Pacea în pragul unei revoluții cuantice. Primul computer cuantic va rezolva instantaneu problemele care sunt dispozitivul modern, cel mai puternic este acum petrece ani. Care este problema? Cine a câștigat și cine amenință utilizarea în masă a algoritmilor cuantice? Care este Suprapunerea de qubiti, așa cum oamenii au învățat să găsească cea mai bună soluție, nu de cotitură peste trilioane de opțiuni? Răspunsul la aceste întrebări la rubrica „Doar despre complexul“.
Evgeny Glushkov
Înainte de a cuantice în cursul a fost teoria clasică a radiațiilor electromagnetice. În 1900 savantul german Maks Plank, care el însuși nu credea Quanta, le-a considerat fictive și pur construct teoretic, a fost nevoit să admită că energia emisă de un corp porțiuni încălzite - Quanta; Astfel, ipoteza teoriei a coincis cu observațiile experimentale. Cinci ani mai târziu, marele Albert Einstein a recurs la aceeași abordare în explicarea efectului fotoelectric: un curent electric atunci când este iradiat cu lumina în metale! Este puțin probabil ca Planck și Einstein ar putea presupune că activitatea sa a pus bazele unei noi științe - mecanica cuantică, care este destinat pentru a transforma în mod drastic lumea noastră, și că, în secolul XXI, oamenii de știință au venit aproape de a construi un computer cuantic.
Inițial, mecanica cuantică a permis să explice structura atomului și a ajutat să înțeleagă procesele care au loc în cadrul acestuia. În general, adevărat un vis vechi al alchimiștilor de transformare a atomilor de un element în atomi ai altor (da, chiar și în aur). Și formula E = MC2 celebrul Einstein a dus la apariția energiei nucleare și, ca urmare, bomba atomica.
Procesorul Quantum în cinci qubitii de la IBM
Mai mult - mai mult. Datorita muncii lui Einstein, iar fizicianul britanic Paul Dirac cu laser a fost construit în a doua jumătate a secolului al XX - este, de asemenea, o sursă de lumină cuantice ultra-pura colectat într-un fascicul îngust. lasere de cercetare a adus Premiul Nobel pentru mai mult de o duzină de oameni de știință și lasere ei înșiși au fost aplicate în aproape toate sferele de activitate umană - de la tăietori industriale și pistoale cu laser la bar scanere de coduri și corectarea vederii. Aproximativ în același timp, au fost de cercetare din materiale semiconductoare activ - materiale care pot fi utilizate pentru a gestiona cu ușurință fluxul de curent electric. Mai târziu au devenit principalele elemente constitutive ale electronicii moderne, fără de care astăzi nu ne putem imagina viața mea - au fost create primele tranzistori bazate pe ele.
Rapid și eficient rezolva multe probleme a permis dezvoltarea calculatoarelor electronice - calculatoare. O scădere treptată a dimensiunii și a costului (datorită producției de masă) pavat modul în care calculatoarele în fiecare casă. dependența de sistemele informatice Odată cu apariția Internetului, inclusiv pentru comunicare a devenit chiar mai puternic.
Dependența este în creștere, în continuă creștere de putere de calcul, dar este timpul să admitem că, în ciuda caracteristicile sale impresionante, calculatoarele nu au fost în măsură să rezolve toate problemele pe care suntem dispuși să pună în fața lor. Una dintre primele a început să spună celebrul fizician Richard Feynman: în 1981 la conferința, el a spus că pe computerele desktop este fundamental imposibil de a calcula cu exactitate a sistemului fizic real. Toate din cauza naturii sale cuantice! Efectele microscară sunt ușor de explicat prin mecanica cuantică și prost - ne sunt folosite pentru a mecanicii clasice: descrie comportamentul obiectelor de mari dimensiuni. A fost apoi ca o alternativă la Feynman a propus utilizarea pentru calculul sistemelor fizice ale calculatoarelor cuantice.
Care este computerul cuantic, și modul în care este diferit de la calculatoare, la care suntem obișnuiți să? Problema este, ne imaginăm informații.
În cazul în care spațiul de lucru este responsabil pentru această funcție biți - zerouri și edinichki - că, în computerele cuantice, acestea sunt înlocuite cu biți cuantice (abreviat - qubitii). Qubit în sine - un lucru destul de simplu. El este în continuare cele două valori principale (sau state, așa cum se spune în mecanica cuantică), el poate lua 0 și 1. Cu toate acestea, din cauza proprietăților obiectelor cuantice numite „superpoziție“ qubit poate lua toate valorile, care sunt o combinație de bază. Mai mult decât atât, natura cuantică permite să fie toate aceste stări simultan.
Acesta este paralelismul de calcul cuantic cu qubitii. Totul se întâmplă la o dată - nu mai trebuie să treacă prin toate variantele posibile ale stării sistemului, iar acest lucru este exact ceea ce computerul normal. Căutarea de baze de date mari, pregătirea traseului optim, dezvoltarea de noi medicamente - doar câteva exemple de probleme a căror soluție poate accelera într-o varietate de algoritmi cuantice de timp. Acestea sunt sarcinile, în cazul în care pentru a găsi răspunsul corect trebuie să treacă printr-o mulțime de opțiuni.
În plus, pentru a descrie starea exactă a sistemului nu mai este necesară o putere de calcul și mari cantități de memorie, deoarece pentru sistemul de 100 de particule 100 suficiente qubitii în loc de trilioane de trilioane de biți calcul. În plus, odată cu creșterea numărului de particule (ca într-un reale sisteme complexe), această diferență a devenit și mai importantă.
Primul qubit românesc sub un microscop electronic
Procesorul Quantum în nouă qubitii de la Google
Odată cu apariția Shor algoritmului, comunitatea științifică confruntat cu o problemă gravă. Înapoi la sfârșitul anilor 1970, în funcție de dificultatea problemei factorizare, criptografilor, oamenii de știință au creat un algoritm de criptare a datelor, sunt larg răspândite. În special, folosirea acestui algoritm de oțel pentru a proteja datele în Internet - parole, corespondență personală, bancare și tranzacțiile financiare. Și, după mulți ani de utilizare cu succes dintr-o dată sa dovedit că informațiile criptate astfel încât acesta devine o țintă ușoară pentru algoritmul lui Shor, care rulează pe un computer cuantic. Descifrarea folosind devine o chestiune de minute. Unul fericit: un computer cuantic, care ar putea începe un algoritm de moarte nu a fost încă stabilită.
O astfel de diversitate a avut avantajele sale. Motivat de o concurență intensă, diverse grupuri de cercetare au creat din ce în ce mai sofisticate și a construit qubitii sunt sisteme mai complexe. Principalii parametri competitivi în qubiti au fost două: timpul vieții lor și numărul de qubiti, care pot fi făcute pentru a lucra împreună.
Laboratorul sistemelor cuantice artificiale
Durata de viață a qubiti a atribuit-o, cât timp au păstrat starea cuantică fragilă. Aceasta, la rândul său, determină cât de multe operații de calcul pot fi efectuate cu qubitii până când „a murit“.
Pentru funcționarea eficientă a algoritmilor cuantice nevoie de mai mult de un qubit, și cel puțin o sută, și lucrând împreună. Problema a fost că qubiti nu sunt foarte mândru să coexiste unul cu celălalt și îi scădere dramatică în timpul vieții lor. Pentru a rezolva această dispoziție certaret de qubiti, oamenii de știință au trebuit să meargă la tot felul de trucuri. Cu toate acestea, până în prezent, oamenii de știință au fost capabili de a ajunge la locul de muncă, cu un maxim de una sau două duzini de qubiti.
Deci, spre deliciul criptografiei, computer cuantic - este încă în viitor. Deși nu există o astfel de îndepărtat, cum ar putea părea o dată, pentru că creația sa este legată în mod activ atât corporații majore, cum ar fi Intel, IBM și Google, și statele individuale, pentru care crearea unui computer cuantic - o chestiune de importanță strategică.
Nu ratați curs:
