Квантовото изчисление, поне на теория, се говори от няколко десетилетия. Съвременните типове машини, които използват некласическа механика за обработка на потенциално огромни количества данни, се превърнаха в голям пробив. Според разработчиците, тяхната реализация е очевидно най-сложната технология, създавана някога. Квантовите процесори работят върху нива на материята, които човечеството е научило само преди 100 години. Потенциалът на такива изчисления е огромен. Използването на квантови квантови свойства ще ускори изчисленията, така че много задачи, които понастоящем не са приложими за класическите компютри, ще бъдат решени. И не само в областта на химията и материалознанието. Уолстрийт също е разтревожен.

Инвестиране в бъдещето

CME Group инвестира във Vancouver, Inc. 1QB Information Technologies Inc., разработва софтуер за квантови процесори. Според инвеститорите такива изчисления най-вероятно ще окажат най-голямо въздействие върху индустриите, които работят с големи обеми от данни, чувствителни към времето. Пример за такива потребители са финансовите институции. Goldman Sachs е инвестирал в D-Wave Systems, а компанията In-Q-Tel е финансирана от ЦРУ. Първият произвежда машини, които правят това, което се нарича "квантово отвръщане", т.е. решава ниско ниво на оптимизация с помощта на квантов процесор. Intel също инвестира в тази технология, въпреки че смята, че нейното изпълнение е въпрос на бъдещето.

Защо е необходимо?

Причината за това е квантоватаИзчисленията са толкова очарователни, че са в перфектната комбинация с машинно обучение. Понастоящем това е основното приложение за такива изчисления. Това отчасти се дължи на идеята за квантов компютър - използването на физическо устройство за намиране на решения. Понякога тази концепция се обяснява с примера на играта Angry Birds. За да симулира гравитацията и взаимодействието на обекти с лице към CPU, таблетът използва математически уравнения. Квантовите процесори поставят такъв подход от главата до краката. Те "хвърлят" няколко птици и виждат какво се случва. Микрочипът записва задачата: тези птици, те се хвърлят, каква е оптималната траектория? След това се проверяват всички възможни решения или поне много голяма комбинация от тях и отговорът се дава. В квантовия компютър проблемът се решава не от математик, а от законите на физиката.

Как работи?

Основните градивни елементи на нашия свят са квантово-механични. Ако погледнете молекулата, тогава причината, поради която те се формират и остават стабилни, е взаимодействието на техните електронни орбитали. Всички квантово-механични изчисления се съдържат във всяка от тях. Техният брой експоненциално увеличава броя на симулираните електрони. Например, за 50 електрона има 2 в 50-та степен на възможните опции. Това е феноменално голямо количество, така че е невъзможно да го изчислим днес. Свързването на теорията на информацията с физиката може да покаже пътя за решаването на такива проблеми. 50-кубитният компютър е способен на това.

Зората на нова ера

Според ЛандънДаунс, президент и съосновател на 1QBit, квантов процесор, е способността да се използват изчислителни сили на субатомния свят, който е от голямо значение за получаване на нови материали или създаване на нови лекарства. Има преход от парадигма на открития към нова ера на дизайна. Например, квантовите изчисления могат да се използват за симулиране на катализатори, които позволяват извличането на въглерод и азот от атмосферата, като по този начин спомагат за спиране на глобалното затопляне.

Общността за развитие на тази технология е изключително възбудена и ангажирана с активни дейности в напредъка

. Екипи по целия свят в стартиращи предприятия, корпорации, университети и държавни лаборатории неизбежно изграждат автомобили, които използват различни подходи за обработка на квантова информация. Свръхпроводящите кубитни чипове и кубовете върху затворени йони са създадени от изследователи от Университета на Мериленд и Националния институт за стандарти и технологии на САЩ. Microsoft разработва топологичен подход, наречен Q Station, чиято цел е да използва неабелеви анион, чието съществуване все още не е напълно демонстрирано.

Година на вероятния пробив

И това е само началото. Към края на май 2017 г. броят на процесорите от квантов тип, който определено прави нещо по-бързо или по-добро от класическия компютър, е нула. Такова събитие ще установи "квантово предимство", но докато не се случи. Въпреки че е вероятно това да се случи тази година. Повечето вътрешни хора казват, че това е очевиден фаворите група на Google, ръководена от Джон Мартин, професор по физика в Университета на Калифорния в Санта Барбара. Целта му е да се постигне изчислително предимство с 49-кубитов процесор. До края на май 2017 г. екипът успешно тества 22-кубитния чип като междинна стъпка за разглобяване на класическия суперкомпютър.

Откъде започна всичко?

Идеите за използването на квантовата механика за обработка на информация от десетилетия. Едно от ключовите събития настъпили през 1981 г., когато IBM и MIT съвместно организираха конференция по компютърна физика. Известният физик Ричард Файнман предлага да се изгради квантов компютър. Според него е необходимо да се използват средства за квантова механика за моделиране. И това е голяма задача, тъй като не изглежда толкова просто. В квантовия процесор принципът на действие се основава на няколко странни свойства на атомите - суперпозиция и объркване. Частицата може да бъде едновременно в две състояния. При измерването обаче той ще се появи само в една от тях. И това е невъзможно да се предвиди, в които, освен от гледна точка на теорията на вероятността. Този ефект е в основата на мисловен експеримент с котка Шрьодингер, която е в кутията жива и мъртва в същото време, докато наблюдателят не се вгледа там. Нищо в ежедневието не работи по този начин. Въпреки това около 1 милион експеримента, проведени от началото на ХХ век, показват, че суперпозицията наистина съществува. Следващата стъпка е да разберете как да използвате тази концепция.

Квантов процесор: описание на длъжността

Класическите битове могат да приемат стойности 0 или 1. Ако ги пропуснете чрез низ "логически клапани" (AND, OR, NO и т.н.), можете да умножите числа, да изтеглите изображения и т.н. Ако, да речем, 2 кубита са объркващи, тогава те ги правят абсолютно корелирани. Процесорът с квантов тип може да използва логически вентили. Г-н T .. Клапанът на Адамар, например, поставя кубита в състояние на перфектна суперпозиция. Ако суперпозицията и объркването са разумно комбинирани с разположени квантови клапани, тогава потенциалът на субатомните изчисления започва да се разгръща. 2 кубита ви позволяват да изследвате 4 състояния: 000110 и 11. Принципът на квантовия процесор е такъв, че изпълнението на логическата операция ви позволява да работите с всички позиции веднага. А броят на наличните състояния е 2 в броя на кубитите. Така че, ако направите универсален квантов компютър с 50 кубита, можете теоретично да изследвате всички 1125 квадрилионни комбинации едновременно.

Кудиты

Квантовите процесори в Русия виждат малко по-различно. Учени от МФТИ и руския квантов център са създали "Кудити", представляващи няколко "виртуални" кубита с различни "енергийни" нива.

Амплитуда

Процесорът на квантовия тип има предимството, че квантовата механика се основава на амплитуди. Амплитудите са сходни вероятности, но могат да бъдат и отрицателни и комплексни числа. Така че, ако искате да изчислите вероятността на дадено събитие, можете да съставите амплитудите на различните варианти на тяхното развитие. Идеята за квантоватаизчислението е да се опитаме да нагласим интерференционния модел по такъв начин, че някои пътища към грешните отговори да имат положителна амплитуда, а някои да са отрицателни и затова те ще се компенсират взаимно. А пътеките, водещи до правилния отговор, биха имали амплитуди, които са във фаза един с друг. Номерът е, че трябва да организирате всичко, без предварително да знаете какъв е отговорът. Така че експоненциалността на квантовите състояния във връзка с потенциала за интерференция между положителни и отрицателни амплитуди е предимство на изчисленията от този тип.