Dispozitive cuantice. Investind în viitor. Secvența operațiilor efectuate

Supercalculatoarele avansate sunt deja capabile să efectueze zeci de cvadrilioane de operații pe secundă. Dar există o serie de probleme pe care nu le pot rezolva. Să dăm un exemplu.

Suntem înconjurați de tehnologii criptografice peste tot: acestea sunt folosite în mesagerie instant sau tranzacții cu carduri bancare, criptomonede, stocare securizată a datelor și așa mai departe. Informațiile sunt criptate continuu atunci când sunt trimise și decriptate după ce sunt primite, astfel încât să poată fi citite doar de cei cărora le sunt destinate. Există diverse sisteme de criptare (AES, RSA), dar toate se bazează cumva pe utilizarea factorizării (descompunerea în factori primi).

Ce fel de numere prime credeți că am înmulțit pentru a obține numărul de mai jos, care este cheia de criptare de 2048 de biți (cheile generate folosind algoritmul RSA sunt schimbate între destinatari pentru a semna mesaje secrete cu ei)?

Nu vă deranjați: a afla din ce numere prime sunt alcătuite este o sarcină descurajantă. Dar este dificil nu numai pentru tine, ci și pentru un computer clasic. Dacă folosim toată puterea de calcul din lume, va fi nevoie de un miliard de ani pentru a o rezolva! Dar un computer cuantic ar putea rezolva asta în 100 de secunde. Viteza lui frenetică îi va permite să facă asta.

O creștere atât de gravă a vitezei de rezolvare a problemelor, apropo, va atrage după sine o restructurare a întregului sistem financiar global, deoarece fără o criptare fiabilă pur și simplu nu va putea funcționa (este o glumă - oricine are un computer cuantic vor putea falsifica informații că dețin orice sumă de bani).

Dacă inventarea unui computer cuantic va presupune schimbări atât de mari, poate că ar fi mai bine să se descurce complet fără el? Cu greu, pentru că beneficiile unor astfel de mașini sunt incomparabil mai mari decât bătăile de cap. Supercalculatoarele binare existente sunt foarte puternice, dar în ciuda performanțelor lor impresionante, este puțin probabil ca acestea să poată rezolva toate problemele pe care oamenii intenționează să le pună în față.

Astăzi, de exemplu, aproximativ 35% din timpul supercalculatorului este cheltuit rezolvând probleme din domeniul chimiei cuantice și al științei materialelor: calcularea comportamentului moleculelor individuale necesită cantități enorme de resurse de calcul (și vorbim doar despre acele probleme pentru care deja știi cum să le rezolvi).

Pe lângă aceasta, există o serie de probleme pe care computerele clasice le vor lua milioane de ani pentru a le rezolva, sau care nu pot fi încă rezolvate deloc, nici măcar teoretic. Deci, pentru a înțelege exact cum va decurge, de exemplu, cutare sau cutare reacție chimică, trebuie să țineți cont de procesele cuantice implicate în ea, iar acest lucru se poate face doar cu ajutorul unui computer cuantic. Dacă are succes, acest lucru le va oferi oamenilor posibilitatea de a studia amănunțit (și, prin urmare, de a repeta) fenomene precum fotosinteza.

De ce sunt computerele cuantice atât de puternice? Principalul lucru care îi deosebește de cei binari clasici este utilizarea qubiților, care, spre deosebire de biți, pot lua simultan două valori: 0 și 1. Această „dualitate” asigură paralelismul calculelor cuantice, deoarece nu mai este necesar să se facă. trece prin toate stările posibile ale sistemului. Un set de doar 30 de qubiți poate forma 2 30 (adică mai mult de un miliard) secvențe binare - acesta este exact numărul de biți necesar pentru a le procesa simultan. Doar o economie cosmică de spațiu, energie și timp!

Pe un computer cuantic cu o putere de 100-200 qubiți, am putea construi simulări precise ale proceselor chimice complexe: cum ar fi, de exemplu, fixarea azotului - conversia azotului conținut în atmosferă în compuși care conțin azot. Această reacție este utilizată pe scară largă pentru a produce amoniac, care este necesar pentru a produce îngrășăminte esențiale pentru hrănirea populației în continuă creștere a lumii. Procesul industrial de producere a amoniacului a rămas practic neschimbat în ultimul secol și este foarte consumator de energie: producția lui necesită între 1% și 3% din rezervele mondiale de gaze naturale. Folosind un computer cuantic suficient de puternic, prin simulare, oamenii de știință ar putea selecta catalizatori mai eficienți care ar ajuta să facă reacția mai puțin consumatoare de energie.

Datorită unui computer cuantic, probleme precum căutarea vieții inteligente în Univers, dezvoltarea de noi metode de transmitere a energiei bazate pe supraconductori, diagnosticarea cancerului în stadii anterioare, modelarea moleculelor de ADN și crearea de substanțe care vor ajuta la curățarea aerului de poluanții nocivi pot fi rezolvat. Puterea mare de calcul a computerelor cuantice poate ajuta serios la crearea de noi medicamente eficiente.

Este încurajator faptul că omenirea se apropie de crearea unui computer cuantic cu drepturi depline - corporațiile globale investesc în acest domeniu de mult timp. În special, sistemele topologice de qubit create la Microsoft au demonstrat deja capacitatea de a menține o stare cuantică pentru o perioadă lungă de timp fără trucuri suplimentare, precum și de a crește până la dimensiunea unui computer cu drepturi depline. Și la sfârșitul anului trecut, compania a introdus un limbaj de programare pentru un computer cuantic.

O idee care părea pură science-fiction acum 30 de ani a devenit acum realitate. Cine știe, poate că în următorul deceniu vom asista la o nouă eră a tehnologiei digitale și un computer cuantic ne va transforma lumea dincolo de recunoaștere, oferind unei persoane oportunități la care înainte nu putea decât să viseze.

Cantitatea de informații din lume crește anual cu 30%. Numai în ultimii cinci ani, umanitatea a fost produs mai multe date decât în ​​toată istoria anterioară. Apar sistemele Internet of Things, în care fiecare senzor trimite și primește cantități uriașe de date în fiecare secundă, iar analiștii prevăd că numărul lucrurilor conectate la Internet va depăși în curând numărul de utilizatori umani. Aceste cantități colosale de informații trebuie stocate undeva și procesate cumva.

Acum există deja supercalculatoare cu o capacitate de peste 50 de petaflops (1 petaflops = 1 mie de trilioane de operații pe secundă). Totuși, mai devreme sau mai târziu vom atinge limita fizică a posibilei puteri a procesoarelor. Desigur, supercalculatoarele vor putea în continuare să crească în dimensiune, dar aceasta nu este o soluție la problemă, deoarece dimensiunea își va atinge în cele din urmă limitele. Potrivit oamenilor de știință, legea lui Moore va înceta în curând să se aplice, iar umanitatea va avea nevoie de dispozitive noi, mult mai puternice și tehnologii de procesare a datelor. Prin urmare, marile companii IT lucrează deja la crearea unui tip de computer revoluționar complet nou, a cărui putere va fi de sute de ori mai mare decât cea pe care o avem astăzi. Acesta este un computer cuantic. Experții promit că, mulțumită acesteia, este posibil să se găsească un remediu pentru cancer, să găsească instantaneu infractorii analizând filmările camerei și să simuleze molecule de ADN. Acum este greu de imaginat ce alte probleme va fi capabil să rezolve.

Microsoft încearcă să fie în fruntea dezvoltării în acest domeniu, studiind-o de douăzeci de ani, pentru că oricine este primul care creează un computer cuantic va primi un avantaj competitiv incontestabil. Mai mult, compania nu numai că lucrează la crearea de hardware, dar a introdus recent și un limbaj de programare pe care dezvoltatorii îl pot folosi. De fapt, foarte puțini oameni se pot lăuda că înțeleg principiile de funcționare ale acestui dispozitiv revoluționar; pentru cei mai mulți dintre noi este ceva din science fiction. Deci ce este el?

Una dintre cele mai importante părți ale unui computer, de care depinde direct puterea sa, este procesorul, care, la rândul său, constă dintr-un număr mare de tranzistori. Tranzistoarele sunt cele mai simple părți ale sistemului, sunt oarecum asemănătoare cu comutatoarele și pot fi doar în două poziții: fie „pornit”, fie „oprit”. Din combinațiile acestor poziții se formează codul binar, format din zerouri și unu, pe care se bazează toate limbajele de programare.

În consecință, cu cât computerul este mai puternic, cu atât sunt necesari mai mulți tranzistori pentru funcționarea acestuia. Producătorii își reduc în mod constant dimensiunea, încercând să încapă cât mai mulți în procesoare. De exemplu, există miliarde în noul Xbox One X.

Acum dimensiunea unui tranzistor este de 10 milimicroni, adică o sută de miimi de milimetru. Dar într-o zi va fi atinsă o limită fizică, mai mică decât tranzistorul pur și simplu nu poate fi realizat. Pentru a evita o criză în dezvoltarea IT, oamenii de știință lucrează la crearea unui computer care va funcționa pe un principiu complet diferit - cuantic. Tranzistoarele care vor alcătui un computer cuantic pot fi în două poziții în același timp: „pornit” și „oprit” și, în consecință, pot fi atât unu, cât și zero simultan, aceasta se numește „superpunere”.

Dacă luăm 4 tranzistori standard (biți), atunci aceștia, lucrând împreună, pot crea 16 combinații diferite de unu și zero. Pe rand.

Dacă luăm în considerare 4 tranzistoare cuantice (qubiți), atunci pot fi toate cele 16 combinații în același timp. Acesta este un economisitor imens de spațiu și timp!

Dar, desigur, crearea de qubiți este foarte, foarte dificilă. Oamenii de știință trebuie să se ocupe de particule subatomice care se supun legile mecanicii cuantice, dezvoltând o abordare complet nouă a programării și limbajului.

Există diferite tipuri de qubiți. Experții Microsoft, de exemplu, lucrează la crearea de qubiți topologici. Sunt incredibil de fragile și ușor distruse de cele mai mici unde sonore sau radiații termice. Pentru o funcționare stabilă, acestea trebuie să fie în mod constant la o temperatură de –273°C. Cu toate acestea, au și o serie de avantaje față de alte tipuri: informațiile stocate în ele sunt practic fără erori și, în consecință, un computer cuantic creat pe baza qubiților topologici va fi un sistem ultra-fiabil.

Calculatorul cuantic al Microsoft este format din trei niveluri principale: primul nivel este computerul cuantic în sine, care conține qubiți și este situat în mod constant la o temperatură apropiată de zero absolut; următorul nivel este un computer criogenic - acesta este, de asemenea, un tip complet nou de computer care controlează cuantica și funcționează la o temperatură de –268°C; ultimul nivel este un computer, la care o persoană poate deja să lucreze și controlează întregul sistem. Astfel de computere vor fi de 100-300 de ori mai puternice decât cele mai avansate supercomputere care există astăzi.

Astăzi, lumea s-a apropiat mai mult ca niciodată de inventarea unui computer cuantic real: există o înțelegere a principiului funcționării acestuia, prototipuri. Iar în momentul în care puterea computerelor convenționale de a procesa toată informația existentă pe Pământ încetează să fie suficientă, va apărea un computer cuantic, marcând o eră complet nouă a tehnologiei digitale.

Astfel de mașini sunt pur și simplu necesare acum în orice domeniu: medicină, aviație, explorarea spațiului. În prezent, computerele sunt dezvoltate pe baza fizicii cuantice și a tehnologiilor de calcul. Elementele de bază ale funcționării unui astfel de dispozitiv de calcul nu sunt încă disponibile pentru utilizatorii obișnuiți și sunt acceptate ca ceva de neînțeles. La urma urmei, nu toată lumea este familiarizată cu proprietățile fotonice ale particulelor elementare și ale atomilor. Pentru a înțelege măcar puțin cum funcționează acest computer, trebuie să cunoașteți și să înțelegeți principiile elementare ale mecanicii cuantice. În cea mai mare parte, acest computer coerent este dezvoltat pentru NASA.

O mașină convențională efectuează operații folosind biți clasici, care pot lua valorile 0 sau 1. Pe de altă parte, o mașină de calcul fotonică folosește biți sau qubiți coerenți. Ele pot prelua valorile 1 și 0 în același timp. Acesta este ceea ce conferă unei astfel de tehnologii de calcul puterea sa superioară de calcul. Există mai multe tipuri de obiecte de calcul care pot fi folosite ca qubiți.

1. Nucleul unui atom.
2. Electron.

Toți electronii au un câmp magnetic, de regulă, arată ca niște magneți mici și această proprietate se numește spin. Dacă le plasați într-un câmp magnetic, se vor adapta la el în același mod în care o face un ac de busolă. Aceasta este poziția cu cea mai scăzută energie, așa că o putem numi zero sau spin scăzut. Dar este posibil să redirecționați electronul către starea „unu” sau spre spinul superior. Dar asta necesită energie. Dacă scoateți sticla de pe busolă, puteți redirecționa săgeata într-o altă direcție, dar aceasta necesită forță.

Există două accesorii: spin low și high, care corespund clasicului 1 și respectiv 0. Dar adevărul este că obiectele fotonice pot fi în două poziții în același timp. Când se măsoară rotirea, va fi fie în sus, fie în jos. Dar înainte de măsurare, electronul va exista într-o așa-numită suprapunere cuantică, în care acești coeficienți indică probabilitatea relativă ca electronul să se afle într-o stare sau alta.

Este destul de dificil de imaginat cum acest lucru oferă mașinilor de coerență puterea lor de calcul incredibilă fără a lua în considerare interacțiunea a doi qubiți. Există acum patru stări posibile pentru acești electroni. Într-un exemplu tipic de doi biți, sunt necesari doar doi biți de informații. Deci doi qubit conțin patru tipuri de informații. Aceasta înseamnă că trebuie să cunoașteți patru numere pentru a cunoaște poziția sistemului. Și dacă faci trei rotiri, obții opt poziții diferite, iar într-o versiune tipică vei avea nevoie de trei biți. Se pare că cantitatea de informații conținute în N qubiți este egală cu 2N biți standard. Funcția exponențială spune că, dacă, de exemplu, există 300 de qubiți, atunci va trebui să creați suprapuneri complicate, în care toți cei 300 de qubiți vor fi interconectați. Apoi obținem 2300 de biți clasici, care este egal cu numărul de particule din întregul univers. Rezultă că este necesar să se creeze o succesiune logică care să facă posibilă obținerea unui rezultat de calcul care poate fi măsurat. Adică format doar din accesorii standard. Se pare că o mașină coerentă nu este un înlocuitor pentru cele convenționale. Ele sunt mai rapide doar în calcule în care este posibil să se utilizeze toate suprapozițiile disponibile. Și dacă doriți doar să vizionați un videoclip de înaltă calitate, să discutați pe internet sau să scrieți un articol pentru serviciu, un computer fotonic nu vă va oferi priorități.

Acest videoclip descrie procesul unui computer cuantic.

În termeni simpli, sistemul coerent este conceput nu pentru viteza de calcul, ci pentru cantitatea necesară pentru a obține rezultate, care vor apărea într-o unitate minimă de timp.

Funcționarea unui computer clasic se bazează pe procesarea informațiilor folosind cipuri și tranzistori de siliciu. Ei folosesc cod binar, care, la rândul său, este format din unu și zero. O mașină coerentă funcționează pe baza suprapunerii. În loc de biți, se folosesc qubiți. Acest lucru vă permite nu numai să faceți rapid, ci și să faceți calcule cât mai precis posibil.

Care va fi cel mai puternic sistem de calcul fotonic? De exemplu, dacă un computer fotonic are un sistem de treizeci de qubiți, atunci puterea sa va fi de 10 trilioane de operații de calcul pe secundă. În prezent, cel mai puternic computer pe doi biți numără un miliard de operațiuni pe secundă.

Un grup mare de oameni de știință din diferite țări a elaborat un plan conform căruia dimensiunile aparatului fotonic vor fi apropiate de dimensiunile unui teren de fotbal. El va fi cel mai puternic din lume. Acesta va fi un fel de structură făcută din module, care este plasată în vid. Interiorul fiecărui modul este câmpuri electrice ionizate. Cu ajutorul lor se vor forma anumite părți ale circuitului care vor efectua acțiuni logice simple. Un exemplu de astfel de tehnologie de calcul fotonic este dezvoltat la Universitatea Sussex din Anglia. Costul estimat este în prezent de peste 130 de milioane de dolari.

În urmă cu zece ani, D-Wave a introdus primul computer coerent din lume, care constă din 16 qubiți. Fiecare qubit constă la rândul său dintr-un cristal de niobiu, care este plasat într-un inductor. Curentul electric furnizat bobinei creează un câmp magnetic. Apoi, schimbă calitatea de membru în care se află qubitul. Folosind o astfel de mașină, puteți afla cu ușurință cum interacționează medicamentele sintetice cu proteinele din sânge.
Sau va fi posibilă identificarea unei boli precum cancerul într-un stadiu mai devreme.

Acest videoclip conține discuții pe tema „De ce are nevoie lumea de un computer cuantic”. Nu uitați să lăsați comentariile, întrebările și doar

Omenirea, la fel ca acum 60 de ani, se află din nou în pragul unei descoperiri majore în domeniul tehnologiei de calcul. Foarte curând, mașinile de calcul de astăzi vor fi înlocuite cu calculatoare cuantice.

Cât de departe a ajuns progresul?

În 1965, Gordon Moore spunea că într-un an numărul de tranzistori care se potrivesc pe un microcip de siliciu se dublează. Acest ritm de progres a încetinit recent, iar dublarea are loc mai rar - o dată la doi ani. Chiar și acest ritm va permite tranzistorilor să atingă dimensiunea unui atom în viitorul apropiat. Urmează o linie care nu poate fi depășită. Din punct de vedere al structurii fizice a tranzistorului, acesta nu poate fi în niciun fel mai mic decât cantitățile atomice. Mărirea dimensiunii cipului nu rezolvă problema. Funcționarea tranzistoarelor este asociată cu eliberarea de energie termică, iar procesoarele au nevoie de un sistem de răcire de înaltă calitate. De asemenea, arhitectura multi-core nu rezolvă problema creșterii ulterioare. Atingerea vârfului în dezvoltarea tehnologiei moderne de procesor se va întâmpla în curând.
Dezvoltatorii au ajuns să înțeleagă această problemă într-un moment în care utilizatorii abia începeau să aibă computere personale. În 1980, unul dintre fondatorii științei informației cuantice, profesorul sovietic Yuri Manin, a formulat ideea calculului cuantic. Un an mai târziu, Richard Feyman a propus primul model de computer cu procesor cuantic. Baza teoretică a cum ar trebui să arate computerele cuantice a fost formulată de Paul Benioff.

Cum funcționează un computer cuantic

Pentru a înțelege cum funcționează noul procesor, trebuie să aveți cel puțin cunoștințe superficiale despre principiile mecanicii cuantice. Nu are rost să dai aici forme și formule matematice. Este suficient ca omul obișnuit să se familiarizeze cu cele trei trăsături distinctive ale mecanicii cuantice:

• Starea sau poziția unei particule este determinată numai cu un anumit grad de probabilitate.
• Dacă o particulă poate avea mai multe stări, atunci se află în toate stările posibile simultan. Acesta este principiul suprapunerii.
• Procesul de măsurare a stării unei particule duce la dispariția suprapunerii. Este caracteristic faptul că cunoștințele despre starea particulei obținute prin măsurare diferă de starea reală a particulei înainte de măsurători.

Din punctul de vedere al bunului-simț - prostie completă. În lumea noastră obișnuită, aceste principii pot fi reprezentate după cum urmează: ușa camerei este închisă și, în același timp, deschisă. Inchis si deschis in acelasi timp.

Aceasta este diferența izbitoare dintre calcule. Un procesor convențional funcționează în cod binar. Biții de computer pot fi într-o singură stare - au o valoare logică de 0 sau 1. Calculatoarele cuantice funcționează cu qubiți, care pot avea o valoare logică de 0, 1, 0 și 1 simultan. Pentru rezolvarea anumitor probleme, aceștia vor avea un avantaj de milioane de dolari față de mașinile de calcul tradiționale. Astăzi există deja zeci de descrieri ale algoritmilor de lucru. Programatorii creează un cod de program special care poate funcționa conform noilor principii de calcul.

Unde va fi folosit noul computer?

O nouă abordare a procesului de calcul vă permite să lucrați cu cantități uriașe de date și să efectuați operații de calcul instantanee. Odată cu apariția primelor computere, unii oameni, inclusiv oficiali guvernamentali, au avut un mare scepticism cu privire la utilizarea lor în economia națională. Există și astăzi oameni care sunt plini de îndoieli cu privire la importanța computerelor dintr-o generație fundamental nouă. Multă vreme, jurnalele tehnice au refuzat să publice articole despre calculul cuantic, considerând acest domeniu un truc obișnuit fraudulos pentru a păcăli investitorii.

O nouă metodă de calcul va crea condițiile preliminare pentru descoperiri științifice grandioase în toate industriile. Medicina va rezolva multe probleme problematice, dintre care destul de multe s-au acumulat recent. Va deveni posibil să se diagnosticheze cancerul într-un stadiu mai devreme al bolii decât acum. Industria chimică va putea sintetiza produse cu proprietăți unice.

O descoperire în astronautică nu va întârzia să apară. Zborurile către alte planete vor deveni la fel de banale ca călătoriile zilnice în jurul orașului. Potențialul inerent în calculul cuantic va transforma cu siguranță planeta noastră dincolo de recunoaștere.

O altă trăsătură distinctivă pe care o au computerele cuantice este capacitatea de calcul cuantic de a găsi rapid codul sau cifrul dorit. Un computer obișnuit efectuează o soluție de optimizare matematică secvenţial, încercând o opțiune după alta. Concurentul cuantic lucrează cu întreaga gamă de date simultan, selectând cele mai potrivite opțiuni la viteza fulgerului într-un timp fără precedent. Tranzacțiile bancare vor fi decriptate într-o clipă, ceea ce este inaccesibil computerelor moderne.

Cu toate acestea, sectorul bancar nu trebuie să-și facă griji - secretul său va fi salvat prin metoda de criptare cuantică cu un paradox de măsurare. Când încercați să deschideți codul, semnalul transmis va fi distorsionat. Informațiile primite nu vor avea niciun sens. Serviciile secrete, pentru care spionajul este o practică obișnuită, sunt interesate de posibilitățile de calcul cuantic.

Dificultăți de proiectare

Dificultatea constă în crearea condițiilor în care un bit cuantic poate rămâne într-o stare de suprapunere la nesfârșit.

Fiecare qubit este un microprocesor care funcționează pe principiile supraconductivității și pe legile mecanicii cuantice.

O serie de condiții unice de mediu sunt create în jurul elementelor microscopice ale unei mașini logice:

• temperatura 0,02 grade Kelvin (-269,98 Celsius);
• sistem de protecție împotriva radiațiilor magnetice și electrice (reduce impactul acestor factori de 50 de mii de ori);
• sistem de eliminare a căldurii și amortizare a vibrațiilor;
• rarefacția aerului este de 100 de miliarde de ori mai mică decât presiunea atmosferică.

O ușoară abatere a mediului face ca qubiții să-și piardă instantaneu starea de suprapunere, ceea ce duce la defecțiuni.

Înainte de restul planetei

Toate cele de mai sus ar putea fi atribuite creativității minții febrile a unui scriitor de povești științifico-fantastice dacă Google, împreună cu NASA, nu ar fi achiziționat anul trecut un computer cuantic D-Wave de la o corporație de cercetare canadiană, al cărei procesor conține 512 qubiți.

Cu ajutorul său, liderul de pe piața tehnologiei informatice va rezolva problemele de învățare automată în sortarea și analizarea unor cantități mari de date.

Snowden, care a părăsit Statele Unite, a făcut și o declarație revelatoare importantă - NSA intenționează, de asemenea, să-și dezvolte propriul computer cuantic.

2014 - începutul erei sistemelor D-Wave

Atletul canadian de succes Geordie Rose, după o înțelegere cu Google și NASA, a început să construiască un procesor de 1000 de qubiți. Viitorul model va depăși primul prototip comercial de cel puțin 300 de mii de ori ca viteză și volum de calcule. Calculatorul cuantic, ilustrat mai jos, este prima versiune comercială din lume a unei tehnologii de calcul fundamental noi.

El a fost îndemnat să se angajeze în dezvoltarea științifică datorită cunoștințelor sale la universitate cu lucrările lui Colin Williams despre calculul cuantic. Trebuie spus că Williams lucrează astăzi la corporația lui Rose ca manager de proiect de afaceri.

Descoperire sau farsă științifică

Rose însuși nu știe pe deplin ce sunt computerele cuantice. În zece ani, echipa sa a trecut de la crearea unui procesor de 2 qubiți la prima creație comercială de astăzi.

De la începutul cercetării sale, Rose a căutat să creeze un procesor cu un număr minim de qubiți de 1 mie. Și cu siguranță trebuia să aibă o opțiune comercială - pentru a vinde și a face bani.

Mulți, cunoscând obsesia și perspicacitatea comercială a lui Rose, încearcă să-l acuze de fals. Se presupune că cel mai obișnuit procesor este trecut drept cuantic. Acest lucru este facilitat și de faptul că noua tehnologie prezintă performanțe fenomenale atunci când se efectuează anumite tipuri de calcule. În rest, se comportă ca un computer complet obișnuit, doar că foarte scump.

Când vor apărea

Nu e mult de așteptat. Un grup de cercetare organizat de cumpărătorii comune ai prototipului va raporta în viitorul apropiat rezultatele cercetării asupra D-Wave.
Poate că vine timpul în care computerele cuantice vor revoluționa înțelegerea noastră asupra lumii din jurul nostru. Și întreaga umanitate în acest moment va atinge un nivel superior al evoluției sale.

Potrivit experților, foarte curând, în 10 ani, microcircuitele din computere vor ajunge la măsurători atomice. Pare logic că vine era computerelor cuantice, cu ajutorul căreia viteza sistemelor de calcul poate crește cu câteva ordine de mărime.

Ideea calculatoarelor cuantice este relativ nouă: în 1981, Paul Benioff a descris pentru prima dată teoretic principiile de funcționare a unei mașini cuantice Turing.

În anii 1930, Alan Turing a descris pentru prima dată un dispozitiv teoretic care a fost bandă nesfârșită împărțită în celule mici. Fiecare celulă poate conține caracterul 1 sau 0 sau rămâne goală.

Dispozitivul de control se deplasează de-a lungul casetei, citind caractere și scriind altele noi. Dintr-un set de astfel de simboluri este compilat un program pe care mașina trebuie să-l execute.

În mașina cuantică Turing propusă de Benioff, principiile de funcționare rămân aceleași, cu diferența că atât banda, cât și dispozitivul de control sunt în stare cuantică.

Aceasta înseamnă că simbolurile de pe bandă pot fi nu numai 0 și 1, ci și suprapuneri ale ambelor numere, adică 0 și 1 în același timp. Astfel, dacă o mașină Turing clasică este capabilă să efectueze un singur calcul la un moment dat, atunci o mașină cuantică efectuează mai multe calcule în paralel.

Calculatoarele de astăzi funcționează pe același principiu ca și mașinile Turing obișnuite - cu biți care se află în una din cele două stări: 0 sau 1. Calculatoarele cuantice nu au astfel de restricții: informațiile din ele sunt criptate în biți cuantici (qubiți), care pot conține suprapunere. a ambelor state.

Lucrează la o parte a computerului cuantic D-Wave

©D-Wave Systems

Sistemele fizice care implementează qubiții pot fi atomi, ioni, fotoni sau electroni care au două stări cuantice. De fapt, dacă faci particule elementare ca purtători de informații, le poți folosi pentru a construi memorie de computer și procesoare de nouă generație.

Datorită suprapunerii qubiților, calculatoarele cuantice sunt concepute în mod inerent pentru a efectua calcule paralele. Acest paralelism, conform fizicianului David Deutsch, permite calculatoarelor cuantice să efectueze milioane de calcule simultan, în timp ce procesoarele moderne lucrează cu unul singur.

Un computer cuantic de 30 de qubiți va avea putere egală cu un supercomputer care operează la 10 teraflopi (trilioane de operații pe secundă). Puterea computerelor desktop moderne este măsurată în doar gigaflopi (miliarde de operații pe secundă).

Un alt fenomen mecanic cuantic important care poate fi implicat în calculatoarele cuantice se numește „încurcare”. Principala problemă cu citirea informațiilor din particulele cuantice este că în timpul procesului de măsurare acestea își pot schimba starea într-un mod complet imprevizibil.

De fapt, dacă citim informații dintr-un qubit în stare de suprapunere, vom obține doar 0 sau 1, dar niciodată ambele numere în același timp. Aceasta înseamnă că, în loc de unul cuantic, vom avea de-a face cu un computer clasic normal.

Pentru a rezolva această problemă, oamenii de știință trebuie să utilizeze măsurători care nu distrug sistemul cuantic. Încurcarea cuantică oferă o soluție potențială.

În fizica cuantică, dacă aplicați o forță externă la doi atomi, aceștia pot fi „încurcați” împreună în așa fel încât unul dintre atomi să aibă proprietățile celuilalt. Acest lucru, la rândul său, va duce la faptul că, de exemplu, atunci când se măsoară spinul unui atom, geamănul său „încurcat” va lua imediat spinul opus.

Această proprietate a particulelor cuantice permite fizicienilor să cunoască valoarea unui qubit fără a-l măsura direct.

Într-o zi, computerele cuantice ar putea înlocui cipurile de siliciu, la fel cum tranzistorii au înlocuit tuburile cu vid. Cu toate acestea, tehnologiile moderne nu permit încă construcția de computere cuantice cu drepturi depline.

Asamblarea procesorului cuantic D-Wave Two

©D-Wave Systems

Cu toate acestea, în fiecare an, cercetătorii anunță noi progrese în tehnologia cuantică și speranța continuă să crească că computerele cuantice le vor putea într-o zi să le depășească pe cele convenționale.

1998

Cercetătorii de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts au reușit pentru prima dată să distribuie un qubit între trei spinuri nucleare în fiecare moleculă de alanină lichidă sau moleculă de tricloretilenă. Această distribuție a făcut posibilă utilizarea „încurcăturii” pentru analiza nedistructivă a informațiilor cuantice.

2000

În martie, oamenii de știință de la Laboratorul Național Los Alamos au anunțat crearea unui computer cuantic de 7 qubiți într-o singură picătură de lichid.

2001

Demonstrarea calculului algoritmului Shor de către specialiști de la IBM și Universitatea Stanford pe un computer cuantic de 7 qubiți.

2005

Institutul de Optică Cuantică și Informații Cuantice de la Universitatea din Innsbruck a fost primul care a creat un qubit (o combinație de 8 qubiți) folosind capcane de ioni.

2007

Compania canadiană D-Wave a demonstrat primul computer cuantic de 16 qubiți capabil să rezolve o serie de probleme și puzzle-uri, cum ar fi Sudoku.

Din 2011, D-Wave a oferit pentru 11 milioane de dolari computerul cuantic D-Wave One cu un chipset de 128 de qubiți care îndeplinește o singură sarcină - optimizare discretă.