Пас аз даҳ сол касе намедонад, ки кай

Шахси камтар огоҳ, ки як қатор нашрияҳоро дар бораи компютерҳои квантӣ хондааст, метавонад чунин таассурот пайдо кунад, ки онҳо мошинҳои "аз раф" мебошанд, ки ба мисли компютерҳои муқаррарӣ кор мекунанд. Ҳеҷ чиз метавонад нодурусттар бошад. Баъзеҳо ҳатто боварӣ доранд, ки компютерҳои квантӣ ҳанӯз вуҷуд надоранд. Ва дигарон ҳайрон мешаванд, ки онҳо барои чӣ истифода мешаванд, зеро онҳо барои иваз кардани системаҳои сифр пешбинӣ нашудаанд.

Мо бисёр вақт мешунавем, ки аввалин компютерҳои воқеӣ ва дуруст коркунанда дар тӯли даҳсолаҳо пайдо мешаванд. Аммо, тавре ки Линлӣ Гвеннап, таҳлилгари асосии Linley Group, дар мақола қайд кард, "Вақте одамон мегӯянд, ки компютери квантӣ пас аз даҳ сол пайдо мешавад, онҳо намедонанд, ки ин кай рӯй медиҳад."

Сарфи назар аз ин вазъияти норавшан, фазои рақобат барои ба ном бартарии квантӣ. Маъмурияти Амрико дар бораи кори квантӣ ва муваффақияти чинӣ изҳори нигаронӣ карда, моҳи декабри соли гузашта Санади миллии ташаббуси квантиро қабул кард (1). Ҳуҷҷат барои дастгирии федералӣ барои тадқиқот, таҳия, намоиш ва татбиқи ҳисоббарории квантӣ ва технологияҳо пешбинӣ шудааст. Дар тӯли даҳ соли ҷодугарӣ, ҳукумати ИМА барои сохтани инфрасохтори компютерии квантӣ, экосистема ва ҷалби одамон миллиардҳо сарф хоҳад кард. Ҳамаи таҳиягарони асосии компютерҳои квантӣ - D-Wave, Honeywell, IBM, Intel, IonQ, Microsoft ва Rigetti, инчунин созандагони алгоритмҳои квантии 1QBit ва Zapata аз ин истиқбол карданд. Ташаббуси миллии квантӣ.

Пешравони D-WAve

Дар соли 2007, D-Wave Systems чипи 128-кубит (2), даъват кард аввалин компютери квантӣ дар ҷаҳон. Аммо, маълум набуд, ки оё онро метавон чунин номид - танҳо амалиёти он бидуни ҷузъиёти тарҳи он нишон дода шуд. Дар соли 2009, D-Wave Systems системаи ҷустуҷӯии тасвири "квантӣ"-ро барои Google таҳия кард. Дар моҳи майи соли 2011, Lockheed Martin як компютери квантиро, ки аз ҷониби D-Wave Systems истеҳсол шудааст, ба даст овард. D-мавҷи як ба маблағи 10 миллион доллар, ҳангоми имзои шартномаи бисёрсола оид ба фаъолият ва таҳияи алгоритмҳои мувофиқ.

Дар соли 2012 ин мошин раванди дарёфти молекулаи сафедаи спиралиро бо энергияи камтарин намоиш дод. Муҳаққиқони D-Wave Systems системаҳоро бо рақамҳои гуногун истифода мебаранд кубит, як катор хисобу китобхои математикиро ба чо овард, ки баъзеи онхо аз имкониятхои машинахои хисоббарори классикй хеле берун буданд. Бо вуҷуди ин, дар аввали соли 2014, Ҷон Смолин ва Грэм Смит коғаз нашр карданд, ки мошини D-Wave Systems як мошин нест. Чанде пас аз ин, Physics of Nature натиҷаҳои таҷрибаҳоро пешниҳод кард, ки исбот мекунанд, ки D-Wave One дар ниҳоят ...

Санҷиши дигар, ки дар моҳи июни соли 2014 гузаронида шуд, фарқияти байни компютери классикӣ ва мошини D-Wave Systems нишон надод, аммо ширкат посух дод, ки фарқият танҳо барои мушкилоти мураккабтар аз мушкилоти дар санҷиш ҳалшуда мушоҳида мешавад. Дар оғози соли 2017, ширкат як мошини гӯё иборат буд, муаррифӣ кард 2 хазор кубитки ин назар ба алгоритмхои тезтарини классикй 2500 маротиба тезтар буд. Ва боз баъди ду мох як гурух олимон собит карданд, ки ин мукоиса дуруст нест. Барои бисёре аз скептикҳо, системаҳои D-Wave ҳанӯз ҳам компютерҳои квантӣ нестанд, балки онҳо мебошанд симулятсияҳо бо истифода аз усулҳои классикӣ.

Насли чоруми системаи D-Wave истифода мебарад коркарди квантӣва њолатњои кубит тавассути схемањои квантии суперноќил (дар асоси ба истилоњ пайвандакњои Йозефсон) амалї карда мешаванд. Онҳо дар муҳити қариб сифр кор мекунанд ва бо системаи 2048-кубит фахр мекунанд. Дар охири соли 2018, D-Wave ба бозор баромад БОНН, яъне шумо муҳити татбиқи квантӣ дар вақти воқеӣ (КАЕ). Ҳалли абрӣ дастрасии муштариёни берунаро ба компютерҳои квантӣ дар вақти воқеӣ фароҳам меорад.

Дар моҳи феврали соли 2019, D-Wave насли ояндаро эълон кард  Pegasus. Он ҳамчун "васеътарин системаи квантии тиҷоратӣ дар ҷаҳон" эълон шуда буд, ки ба ҷои шаш қубит понздаҳ пайвастшавӣ дорад. бештар аз 5 кубит ва фаъол кардани бекоркунии садо дар сатҳи қаблан номаълум. Дастгоҳ бояд дар миёнаҳои соли оянда ба фурӯш барояд.

Qubits, ё superpositions plus enanglement

Протсессорҳои компютерии стандартӣ ба пакетҳо ё пораҳои иттилоот такя мекунанд, ки ҳар кадом як ҷавоби якҳа ё неро ифода мекунанд. Протсессорҳои квантӣ гуногунанд. Онхо дар дуньёи нул-як кор намекунанд. устухони оринҷ, хурдтарин ва тақсимнашавандаи иттилооти квантӣ системаи тавсифшудаи дученака мебошад фазои Ҳилберт. Аз ин рӯ, он аз кӯршапаракҳои классикӣ бо он фарқ мекунад, ки он метавонад дар ҳама гуна суперпозиция ду ҳолати квантӣ. Ҳамчун модели физикии кубит, мисоли бештар додашуда заррае бо чархи ½ аст, ба монанди электрон ё поляризатсияи як фотон.

Барои истифодаи қувваи qubits, шумо бояд онҳоро бо истифода аз раванде, ки ном дорад, пайваст кунед ошуфтагӣ. Бо ҳар як кубит, қудрати коркарди протсессор дучанд мекунад худашон, зеро шумораи печидаҳо бо печонидани кубити нав бо ҳамаи ҳолатҳои аллакай дар протсессор мавҷудбуда ҳамроҳ мешавад (3). Аммо эҷод ва муттаҳид кардани кубитҳо ва сипас ба онҳо гуфтани ҳисобҳои мураккаб кори осон нест. Онҳо мемонанд ба таъсироти беруна хеле ҳассос астки метавонад ба хатогихои хисобу китоб ва дар бадтарин холат боиси пусидаи кубитхои печида гардад, яъне. декогерацияки лаънати хакикии системахои квантй мебошад. Баробари илова шудани кубитҳо, таъсири манфии қувваҳои беруна зиёд мешавад. Яке аз роҳҳои ҳалли ин мушкилот ин фаъол кардани иловагӣ мебошад кубит "НАЗОРАТ"ки вазифаи ягонаи он тафтиш ва ислохи маълумотхои баромад мебошад.

3. Намояндагии рамзии системаи IBM 50-qubit

Бо вуҷуди ин, ин маънои онро дорад, ки компютерҳои пуриқтидортари квантӣ лозим хоҳанд шуд, ки барои ҳалли мушкилоти мураккаб, ба монанди муайян кардани чӣ гуна печидани молекулаҳои сафеда ё симулятсияи равандҳои физикии дохили атомҳо муфиданд. хеле кубит. Том Ватсон аз Донишгоҳи Делфти Ҳолланд чанде пеш ба Би-би-сӣ гуфт:

-

Хулоса, агар компютерҳои квантӣ мехоҳанд парвоз кунанд, шумо бояд роҳи оддии тавлиди протсессори калон ва устувори кубитро пайдо кунед.

Азбаски кубитҳо ноустуворанд, эҷод кардани система бо бисёре аз онҳо ниҳоят душвор аст. Пас, агар дар ниҳоят, кубитҳо ҳамчун консепсияи ҳисоббарории квантӣ ноком шаванд, олимон алтернатива доранд: дарвозаҳои квантӣ.

Дастаи Донишгоҳи Пурдю як тадқиқотро дар npj Quantum Information нашр кард, ки дар бораи эҷоди онҳо тафсилоти муфассалро дар бар мегирад. Олимон чунин мешуморанд КудихоБаръакси қубитҳо, онҳо метавонанд дар зиёда аз ду ҳолат вуҷуд дошта бошанд - масалан, 0, 1 ва 2 - ва барои ҳар як ҳолати иловашуда, қудрати ҳисоббарории як қудит меафзояд. Ба ибораи дигар, шумо бояд ҳамон миқдори иттилоотро рамзгузорӣ ва коркард кунед. шӯҳрати камтар назар ба кубитхо.

Барои сохтани дарвозаҳои квантӣ, ки дорои қудитҳо мебошанд, дастаи Пурдю чор қудитро ба ду фотони печида аз рӯи басомад ва вақт рамзгузорӣ кард. Даста фотонҳоро интихоб кард, зеро ба онҳо муҳити атроф ба осонӣ таъсир намерасонад ва истифодаи доменҳои сершумор имкон дод, ки бо фотонҳои камтар омехта шаванд. Дарвозаи тайёр дорои иқтидори ҳисоббарории 20 кубит буд, гарчанде ки он ҳамагӣ чаҳор қудитро талаб мекард ва бо устувории изофӣ ба шарофати истифодаи фотонҳо, онро як системаи умедбахш барои компютерҳои квантии оянда табдил дод.

Домҳои кремний ё ионҳо

Ҳарчанд на ҳама ба ин ақида шариканд, истифодаи кремний барои эҷоди компютерҳои квантӣ бартариҳои бузурге ба назар мерасад, зеро технологияи кремний хуб ба роҳ монда шудааст ва аллакай як соҳаи бузурги марбут ба он вуҷуд дорад. Силикон дар коркардкунандагони квантии Google ва IBM истифода мешавад, гарчанде ки он то ҳарорати хеле паст сард мешавад. Ин маводи идеалӣ барои системаҳои квантӣ нест, аммо олимон дар болои он кор мекунанд.

Тибқи як нашрияи ба наздикӣ дар Nature, як гурӯҳи муҳаққиқон энергияи микроволновкаро истифода бурда, ду заррачаи электронии дар кремний овезоншударо ба ҳам мепайвандад ва сипас онҳоро барои иҷрои як қатор ҳисобҳои санҷишӣ истифода бурданд. Гурухе, ки аз чумла, олимони университети Висконсин-Мэдисонро дар бар мегирифтанд, кубитхои электронии ягонаро дар сохтори кремний, ки чархи он бо энергияи радиатсияи микроволновка муайян карда мешуд, «овехта» кард. Дар суперпозиция, электрон ҳамзамон дар атрофи ду меҳвари гуногун давр мезад. Пас аз он ду кубит муттаҳид карда шуданд ва барои анҷом додани ҳисобҳои санҷишӣ барномарезӣ шуданд, ки пас аз он муҳаққиқон маълумоти тавлидкардаи системаро бо маълумоти аз компютери стандартӣ гирифташуда, ки ҳамон ҳисобҳои санҷиширо иҷро мекунанд, муқоиса карданд. Пас аз ислоҳи маълумот, як барномарезишаванда протсессори ду-битии кремнийи квантӣ.

Гарчанде ки сатҳи хатогӣ ҳанӯз ҳам нисбат ба домҳои ба ном ионҳо (дастгоҳҳое, ки зарраҳои заряднок ба монанди ионҳо, электронҳо, протонҳоро барои муддате нигоҳ медоранд) ё компютерҳо хеле баландтар аст.  дар асоси суперноқилҳо ба монанди D-Wave, дастовард назаррас боқӣ мемонад, зеро ҷудо кардани кубитҳо аз садои беруна ниҳоят душвор аст. Коршиносон имкониятҳои васеъ ва такмил додани системаро мебинанд. Ва истифодаи кремний аз нуқтаи назари технологӣ ва иқтисодӣ дар ин ҷо аҳамияти калидӣ дорад.

Аммо, барои бисёре аз муҳаққиқон, кремний ояндаи ҳисоббарории квантӣ нест. Моҳи декабри соли гузашта маълумот пайдо шуд, ки муҳандисони ширкати амрикоии IonQ аз итербиум барои сохтани компютери квантии сермаҳсул дар ҷаҳон, ки бартар аз системаҳои D-Wave ва IBM аст, истифода кардаанд.

Дар натиҷа мошине буд, ки як атом дар доми ион дошт (4) барои рамзгузорӣ як кубит маълумотро истифода мебарад ва кубитҳо бо истифода аз импулсҳои махсуси лазерӣ назорат ва чен карда мешаванд. Компютер дорои хотираест, ки метавонад 160 кубит маълумотро нигоҳ дорад. Он инчунин метавонад дар як вақт дар 79 кубит ҳисобҳоро анҷом диҳад.

4. Диаграммаи доми ионҳои IonQ

Олимони IonQ озмоиши стандартии ба номро гузарониданд Алгоритми Бернштейн-Вазираниего. Вазифаи мошин аз 0 то 1023 тахмин кардан буд. Компютерҳои классикӣ барои рақами 10-бит ёздаҳ кӯшишро талаб мекунанд. Компютерҳои квантӣ ду равишро истифода мебаранд, то натиҷаро бо 100% итминон тахмин кунанд. Дар кӯшиши аввал компютери квантии IonQ ба ҳисоби миёна 73% ададҳои додашударо тахмин зад. Вақте ки алгоритм барои ягон рақами аз 1 то 1023 иҷро карда мешавад, компютери муқаррарӣ 0,2% шонси муваффақият дорад, аммо IonQ 79% шонси муваффақият дорад.

IonQ боварӣ дорад, ки системаҳои ба доми ион асосёфта аз компютерҳои квантии кремний, ки Google ва дигар ширкатҳо сохта истодаанд, бартарӣ доранд. Матритсаи 79-кубитии онҳо аз протсессори квантии Google Bristlecone бо 7 кубит бартарӣ дорад. Натиҷаи IonQ инчунин ҳассос аст, ки сухан дар бораи эътимоднокии система меравад. Ба гуфтаи созандагони мошин, барои як кубит он дар 99,97% боқӣ мемонад, ки ин маънои 0,03% хатогиро дорад, дар ҳоле ки натиҷаҳои беҳтарини рақобат ба ҳисоби миёна тақрибан 0,5% буд. Сатҳи хатогии ду-бит барои дастгоҳи IonQ бояд 99,3% бошад, дар ҳоле ки аксари рақибон аз 95% камтаранд.

Қобили зикр аст, ки ба гуфтаи муҳаққиқони Google, бартарияти квантй - нуқтае, ки компютери квантӣ аз ҳама мошинҳои дигари мавҷуда бартарӣ дорад - аллакай бо як компютери квантии 49-кубит ба даст овардан мумкин аст, ба шарте ки сатҳи хатогӣ дар дарвозаҳои ду-кубит аз 0,5% камтар бошад. Бо вуҷуди ин, усули доми ионҳо дар ҳисоббарории квантӣ то ҳол бо монеаҳои асосӣ барои бартараф кардан рӯбарӯ аст: вақти сусти иҷро ва андозаи бузург, инчунин дақиқӣ ва миқёспазирии технология.

Як қалъаи рамзҳо дар харобаҳо ва оқибатҳои дигар

Моҳи январи соли 2019 дар CES 2019 директори генералии IBM Ҷинни Рометти эълон кард, ки IBM аллакай як системаи ҳамгирошудаи ҳисоббарории квантиро барои истифодаи тиҷоратӣ пешниҳод мекунад. Компютерҳои квантии IBM5) дар Ню-Йорк ҳамчун як қисми система ҷойгиранд IBM Q System One. Бо истифода аз Шабакаи Q ва Маркази ҳисоббарории Q Quantum, таҳиягарон метавонанд ба осонӣ аз нармафзори Qiskit барои тартиб додани алгоритмҳои квантӣ истифода баранд. Ҳамин тариқ, қудрати ҳисоббарории компютерҳои квантии IBM ҳамчун дастрас аст хидматрасонии роёниши абрӣ, нархи оқилона.

D-Wave низ чанд вақт инҷониб чунин хидматҳоро пешкаш мекунад ва дигар бозигарони асосӣ (ба монанди Amazon) пешниҳодҳои шабеҳи абрҳои квантиро ба нақша гирифтаанд. Microsoft бо муқаддима пешравӣ кард Забони барномасозии Q# (мисли талаффуз) ки метавонад Visual Studio-ро идора кунад ва дар ноутбук кор кунад. Барномасозон дорои асбоби моделсозии алгоритмҳои квантӣ ва сохтани пули нармафзор байни ҳисоббарории классикӣ ва квантӣ мебошанд.

Бо вуҷуди ин, савол ин аст, ки компютерҳо ва қудрати ҳисоббарории онҳо барои чӣ муфиданд? Дар тадқиқоте, ки моҳи октябри соли гузашта дар маҷаллаи Science нашр шуд, олимони IBM, Донишгоҳи Ватерлоо ва Донишгоҳи техникии Мюнхен кӯшиш карданд, ки навъҳои мушкилотеро, ки компютерҳои квантӣ барои онҳо мувофиқтар ба назар мерасанд, тахмин кунанд.

Мувофики тадкикот ин гуна дастгоххо кодиранд комплексиро хал кунанд алгебраи хаттй ва масъалахои оптимизация. Ин норавшан менамояд, вале барои халли осонтару арзонтари масъалахое, ки дар айни замой саъю кушиш, ресурс ва вакти зиёдро талаб мекунанд ва баъзан аз дастамон берун мемонанд, шояд имкониятхо мавчуд бошанд.

5. Компютери квантии IBM

Компютерҳои муфиди квантӣ майдони криптографияро диаметралй тагьир диханд. Ба шарофати онҳо, рамзҳои рамзгузорӣ метавонанд зуд шикаста шаванд ва эҳтимолан технологияи блокчейн нобуд карда мешавад. Рамзгузории RSA ҳоло як амнияти боэътимод ва шикастнопазир ба назар мерасад, ки аксари маълумот ва алоқаи ҷаҳониро муҳофизат мекунад. Бо вуҷуди ин, як компютери квантии кофӣ тавоно ба осонӣ метавонад шифркунии RSA бо кӯмаки алгоритми Шор.

Инро чӣ тавр пешгирӣ кардан мумкин аст? Баъзеҳо тарафдори зиёд кардани дарозии калидҳои рамзгузории оммавӣ ба андозаи зарурӣ барои бартараф кардани рамзкушоии квантӣ мебошанд. Ба андешаи дигарон, он бояд танҳо барои таъмини амнияти коммуникатсия истифода шавад. Ба шарофати криптографияи квантӣ, худи амали боздоштани маълумот онро вайрон мекунад, ки пас аз он шахсе, ки ба заррача халал мерасонад, аз он маълумоти муфид гирифта наметавонад ва гиранда дар бораи кӯшиши гӯш кардани гӯш огоҳ карда мешавад.

Истифодаи эҳтимолии ҳисоббарории квантӣ низ аксар вақт зикр карда мешавад. тахлил ва пешгуии иктисодй. Бо системаҳои квантӣ, моделҳои мураккаби рафтори бозорро метавон васеъ кард, то тағирёбандаҳои бештарро нисбат ба пештара фаро гирад, ки боиси ташхис ва пешгӯиҳои дақиқтар мегардад. Бо коркарди ҳамзамон ҳазорҳо тағирёбандаҳо бо компютери квантӣ, инчунин метавонист вақт ва хароҷоти барои таҳия заруриро кам кард. доруҳои нав, ҳалли нақлиёт ва логистика, занҷирҳои таъминот, моделҳои иқлиминчунин барои халли бисьёр дигар проблемахои мураккаби нихоят калон.

Қонуни мариголд

Дунёи компютерҳои кӯҳна қонуни Мурури худро дошт, дар ҳоле ки компютерҳои квантӣ бояд қонуни ба истилоҳро роҳнамоӣ кунанд. Қонуни мариголд. Он ба номи яке аз маъруфтарин мутахассисони квантии Google қарздор аст, Хартмут Невена (6), ки дар он гуфта мешавад, ки дар айни замон пешрафтҳо дар технологияи ҳисоббарории квантӣ ба даст оварда мешаванд суръати экспоненсиалии дукарата.

Ин маънои онро дорад, ки ба ҷои ду баробар зиёд кардани ҳосилнокӣ тавассути такрорҳои пайдарпай, чунон ки дар компютерҳои классикӣ ва Қонуни Мур, технологияи квантӣ маҳсулнокиро хеле зудтар афзоиш медиҳад.

Коршиносон фарорасии бартарии квантиро пешгӯӣ мекунанд, ки онро на танҳо ба бартарии компютерҳои квантӣ нисбат ба ҳама гуна усулҳои классикӣ, балки бо тарзҳои дигар - ҳамчун оғози давраи компютерҳои квантӣ муфид табдил додан мумкин аст. Ин барои пешрафтҳо дар соҳаи химия, астрофизика, тиб, амният, алоқа ва ғайра роҳ мекушояд.

Аммо акидае низ вучуд дорад, ки чунин бартарй, акаллан дар ояндаи наздик хеч гох вучуд нахохад дошт. Варианти сабуктари скептицизм ин аст Компютерҳои квантӣ ҳеҷ гоҳ компютерҳои классикиро иваз намекунанд, зеро онҳо барои ин кор тарҳрезӣ нашудаанд. Шумо наметавонед iPhone ё компютерро бо мошини квантӣ иваз кунед, ҳамон тавре ки шумо пойафзори теннисро бо як ҳавопаймои ҳастаӣ иваз карда наметавонед.. Компютерҳои классикӣ ба шумо имкон медиҳанд, ки бозиҳо бозӣ кунед, почтаи электрониро тафтиш кунед, дар интернет сайр кунед ва барномаҳоро иҷро кунед. Компютерҳои квантӣ асосан симулятсияҳоеро иҷро мекунанд, ки барои системаҳои дуӣ, ки дар битҳои компютер кор мекунанд, хеле мураккабанд. Ба ибораи дигар, истеъмолкунандагони инфиродӣ аз компютери квантии худ қариб ҳеҷ фоида намебинанд, аммо баҳрабардорони аслии ихтироъ, масалан, NASA ё Донишкадаи технологии Массачусетс хоҳанд буд.

Вақт нишон медиҳад, ки кадом равиш бештар маъно дорад - IBM ё Google. Мувофики конуни Невен, мо барои дидани намоиши пурраи бартарии квантии ин ё он команда хамагй чанд мох мондаем. Ва ин дигар дурнамои "даҳ сол пас, яъне кӣ медонад, кай" нест.