Kvantna računala - što je to? Princip rada i fotografija kvantnog računala

Čovječanstvo je, kao i prije 60 godina, ponovno na rubu velikog napretka u području računalne tehnologije. Uskoro će kvantna računala zamijeniti današnja računala.

Koji je napredak postignut

Godine 1965. Gordon Moore je rekao da se za godinu dana udvostručio broj tranzistora koji se uklapaju u silicijski mikročip. Ova stopa napretka u zadnje se vrijeme usporava, a udvostručavanje se događa rjeđe - jednom svake dvije godine. Čak će i takva brzina u bliskoj budućnosti omogućiti tranzistorima da budu veliki kao atom. Dalje - crta, koju je nemoguće prijeći. Sa stajališta fizičke strukture tranzistora, ona ni na koji način ne može biti manja od atomskih vrijednosti. Povećanje veličine čipa ne uklanja problem. Rad tranzistora povezan je s otpuštanjem toplinske energije, a procesorima je potreban kvalitetan sustav hlađenja. Multicore arhitektura također ne rješava pitanje daljnjeg rasta. Ubrzo će se ostvariti vrhunac u razvoju tehnologije modernih procesora.
Programeri su shvatili ovaj problem u vrijeme kada su se korisnici počeli pojavljivati ​​osobna računala. Godine 1980. jedan od osnivača kvantne računalne znanosti, sovjetski profesor Yuri Manin, formulirao je ideju kvantnog računalstva. Godinu dana kasnije, Richard Feyman je predložio prvi model računala s kvantnim procesorom. Teoretske osnove kako bi kvantna računala trebala izgledati, formulirao je Paul Benioff.

Princip kvantnog računala

Da bismo razumjeli kako novi procesor radi, potrebno je imati barem površno poznavanje principa kvantne mehanike. Nema smisla ovdje prikazivati ​​matematičke prikaze i formule prikaza. Dovoljno je da se prosječna osoba upozna s trima karakteristikama kvantne mehanike:

• Stanje ili položaj čestice određuje se samo s izvjesnom vjerojatnošću.
• Ako čestica može imati nekoliko stanja, onda je to u svim mogućim stanjima odjednom. To je princip superpozicije.
• Proces mjerenja stanja čestice dovodi do nestanka superpozicije. Karakteristično je da se mjerenje stanja čestice dobivene mjerenjem razlikuje od stvarnog stanja čestice prije mjerenja.

Sa stajališta zdravog razuma - potpuna besmislica. U našem običnom svijetu, ova načela mogu se predstaviti na sljedeći način: vrata sobe su zatvorena i istodobno otvorena. Zatvoreno i otvoreno u isto vrijeme.

To je upečatljiva razlika između izračuna. Normalan procesor djeluje u svojim akcijama s binarnim kodom. Računalni bitovi mogu biti u samo jednom stanju - imaju logičku vrijednost 0 ili 1. Kvantna računala rade na qubitima, koji mogu imati logičku vrijednost od 0, 1, 0 i 1 odjednom. Kako bi riješili određene probleme, imat će prednost od više milijuna dolara u odnosu na tradicionalna računala. Danas postoji već desetaka opisa algoritama. Programeri kreiraju poseban programski kod koji može raditi na novim principima izračuna.

Gdje će se koristiti novo računalo?

Novi pristup u procesu izračuna omogućuje vam rad s ogromnim količinama podataka i obavljanje trenutnih računalnih operacija. S pojavom prvih računala, neki ljudi, uključujući vladine dužnosnike, imali su veliki skepticizam u pogledu njihove uporabe u nacionalnom gospodarstvu. Danas postoje ljudi koji pune sumnji u važnost računala od fundamentalno nove generacije. Već dugo vremena tehnički su časopisi odbijali tiskati članke o kvantnom računalstvu, smatrajući ovaj smjer običnim lažnim potezom kako bi zavarali ulagače.

Novi način računanja stvorit će preduvjete za znanstvena velika otkrića u svim industrijama. Medicina će riješiti mnoga problematična pitanja koja su se u posljednje vrijeme dosta skupila. Bit će moguće dijagnosticirati rak u ranijoj fazi bolesti nego sada. Kemijska industrija moći će sintetizirati proizvode s jedinstvenim svojstvima.

Proboj u prostoru neće dugo trajati. Letovi na druge planete postat će ista svakodnevna akcija kao svakodnevni izleti po gradu. Potencijal koji leži u kvantnom računalstvu, naravno, transformira naš planet do neprepoznavanja.

Još jedna karakteristična značajka koju posjeduju kvantna računala je sposobnost kvantnog računanja da brzo odabere potreban kod ili šifru. Redovno računalo redovno izvršava matematičko rješenje za optimizaciju, prolazeći kroz jednu opciju za drugom. Kvantni konkurent odmah radi s cijelim nizom podataka, odmah odabirajući najprikladnije opcije u nezapamćeno kratkom vremenu. Bankarske operacije dešifriraju se u tren oka da moderna računala nisu dostupna.

Međutim, bankarski sektor se ne može brinuti - njegova metoda će biti spašena metodom kvantnog šifriranja s paradoksom mjerenja. Ako pokušate otvoriti kôd, signal će biti izobličen. Primljene informacije neće imati nikakvog smisla. Tajne službe, čija je špijunaža uobičajena, zainteresirane su za mogućnosti kvantnog računanja.

Problemi s dizajnom

Teškoća leži u stvaranju uvjeta pod kojima kvantni bit može biti u stanju superpozicije za beskonačno dugo vrijeme.

Svaki qubit je mikroprocesor koji djeluje na principima supravodljivosti i zakona kvantne mehanike.

Oko mikroskopskih elemenata logičkog stroja stvaraju se brojni jedinstveni uvjeti okoliša:

• temperatura 0,02 stupnjeva Kelvina (-269,98 stupnjeva Celzija);
• sustav zaštite od magnetskog i električnog zračenja (smanjuje utjecaj tih faktora za 50 tisuća puta);
• sustav disipacije topline i prigušenja vibracija;
• vakuum zraka ispod atmosferskog tlaka 100 milijardi puta.

Blago odstupanje okoliša uzrokuje trenutni gubitak stanja superpozicije od strane Qbita, što dovodi do kvara.

Ispred cijelog planeta

Sve se to moglo pripisati kreativnosti upaljenog uma pisca fantastičnih priča, ako Google zajedno s NASA-om nije nabavio D-Wave kvantno računalo, čiji procesor sadrži 512 kbitova, od kanadske istraživačke tvrtke.

Uz to, lider na tržištu računalnih tehnologija riješit će probleme strojnog učenja u razvrstavanju i analizi velikih polja podataka.

Važno izlaganje koje je iznio Snowden, koji je napustio SAD - NSA također planira razviti svoje kvantno računalo.

2014. - početak ere D-Wave sustava

Uspješni kanadski sportaš Jordy Rose, nakon dogovora s Googleom i NASA-om, počeo je graditi 1000-qubit procesor. Budući model će premašiti prvi komercijalni prototip najmanje 300 tisuća puta u brzini i obujmu proračuna. Kvantno računalo, čija se fotografija nalazi ispod, prva je svjetska komercijalna verzija fundamentalno nove računalne tehnologije.

Sudjelovanje u istraživanju i razvoju potaknuto je poznanstvom na sveučilištu s radovima Colina Williamsa o kvantnom računalstvu. Moram reći da Williams danas radi u Rose Corporation kao voditelj poslovnog projekta.

Proboj ili znanstvena obmana

Što su kvantna računala, Rose ne zna u potpunosti. Za deset godina njegov je tim prešao iz stvaranja 2-qubit procesora u današnje prvo komercijalno stvaranje.

Od samog početka istraživanja Rose je nastojala stvoriti procesor s minimalnim brojem od 1 tisuću qubita. I morao je imati komercijalnu opciju - prodavati i zarađivati ​​novac.

Mnogi, poznavajući Roseovu opsesiju i komercijalnu sposobnost, pokušavaju ga optužiti za krivotvorenje. Navodno za kvantno izdao najobičniji procesor. To je olakšano činjenicom da se fenomenalna brzina nove tehnike očituje pri izvođenju određenih vrsta proračuna. Za ostalo se ponaša kao posve obično računalo, samo vrlo skupo.

Kada će se pojaviti

Čekaj malo. Istraživačka skupina koju su organizirali zajednički kupci prototipa izvijestit će o rezultatima istraživanja na D-Waveu u bliskoj budućnosti.
Možda će uskoro doći vrijeme u kojem će kvantna računala pretvoriti naše razumijevanje okolnog svijeta. I cijelo čovječanstvo će u ovom trenutku doseći viši stupanj svoje evolucije.