेट्स वापरून 20 क्यूबिट्सपैकी 53 लांबीचे यादृच्छिक सर्किट तयार केले आहे
• सर्किट कार्यान्वित करण्यासाठी प्रारंभिक स्थिती [0…0] ने सुरू होते
• सर्किटचे आउटपुट एक यादृच्छिक बिट स्ट्रिंग आहे (नमुना)
• निकालाचे वितरण यादृच्छिक नाही (हस्तक्षेप)
• प्राप्त नमुन्यांचे वितरण अपेक्षित नमुन्याशी तुलना केली जाते
• क्वांटम वर्चस्वाचा निष्कर्ष काढला

म्हणजेच, Google ने 53-क्यूबिट प्रोसेसरवर सिंथेटिक समस्या अंमलात आणली आणि क्वांटम वर्चस्व प्राप्त करण्याचा दावा या वस्तुस्थितीवर केला आहे की वाजवी वेळेत मानक सिस्टमवर अशा प्रोसेसरचे अनुकरण करणे अशक्य आहे.

समजून घेण्यासाठी - हा विभाग कोणत्याही प्रकारे Google चे यश कमी करत नाही, अभियंते खरोखर महान आहेत, आणि याला वास्तविक क्वांटम श्रेष्ठता मानता येईल की नाही हा प्रश्न, आधी सांगितल्याप्रमाणे, अभियांत्रिकीपेक्षा अधिक तात्विक आहे. परंतु आपण हे समजून घेतले पाहिजे की अशी संगणकीय श्रेष्ठता प्राप्त केल्यानंतर, 2048-बिट क्रमांकांवर शोरचे अल्गोरिदम चालविण्याच्या क्षमतेकडे आपण एक पाऊल पुढे टाकले नाही.

सारांश

(सामग्रीसाठी)

क्वांटम कॉम्प्युटर्स आणि क्वांटम कॉम्प्युटिंग हे माहिती तंत्रज्ञानाचे एक अतिशय आशादायक, अतिशय तरुण आणि आतापर्यंत थोडेसे औद्योगिकदृष्ट्या लागू होणारे क्षेत्र आहे.

क्वांटम कॉम्प्युटिंगचा विकास (एखाद्या दिवशी) आम्हाला समस्या सोडविण्यास अनुमती देईल:

• क्वांटम स्तरावर जटिल भौतिक प्रणालींचे मॉडेलिंग
• संगणकीय जटिलतेमुळे नियमित संगणकावर निराकरण करता येत नाही

क्वांटम कॉम्प्युटर तयार करण्यात आणि ऑपरेट करताना मुख्य समस्या:

• डीकोहेरन्स
• एरर (डिकोहेरेन्स आणि गेट)
• प्रोसेसर आर्किटेक्चर (पूर्णपणे कनेक्ट केलेले क्यूबिट सर्किट)

सद्यस्थिती:

• खरं तर - अगदी सुरुवात आर अँड डी.
• अद्याप कोणतेही वास्तविक व्यावसायिक शोषण नाही (आणि ते कधी होईल हे स्पष्ट नाही)

काय मदत करू शकते:

• काही प्रकारचे भौतिक शोध जे वायरिंग आणि ऑपरेटिंग प्रोसेसरची किंमत कमी करते
• असे काहीतरी शोधणे जे परिमाण आणि/किंवा त्रुटी कमी करेल

माझ्या मते (निव्वळ वैयक्तिक मत), ज्ञानाच्या सध्याच्या वैज्ञानिक प्रतिमानामध्ये, आम्ही क्वांटम तंत्रज्ञानाच्या विकासात लक्षणीय यश मिळवू शकणार नाही., येथे आपल्याला मूलभूत किंवा उपयोजित विज्ञानाच्या काही क्षेत्रात गुणात्मक प्रगतीची आवश्यकता आहे, ज्यामुळे नवीन कल्पना आणि पद्धतींना चालना मिळेल.

यादरम्यान, आम्ही क्वांटम प्रोग्रामिंग, क्वांटम अल्गोरिदम गोळा करणे आणि तयार करणे, कल्पनांची चाचणी करणे इ. इत्यादींचा अनुभव घेत आहोत. आम्ही प्रगतीची वाट पाहत आहोत.

निष्कर्ष

(सामग्रीसाठी)

या लेखात, आम्ही क्वांटम कॉम्प्युटिंग आणि क्वांटम कॉम्प्युटरच्या विकासातील मुख्य टप्पे पार केले, त्यांच्या ऑपरेशनचे तत्त्व तपासले, क्वांटम प्रोसेसरच्या विकास आणि ऑपरेशनमध्ये अभियंत्यांना भेडसावणाऱ्या मुख्य समस्यांचे परीक्षण केले आणि मल्टी-क्यूबिट काय आहेत हे देखील पाहिले. डी-संगणक प्रत्यक्षात आहेत. वेव्ह आणि Google ची क्वांटम सर्वोच्चता प्राप्त करण्याची अलीकडील घोषणा.

पडद्यामागे प्रोग्रामिंग क्वांटम कॉम्प्युटरचे प्रश्न (भाषा, दृष्टिकोन, पद्धती इ.) आणि प्रोसेसरच्या विशिष्ट भौतिक अंमलबजावणीशी संबंधित प्रश्न, क्यूबिट्स कसे व्यवस्थापित केले जातात, लिंक केले जातात, वाचले जातात इ. कदाचित हा पुढच्या लेखाचा किंवा लेखांचा विषय असेल.

आपले लक्ष दिल्याबद्दल धन्यवाद, मला आशा आहे की हा लेख एखाद्यासाठी उपयुक्त ठरेल.

(सी) क्रुएगर

पोचपावती

(सामग्रीसाठी)

@ऑक्सोरॉन प्रूफरीडिंग आणि स्त्रोत मजकूरावरील टिप्पण्या, तसेच लेखासाठी "क्वांटम संगणकाची वैशिष्ट्ये"

@a5b माहिती समृद्ध टिप्पण्यांसाठी "क्वांटम संगणकाची वैशिष्ट्ये", आणि फक्त तिच्यासाठीच नाही, ज्याने मला हे कोडे शोधण्यात मोठ्या प्रमाणात मदत केली.

लेख आणि प्रकाशनांच्या सर्व लेखकांना ज्यांची सामग्री हा लेख लिहिण्यासाठी वापरली गेली होती.

संसाधनांची यादी

(सामग्रीसाठी)

[नॅशनल अकादमी प्रेस] मधील चालू घडामोडींचे लेख

http://cs.brown.edu/courses/csci1800/sources/2018_NAE_QuantumComputing_ProgressAndProspects.pdf
https://www.nap.edu/catalog/25196/quantum-computing-progress-and-prospects

Habr चे लेख (यादृच्छिक क्रमाने)

https://habr.com/ru/post/458450/
https://habr.com/ru/post/401315/
https://habr.com/ru/post/458134/
https://habr.com/ru/post/246483/
https://habr.com/ru/post/95428/
https://habr.com/ru/post/387761/
https://habr.com/ru/post/468911/
https://habr.com/ru/post/435560/
https://habr.com/ru/post/316810/
https://habr.com/ru/company/microsoft/blog/351624/
https://habr.com/ru/company/microsoft/blog/351628/
https://habr.com/ru/company/ua-hosting/blog/377533/
https://habr.com/ru/company/acronis/blog/455559/
https://habr.com/ru/company/yandex/blog/332106/
https://habr.com/ru/company/mailru/blog/350208/
https://habr.com/ru/company/mailru/blog/476444/
https://habr.com/ru/company/misis/blog/470445/
https://habr.com/ru/company/it-grad/blog/452424/
https://habr.com/ru/company/piter/blog/450480/

इंटरनेटवरून क्रमबद्ध न केलेले (परंतु कमी मनोरंजक नाही) लेख

http://homepages.spa.umn.edu/~duplij/publications/Duplij-Shapoval_TOPOLOGICAL-QUANTUM-COMPUTERS.pdf
https://quantum.country/qcvc
http://extremal-mechanics.org/wp-content/uploads/2015/07/RIFFEL.pdf
https://thecode.media/quantum/
https://naked-science.ru/article/nakedscience/quantum-computers
https://ru.ihodl.com/technologies/2018-10-29/prosto-o-slozhnom-kak-rabotaet-kvantovyj-kompyuter/
https://pikabu.ru/story/chto_takoe_kvantovyiy_kompyuter_5204054
https://nplus1.ru/search?q=%D0%9A%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D1%82%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F+%D0%B0%D0%B7%D0%B1%D1%83%D0%BA%D0%B0
https://www.scottaaronson.com/blog/?p=4372
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D1%82%D0%BE%D0%B2%D1%8B%D0%B9_%D0%BA%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D1%8C%D1%8E%D1%82%D0%B5%D1%80
https://quantumcomputingreport.com/scorecards/qubit-quality/
https://quantumcomputing.stackexchange.com/questions/2499/is-quantum-computing-just-pie-in-the-sky
https://quantumcomputing.stackexchange.com/questions/1289/how-does-a-quantum-computer-do-basic-math-at-the-hardware-level
https://www.extremetech.com/extreme/284306-how-quantum-computing-works
https://techno.nv.ua/it-industry/chto-takoe-kvantovyy-kompyuter-i-kvantovoe-prevoshodstvo-google-protiv-ibm-50049940.html
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1666-5?utm_source=commission_junction&utm_medium=affiliate
https://petrimazepa.com/nemnogo_o_kvantovykh_kompyuterakh
https://www.forbes.ru/tehnologii/371669-ibm-protiv-d-wave-nastupila-li-era-kvantovyh-kompyuterov

अभ्यासक्रम आणि व्याख्याने

https://www.coursera.org/learn/kvantovyye-vychisleniya
https://www.youtube.com/watch?v=uPw9nkJAwDY&amp=&index=4&amp=&t=0s
https://courses.edx.org/courses/BerkeleyX/CS191x/2013_Spring/course/#
https://www.youtube.com/watch?v=xLfFWXUNJ_I&list=PLnbH8YQPwKbnofSQkZE05PKzPXzbDCVXv
https://cs269q.stanford.edu/syllabus.html
https://quantum-computing.ibm.com/support/guides/user-guide?section=5dcb2b45330e880045abccb0
https://gitlab.com/qkitchen/basics-of-quantum-computing

स्त्रोत: www.habr.com