Kvanttitietokoneen työn käsite ja periaate

Kvanttitietokoneen teema on viime aikoina tullut erittäin suosittu, ja tekniikan läpimurrosta puhuminen ei vähene, mutta ei niin kauan sitten tutkimuksen menestys kvanttilaskelmien alalla oli jotain useista fiktioista. Uudet termit murtuivat tietovirtaan ja nyt yhtä hyvin kuin tekoäly ja koneoppiminen. Vaikka tutkimus on tehty ensimmäisellä vuosikymmenellä, se oli erityisen hedelmällinen kehityksen suhteen ja tapahtumien varakas oli viime vuonna, kun IBM osoitti maailmalle ensimmäisen kaupallisen kvanttitietokoneen, ja Google ilmoitti saavuttavansa kvanttien paremmuuden saavuttamisen.

Modernin fysiikan vallankumoukselliset löytöt, jotka varmistivat uuden laskentatekniikan kehityskierroksen, voivat ilman liioittelua muuttaa maailmaa ja tuoda ihmiskunnalle valtavia etuja asianmukaisella käytöllä. Jos olet kiinnostunut tästä aiheesta ja haluat ymmärtää, mitkä kvanttitietokoneet ovat, millä periaatteella he työskentelevät ja miksi niitä tarvitaan ollenkaan, puhumme tästä materiaalista mahdollisimman selvästi, sukeltamatta kvanttitutkimukseen kvantimaailman mekaniikka ja rakenne.

Mikä on kvanttitietokone

Nykyään on jo epävarma, onko kvanttitietokone, ei ole. Jos viime aikoihin asti se oli vain tutkijoiden fantasian hedelmä, nyt hänestä on tullut täysin konkreettinen esine, ja voimme nähdä, miltä järjestelmän käytännöllinen toteutus näyttää.

Jos puhut yksinkertaisesti, mikä on kvanttitietokone, tämä on tietotekniikan keino, joka käyttää kvanttimekaniikan lakeja työssään. Kone suorittaa tiettyjä tehtäviä tehokkaammin kuin yksinkertainen tietokone, joka tallentaa tietoja bitteihin.

KK käyttää kvanttialgoritmeja, jotka käyttävät vaikutuksia, kuten superpositio ja kvantti -sekaannus. Laskelmia varten käytetään kuutioita (kvantihiukkasia), jotka kykenevät olemaan kahdessa olosuhteessa kerralla. Eli jos bitti hyväksyy yhden kahdesta mahdollisesta arvosta- 0 tai 1, niin kuutio on sekä 0 että 1 samanaikaisesti, mikä antaa KC: lle mahdollisuuden käsitellä tietoja ja suorittaa matemaattisia tehtäviä tuhansia kertoja tavallista nopeammin. Hänen ei tarvitse selvittää yhdistelmiä, kuten hän, mukaan lukien supertietokone, kvanttijärjestelmä. Vastaus lasketaan salamanopeudella. Nämä mahdollisuudet avaavat tavan ratkaista ongelmia, jotka ovat nykyään mahdottomia tai vaativat suuria aikakustannuksia.

Uuden sukupolven tietokoneiden luomisen historia juontaa juurensa kaukaiseen vuonna 1981, kun he puhuivat ensin kvanttijärjestelmien käytöstä laskelmiin. Sitten se oli vielä kaukana fyysisestä toteutuksesta, KK: n ensimmäinen työalgoritmi ilmestyi vasta vuonna 1994, ja ensimmäinen 2-kuutioinen kone perustettiin vuonna 1998 Kalifornian yliopistossa Berkeleyssä. Vuosikymmenien ajan eri maiden tutkijaryhmät ovat luoneet vuosikymmenien ajan, mutta IBM ja Google ovat saavuttaneet suurimmat menestykset tällä alalla.

Johtavien yritysten kilpailu on täydessä vauhdissa. Kesäkuussa 2020 Honeywell sai viestin, että tehokkain kvanttitietokone on luotu tänään. Yhtiö väittää, että luotu laite on kaksi kertaa niin paljon kuin IBM- ja Google Quantum Systems, muutamassa minuutissa ratkaisutehtävät, joille tavalliset tietokoneet tarvitsevat vuosituhansia. Honeywell Development on vaikuttava, kun ennätysindikaattori on 64 kvanttivoimaa. Järjestelmän ydin on koripallon kokoinen teräspallo, joka on jäähdytetty nestemäisen heliumin avulla lämpötilaan -262,7 ° C. Se sisältää atomista muodostuneiden ionien ansat, ne lopettavat liikkumisen matalien lämpötilojen vaikutuksen alaisena ja niitä hallitaan laserpulsseilla.

Miksi tarvitset kvanttitietokoneen

Suurten tietojärjestelmien nopea käsittely, jossa käytetään uutta tekniikkaa. Esimerkiksi KC vain muutamassa sekunnissa selviytyy yksinkertaisten tekijöiden lukumäärästä koostuvien lukujen hajoamisesta (prosessi itsessään ei ole monimutkainen, mutta vaatii suuria aikakustannuksia, tässä moderni salauspohja perustuu) ja ratkaise myös useita samanlaisia ​​ongelmia. Lisäksi tekniikka soveltuu myös vaikeiden tilanteiden mallintamiseen, mukaan lukien elementtien fysikaalisten ominaisuuksien laskeminen molekyylitasolla.

Kvanttitietokoneiden soveltamisalueet:

• globaali optimointi;
• DNA -molekyylien mallintaminen;
• uusien materiaalien luominen;
• huumeiden luominen;
• koneoppimisen parantaminen;
• Salauksen ja salauksen tehtävät (mukaan lukien hakkerointi -salausalgoritmit ja pääsy mihin tahansa tietoon).

Tässä vaiheessa kvanttitietokoneet erottuvat työn tuotannon ja epävakauden monimutkaisuudesta, joten toistaiseksi on mahdollista kehittää vain korkean suorituskyvyn järjestelmiä, vangittuna yhdelle algoritmille ja suunniteltu erittäin kapeaksi tehtävien ympyräksi.

Mikä on ero tavallisen kvanttitietokoneen välillä

30 vuoden ajan "kvantilaskelmien" käsitteen jälkeen tieteellinen kehitys mahdollisti tämän tyyppisten tietojenkäsittelyjärjestelmien tulla todellisuudeksi, vaikkakin tavalliselle käyttäjälle pääsy. Kvanttitietokoneet perustuvat ainutlaatuiseen käyttäytymiseen, joka eroaa pohjimmiltaan standardin, tuttujen koneiden työstä, ja ne kuvataan kvanttimekaniikoilla.

Laitteet kykenevät ratkaisemaan matemaattisia ongelmia muutamassa sekunnissa, joiden ratkaisua tavallisella tietokoneella olisi kaivanut miljardeja vuosia. Googlen mukaan Sycamore -kvanttikone yli kolmen minuutin ajan on suorittanut laskelmat, joista tavallinen supertietokone olisi joutunut 10 000 vuotta - tätä kutsutaan kovaksi termille "kvanttien paremmuus".

Tavallinen tietokone, jolla jokainen moderni ihminen on tuttu, samoin kuin älypuhelin, tabletti tai kannettava tietokone, bittien tiedot, jotka hyväksyvät arvon 0 tai 1, ja voit esittää minkä tahansa tiedon, olipa kyse sitten tekstistä tai kuvasta, olkoon kohteita ja kohteita yksiköt. Käytetyn yksikön kvanttitietokoneen perustavanlaatuinen ero ja etu, nimeltään kuutio (tai kvanttibitti). Cubit voi olla epävarmuuden tilassa, toisin sanoen olla erilaisissa tiloissa samanaikaisesti, analogisesti Schrödingerin kissan kanssa (superpositio -ilmiö) kanssa.

Kvanttitietokone on monta kertaa nopeampi ja tavallista tehokkaampi, vaikka se ei sovellu useimpiin arjen tehtäviin, koska sen toimintaperiaate on hyvin erilainen.

Kuinka tulevaisuuden tietokone on

Tarkastellaan nyt yksityiskohtaisemmin, mistä korkea -intech -järjestelmä koostuu. Kuten olemme jo selvittäneet, tavallisen tietokoneen vähimmäisyksikkö on vähän, joka ottaa arvon 1 tai 0 (kytketty päälle tai pois päältä), kvanttitietokoneessa - nämä ovat kuutioita, jotka voivat ottaa kaikki arvot. Samanaikaisesti kvantihiukkaset riippuvat mittauksesta, mikä tarkoittaa kuutiota koskevien tietojen puutetta sen mittausmomenttiin saakka, mittausprosessi vaikuttaa myös kvanttibitin arvoon, mikä saattaa tuntua oudolta, mutta näin on tarkalleen tilanne.

Tämän kuutioiden ominaisuuksien (samanaikainen oleskelu samanaikaisesti kaikissa olosuhteissa) ansiosta, kunnes hiukkaset mitattiin, tietokone ylittää heti todennäköiset ratkaisuvaihtoehdot, koska kuutioiden välinen yhteys on saatavana. Siten päätös tunnetaan heti, kun alkuperäiset tiedot syötettiin, toisin sanoen superpositio määrittää laskelmien rinnakkaisuuden, joka kiihdyttää toisinaan algoritmien toimintaa.

Kvanttitietokoneen laite sisältää:

• Tietokoneen hallinta;
• Pulssigeneraattori, joka vaikuttaa kuutioihin;
• valtion rekisteröinti;
• PROSESSORI;
• Kuution mittauslaite.

Atomien välillä toimimaan kvanttiyhteys on tarjolla, ja mitä enemmän kuutiomuoto on, sitä vähemmän järjestelmän stabiilisuus on. Kvanttien paremmuuden suhteen vakiotietokoneeseen nähden se vaatii vähintään 49 kuutiota, ja tässä tapauksessa järjestelmän vakaus on jo kyseinen. Kun luodaan lukuisia riippuvuuksia, kaikki ulkoiset vaikutteet voivat vaikuttaa niihin.

KC -suhteiden haurauden vuoksi, joka koostuu useista päätasoista, sisältää atomien jäähdytyksen melkein absoluuttiseen nollaan, jonka avulla voit suojata ulkoisilta prosesseilta, tästä syystä laite kvanttiprosessorin suojaamisella on suuri tilavuus tilaa.

KK: n toimintaperiaate

Tietokoneiden, kannettavien tietokoneiden, älypuhelimien tai tablet -laitteen käyttämällä digitaalista periaatetta käyttävien tietokoneiden tavanomainen kaavio perustuu klassisten algoritmien käyttöön, mikä eroaa radikaalisti kvanttitietokoneen toimintaperiaatteesta. Joten tavallinen tietokone näyttää saman tuloksen riippumatta siitä, kuinka monta kertaa laskelman suorittamiseksi, vaihtoehdot lasketaan peräkkäin.

Kvanttitietokone käyttää täysin erilaista - todennäköisyysperiaatetta. Tietyssä mielessä järjestelmä sisältää jo kaikki mahdolliset ratkaisut. Laskelmien tulos on todennäköisin vastaus, ei yksiselitteinen, kun taas jokainen myöhempi kvanttialgoritmin käynnistäminen oikean vastauksen saamisen todennäköisyys kasvaa, mikä tarkoittaa, että 3-4 nopean juoksun jälkeen voit olla varma, että tulimme siihen Oikea päätös, esimerkiksi salausavain.

Kvanttijärjestelmissä, jotka käyttävät kuutioita työssään, hiukkasten lukumäärän lisääntyessä se kasvaa eksponentiaalisesti ja samanaikaisesti käsiteltyjen arvojen lukumäärä.

Puhuessaan kvanttitietokone toimii, on syytä mainita kuutioiden yhteys. Järjestelmän useiden kuutioiden läsnä ollessa muutos yhdessä myös muutos muissa hiukkasissa. Laskentavoima saavutetaan rinnakkaisilla laskelmilla.

Multimiljoonan suulakon sijoituksista huolimatta Quantum Technologies kehittyy melko hitaasti. Tämä johtuu suuresta määrästä vaikeuksia, jotka tutkijoiden oli kohdattava tutkimusprosessissa, mukaan lukien tarve rakentaa matala -lämpötila sarkofaageja, ja kameran maksimaalinen eristäminen prosessorilla mahdollisista ulkoisista vaikutteista järjestelmän kvanttiominaisuuksien säilyttämiseksi. Lisäksi tutkijoilla on virheiden ratkaiseminen, koska kvanttiprosesseilla ja laskelmilla on todennäköinen luonne, eivätkä ne voi olla sata prosenttia totta.

Stabiilien järjestelmien rakentaminen on myös kaukana ideaalista, ja kun kvanttitietokone toteutetaan fyysisellä tasolla, käytetään useita ratkaisuja, jotka käyttävät erilaisia ​​tekniikoita. Joten täysimittaisen universaalin kvanttitietokoneen luominen on edelleen tulevaisuudessa, vaikka ei niin pitkälle kuin se näytti viisi vuotta sitten. Suurimmat yritykset, kuten IBM, Google, Intel, Microsoft, harjoittavat sen luomista, jotka ovat antaneet suuren panoksen tekniikan kehittämiseen, samoin kuin jotkut valtiot, joille tämä kysymys on strateginen merkitys.