Komputery kwantowe - co to jest? Zasada działania i zdjęcie komputera kwantowego

Ludzkość, podobnie jak 60 lat temu, ponownie znajduje się na progu wielkiego przełomu w dziedzinie technologii komputerowej. Wkrótce komputery kwantowe zastąpią dzisiejsze komputery.

Jakie postępy osiągnięto

W 1965 roku Gordon Moore powiedział, że w ciągu roku podwoiła się liczba tranzystorów mieszczących się w mikroczipie krzemowym. Tempo postępu uległo ostatnio spowolnieniu, a podwojenie występuje rzadziej - raz na dwa lata. Nawet taka prędkość w niedalekiej przyszłości pozwoli tranzystorowi być tak dużym jak atom. Dalej - linia, której nie można przekroczyć. Z punktu widzenia fizycznej struktury tranzystora nie może ona w żadnym razie być mniejsza od wartości atomowych. Zwiększenie rozmiaru chipa nie usuwa problemu. Praca tranzystorów wiąże się z uwalnianiem energii cieplnej, a procesory potrzebują wysokiej jakości systemu chłodzenia. Architektura wielordzeniowa również nie rozwiązuje problemu dalszego rozwoju. Osiągnięcie szczytu w rozwoju technologii nowoczesnych procesorów już wkrótce.
Deweloperzy zrozumieli ten problem w momencie, gdy użytkownicy zaczęli pojawiać się na komputerach osobistych. W 1980 roku jeden z twórców kwantowej informatyki, sowiecki profesor Yuri Manin, sformułował ideę obliczeń kwantowych. Rok później Richard Feyman zaproponował pierwszy model komputerowy z procesorem kwantowym. Teoretyczne podstawy tego, jak powinny wyglądać komputery kwantowe, sformułował Paul Benioff.

Zasada działania komputera kwantowego

Aby zrozumieć, jak działa nowy procesor, konieczna jest przynajmniej powierzchowna znajomość zasad mechaniki kwantowej. Nie ma sensu przedstawiać tutaj układów matematycznych i formuł wyświetlania. Wystarczy, aby przeciętna osoba zapoznała się z trzema charakterystycznymi cechami mechaniki kwantowej:

• Stan lub położenie cząstki określa się tylko z pewnym prawdopodobieństwem.
• Jeśli cząstka może mieć kilka stanów, to we wszystkich możliwych stanach naraz. Jest to zasada superpozycji.
• Proces pomiaru stanu cząstki prowadzi do zniknięcia superpozycji. Charakterystyczne jest, że pomiar stanu cząstki uzyskany przez pomiar różni się od rzeczywistego stanu cząstki przed pomiarami.

Z punktu widzenia zdrowego rozsądku - kompletna bzdura. W naszym zwykłym świecie zasady te można przedstawić w następujący sposób: drzwi do pokoju są zamknięte, a jednocześnie otwarte. Zamknięte i otwarte w tym samym czasie.

Jest to uderzająca różnica między obliczeniami. Normalny procesor działa w swoich działaniach z kodem binarnym. Bity komputerowe mogą znajdować się tylko w jednym stanie - mieć wartość logiczną 0 lub 1. Komputery kwantowe działają na kubitach, które mogą mieć wartość logiczną równą 0, 1, 0 i 1 na raz. Aby rozwiązać pewne problemy, będą miały przewagę liczącą wiele miliardów dolarów nad tradycyjnymi komputerami. Dzisiaj są już dziesiątki opisów algorytmów. Programiści tworzą specjalny kod programu, który może pracować na nowych zasadach obliczania.

Gdzie będzie używany nowy komputer?

Nowe podejście w procesie obliczeń pozwala pracować z ogromnymi ilościami danych i wykonywać natychmiastowe operacje obliczeniowe. Wraz z pojawieniem się pierwszych komputerów, niektórzy ludzie, w tym urzędnicy państwowi, mieli wielki sceptycyzm co do ich wykorzystania w gospodarce narodowej. Są dziś ludzie pełni wątpliwości co do znaczenia komputerów zasadniczo nowej generacji. Przez bardzo długi czas czasopisma techniczne odmawiały drukowania artykułów o informatyce kwantowej, uznając ten kierunek za zwyczajną oszukańczą sztuczkę, by oszukać inwestorów.

Nowy sposób obliczania stworzy warunki wstępne dla wielkich odkryć naukowych we wszystkich gałęziach przemysłu. Medycyna rozwiąże wiele problematycznych zagadnień, które ostatnio się nagromadziły. Będzie możliwe zdiagnozowanie raka we wcześniejszym stadium choroby niż obecnie. Przemysł chemiczny będzie w stanie zsyntetyzować produkty o unikalnych właściwościach.

Przełom w kosmosie nie potrwa długo. Loty na inne planety staną się codziennością, podobnie jak codzienne wycieczki po mieście. Potencjał, który leży w komputerach kwantowych, oczywiście przekształca naszą planetę nie do poznania.

Inną charakterystyczną cechą, jaką posiadają komputery kwantowe, jest zdolność komputerów kwantowych do szybkiego wyboru niezbędnego kodu lub szyfrowania. Zwykły komputer przeprowadza sekwencyjne matematyczne rozwiązanie optymalizacyjne, przechodząc jedną opcję po drugiej. Konkurent kwantowy natychmiast pracuje z całą macierzą danych, natychmiast wybierając najbardziej odpowiednie opcje w niespotykanie krótkim czasie. Operacje bankowe zostaną odszyfrowane w mgnieniu oka, ponieważ współczesne komputery nie są dostępne.

Jednak sektor bankowy nie może się martwić - jego metoda zostanie zapisana metodą szyfrowania kwantowego z paradoksem pomiaru. Jeśli spróbujesz otworzyć kod, sygnał zostanie zniekształcony. Otrzymane informacje nie będą miały żadnego sensu. Tajne usługi, które szpiegostwo jest powszechne, interesują się możliwościami obliczeń kwantowych.

Trudności w projektowaniu

Trudność polega na stworzeniu warunków, w których bit kwantowy może znajdować się w stanie superpozycji przez nieskończenie długi czas.

Każdy kubit to mikroprocesor działający na zasadach nadprzewodnictwa i praw mechaniki kwantowej.

Wokół mikroskopijnych elementów maszyny logicznej powstaje wiele wyjątkowych warunków środowiskowych:

• temperatura 0,02 stopnia Kelvina (-269,98 stopni Celsjusza);
• system ochrony przed promieniowaniem magnetycznym i elektrycznym (zmniejsza wpływ tych czynników o 50 tysięcy razy);
• system rozpraszania ciepła i tłumienia drgań;
• próżnia powietrza poniżej ciśnienia atmosferycznego 100 miliardów razy.

Nieznaczne odchylenie środowiska powoduje natychmiastową utratę stanu superpozycji przez Qbit, co prowadzi do awarii.

Przed całą planetą

Wszystkie powyższe można przypisać kreatywności zapalonego umysłu autora fantastycznych opowieści, jeśli Google wraz z NASA nie nabył komputer kwantowy D-Wave, którego procesor zawiera 512 kubitów od kanadyjskiej korporacji badawczej.

Dzięki temu lider na rynku technologii komputerowych rozwiąże problemy z uczeniem maszynowym podczas sortowania i analizy dużych macierzy danych.

Ważnym ujawniającym oświadczeniem był Snowden, który opuścił USA - NSA planuje także rozwinąć swój komputer kwantowy.

2014 - początek ery systemów D-Wave

Wybrany kanadyjski zawodnik Jordy Rose, po zawarciu umowy z Google i NASA, rozpoczął budowę procesora 1000-kubitowego. Przyszły model przekroczy pierwszy komercyjny prototyp co najmniej 300 tysięcy razy w zakresie szybkości i objętości obliczeń. Komputer kwantowy, którego zdjęcie znajduje się poniżej, jest pierwszą na świecie komercyjną wersją całkowicie nowej technologii komputerowej.

Zaangażowany w badania i rozwój został poparty przez jego znajomość na uniwersytecie z pracami Colina Williamsa na temat komputerów kwantowych. Muszę powiedzieć, że Williams pracuje dziś w Rose Corporation jako kierownik projektów biznesowych.

Przełom lub naukowe oszustwo

Czym są komputery kwantowe, Rose nie w pełni wie. W ciągu dziesięciu lat jego zespół przeszedł od stworzenia procesora 2-kubitowego do dzisiejszej pierwszej komercyjnej kreacji.

Od samego początku badań Rose starała się stworzyć procesor z minimalną liczbą 1000 kubitów. I musiał mieć opcję komercyjną - sprzedawać i zarabiać pieniądze.

Wielu, znając obsesję Rose'a i komercyjną bystrość, próbuje oskarżyć go o fałszerstwo. Zasadniczo dla kwantu wydano najzwyklejszy procesor. Jest to ułatwione przez fakt, że fenomenalna prędkość nowej techniki manifestuje się podczas wykonywania pewnych rodzajów obliczeń. Co do reszty, zachowuje się jak zwykły komputer, tylko bardzo drogi.

Kiedy się pojawią

Zaczekaj nie trwa długo. Grupa badawcza zorganizowana przez wspólnych nabywców prototypu będzie raportować wyniki badań w D-Wave w niedalekiej przyszłości.
Być może niedługo nadejdzie czas, w którym komputery kwantowe zmienią nasze rozumienie otaczającego świata. I cała ludzkość w tym momencie osiągnie wyższy poziom swojej ewolucji.