Kvantni računalniki - kaj je to? Načelo delovanja in fotografija kvantnega računalnika

Človeštvo, kot pred 60 leti, je spet na robu velikega preboja na področju računalniške tehnologije. Kmalu bodo kvantni računalniki zamenjali današnje računalnike.

Kakšen je napredek

Leta 1965 je Gordon Moore dejal, da se je v enem letu število tranzistorjev, ki se ujemajo s silicijevim mikročipom, podvojilo. Ta stopnja napredka se je v zadnjem času upočasnila, podvojitev pa se zgodi manj pogosto - enkrat na dve leti. Tudi taka stopnja v bližnji prihodnosti bo omogočila tranzistorjem, da bodo tako veliki kot atom. Naprej - črta, ki je nemogoče prečkati. Z vidika fizične strukture tranzistorja ne more biti manjša od atomskih vrednosti. Povečanje velikosti čipa ne odpravi težave. Delo tranzistorjev je povezano s sproščanjem toplotne energije, procesorji pa potrebujejo kakovosten hladilni sistem. Multicore arhitektura tudi ne rešuje vprašanja nadaljnje rasti. Doseganje vrhunca v razvoju tehnologije sodobnih procesorjev se bo zgodilo kmalu.
Razvijalci so prišli do tega problema, ko so uporabniki začeli prikazovati osebne računalnike. Leta 1980 je eden od ustanoviteljev kvantne računalništva, sovjetski profesor Yuri Manin, oblikoval idejo kvantnega računalništva. Leto kasneje je Richard Feyman predlagal prvi računalniški model s kvantnim procesorjem. Teoretične osnove, kako naj kvantni računalniki izgledajo, je oblikoval Paul Benioff.

Načelo kvantnega računalnika

Da bi razumeli, kako deluje novi procesor, je potrebno imeti vsaj površno poznavanje načel kvantne mehanike. Ni smiselno predstavljati matematičnih postavitev in prikaznih formul. Dovolj je, da se povprečna oseba seznani s tremi značilnostmi kvantne mehanike:

• Stanje ali položaj delca je določen le z določeno verjetnostjo.
• Če ima lahko delček več stanj, potem je to v vseh možnih stanjih naenkrat. To je načelo superpozicije.
• Postopek merjenja stanja delca vodi do izginotja superpozicije. Značilno je, da se merjenje stanja delcev, dobljenega z merjenjem, pred meritvami razlikuje od dejanskega stanja delca.

Z vidika zdrave pameti - popolna nesmiselnost. V našem običajnem svetu lahko ta načela predstavimo na naslednji način: vrata v sobo so zaprta in hkrati odprta. Zaprta in odprta hkrati.

To je presenetljiva razlika med izračuni. Običajni procesor v svojih dejanjih deluje z binarno kodo. Računalniški bitovi so lahko le v enem stanju - imajo logično vrednost 0 ali 1. Kvantni računalniki delujejo na qubite, ki imajo lahko logično vrednost 0, 1, 0 in 1 naenkrat. Da bi rešili določene probleme, bodo imeli večmilijonsko prednost pred tradicionalnimi računalniki. Danes je že ducat opisov algoritmov. Programerji ustvarijo posebno programsko kodo, ki lahko deluje na novih načelih izračuna.

Kje bo uporabljen novi računalnik?

Nov pristop v procesu izračuna vam omogoča delo z ogromnimi količinami podatkov in izvajanje trenutnih računskih operacij. S prihodom prvih računalnikov so nekateri ljudje, vključno z vladnimi uradniki, imeli velik skepticizem glede njihove uporabe v nacionalnem gospodarstvu. Danes obstajajo ljudje, ki so polni dvomov o pomenu računalnikov iz popolnoma nove generacije. Tehnične revije so zelo dolgo časa zavrnile tiskanje člankov o kvantnem računalništvu, saj je bila ta smer navadna goljufiva igra, ki bi zavajala vlagatelje.

Nov način računalništva bo ustvaril predpogoje za znanstvena odkritja v vseh panogah. Medicina bo rešila veliko problematičnih vprašanj, ki so se v zadnjem času nabrala precej. Bolezen bo mogoče diagnosticirati v zgodnejši fazi bolezni kot sedaj. Kemična industrija bo lahko sintetizirala izdelke z edinstvenimi lastnostmi.

Prehod v prostor ne bo trajal dolgo. Leti na druge planete bodo postali enako vsakodnevno dejanje kot dnevna potovanja po mestu. Potencial, ki je v kvantnem računalništvu, seveda spremeni naš planet do neprepoznavnosti.

Druga posebnost, ki jo imajo kvantni računalniki, je sposobnost kvantnega računanja, da hitro izbere potrebno kodo ali šifro. Običajen računalnik zaporedoma izvaja matematično optimizacijsko rešitev, ki poteka skozi eno možnost za drugo. Kvantni konkurent takoj dela s celotno podatkovno zbirko, tako da takoj izbere najprimernejše možnosti v izjemno kratkem času. Bančne operacije bodo dešifrirane v trenutku, da moderni računalniki niso na voljo.

Vendar pa bančni sektor ne more skrbeti - njegova metoda bo rešena s kvantno metodo šifriranja s paradoksom merjenja. Če poskusite odpreti kodo, bo signal popačen. Prejete informacije ne bodo imele nobenega smisla. Skrivne službe, ki so navdušene nad vohunjenjem, se zanimajo za možnosti kvantnega računalništva.

Težave pri oblikovanju

Težava je v ustvarjanju pogojev, pod katerimi je lahko kvantni bit v superpoziciji za neskončno dolgo časa.

Vsak qubit je mikroprocesor, ki deluje na principih superprevodnosti in zakonov kvantne mehanike.

Okoli mikroskopskih elementov logičnega stroja nastajajo številni edinstveni okoljski pogoji:

• temperatura 0,02 stopinje Kelvina (-269,98 Celzija);
• sistem zaščite pred magnetnim in električnim sevanjem (zmanjša vpliv teh dejavnikov za 50 tisoč krat);
• sistem za odvajanje toplote in dušenje vibracij;
• vakuum zraka pod atmosferskim tlakom 100 milijard krat.

Majhno odstopanje okolja povzroči takojšnjo izgubo superpozicije s strani Qbitov, kar vodi do okvare.

Pred celotnim planetom

Vse to lahko pripišemo ustvarjalnosti vnetih misli pisatelja fantastičnih zgodb, če Google skupaj z NASO ni pridobil kvantnega računalnika D-Wave, katerega procesor vsebuje 512 kvbitov, od kanadske raziskovalne korporacije.

S tem bo vodilni na trgu računalniških tehnologij rešil vprašanja strojnega učenja pri razvrščanju in analiziranju velikih podatkovnih nizov.

Pomembno razkritje je podal Snowden, ki je zapustil ZDA - NSA načrtuje tudi razvoj kvantnega računalnika.

2014 - začetek obdobja D-Wave sistemov

Uspešni kanadski športnik Jordy Rose je po dogovoru z Googlom in NASO začel graditi 1000-qubit procesor. Prihodnji model bo presegel prvi komercialni prototip vsaj 300 tisoč krat hitrost in obseg izračunov. Kvantni računalnik, katerega fotografija se nahaja spodaj, je prva komercialna različica v osnovi nove računalniške tehnologije.

Raziskovanje in razvoj je spodbudila njegova znanost na univerzi s Colinom Williamsom o kvantnem računalništvu. Moram reči, da Williams danes dela v podjetju Rose Corporation kot vodja poslovnega projekta.

Preboj ali znanstvena prevara

Kaj so kvantni računalniki, Rose ne ve popolnoma. V desetih letih je njegova ekipa prešla s izdelave 2-qubit procesorja na današnjo prvo komercialno ustvarjanje.

Od samega začetka raziskave je Rose želel ustvariti procesor z najmanjšim številom tisoč bitov. In moral je imeti komercialno možnost - prodati in zaslužiti.

Mnogi, ki poznajo obsesijo in komercialno sposobnost Rose, ga poskušajo obtožiti ponarejanja. Domnevno za kvantno izdane najbolj navaden procesor. To olajšuje dejstvo, da se fenomenalna hitrost nove tehnike kaže pri izvajanju določenih vrst izračunov. Za ostalo se obnaša kot popolnoma običajen računalnik, le zelo drag.

Kdaj se bodo pojavili

Počakaj, ni dolgo. Raziskovalna skupina, ki jo organizirajo skupni kupci prototipa, bo v bližnji prihodnosti poročala o rezultatih raziskav na D-Waveu.
Morda bo kmalu prišel čas, v katerem bodo kvantni računalniki spremenili naše razumevanje sveta. In vse človeštvo bo v tem trenutku doseglo višjo stopnjo svojega razvoja.