Lịch sử của máy tính lượng tử. Máy tính lượng tử - chúng là gì? Nguyên lý hoạt động và hình ảnh của máy tính lượng tử

Ứng viên Khoa học Vật lý và Toán học L. FEDICHKIN (Viện Vật lý và Công nghệ thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nga.

Sử dụng các định luật cơ học lượng tử, có thể tạo ra một loại máy tính mới về cơ bản cho phép giải quyết một số vấn đề mà ngay cả những siêu máy tính hiện đại mạnh nhất cũng không thể tiếp cận được. Tốc độ thực hiện nhiều phép tính phức tạp sẽ tăng mạnh; các tin nhắn được gửi qua đường truyền lượng tử sẽ không thể bị chặn hoặc sao chép. Ngày nay, nguyên mẫu của những chiếc máy tính lượng tử trong tương lai này đã được tạo ra.

Nhà toán học và vật lý học người Mỹ gốc Hungary Johann von Neumann (1903-1957).

Nhà vật lý lý thuyết người Mỹ Richard Phillips Feynman (1918-1988).

Nhà toán học người Mỹ Peter Shor, chuyên gia trong lĩnh vực điện toán lượng tử. Ông đề xuất một thuật toán lượng tử để phân tích nhanh các số lớn.

Bit lượng tử hay qubit. Ví dụ, các trạng thái tương ứng với hướng quay của hạt nhân nguyên tử lên hoặc xuống.

Thanh ghi lượng tử là một chuỗi các bit lượng tử. Cổng lượng tử một hoặc hai qubit thực hiện các phép toán logic trên qubit.

GIỚI THIỆU HOẶC MỘT CHỈ VỀ BẢO VỆ THÔNG TIN

Bạn nghĩ chương trình nào đã bán được nhiều giấy phép nhất trên thế giới? Tôi sẽ không mạo hiểm khẳng định rằng tôi biết câu trả lời đúng, nhưng tôi chắc chắn biết một câu trả lời sai: câu này Không bất kỳ phiên bản nào của Microsoft Windows. Hệ điều hành phổ biến nhất đi trước một sản phẩm khiêm tốn của RSA Data Security, Inc. - một chương trình thực hiện thuật toán mã hóa khóa công khai RSA, được đặt theo tên của các tác giả của nó - các nhà toán học người Mỹ Rivest, Shamir và Adelman.

Thực tế là thuật toán RSA được tích hợp vào hầu hết các hệ điều hành thương mại cũng như nhiều ứng dụng khác được sử dụng trong nhiều thiết bị khác nhau - từ thẻ thông minh đến điện thoại di động. Đặc biệt, nó còn có sẵn trong Microsoft Windows, điều đó có nghĩa là nó chắc chắn phổ biến hơn hệ điều hành phổ biến này. Ví dụ, để phát hiện dấu vết của RSA, trong trình duyệt Internet Explorer (một chương trình xem các trang www trên Internet), chỉ cần mở menu “Trợ giúp”, nhập menu con “Giới thiệu về Internet Explorer” và xem danh sách các sản phẩm đã sử dụng từ các công ty khác. Một trình duyệt phổ biến khác, Netscape Navigator, cũng sử dụng thuật toán RSA. Nhìn chung, khó có công ty nào có tên tuổi hoạt động trong lĩnh vực công nghệ cao lại không mua bản quyền cho chương trình này. Ngày nay, RSA Data Security, Inc. đã bán được hơn 450 triệu giấy phép (!).

Tại sao thuật toán RSA lại quan trọng đến vậy?

Hãy tưởng tượng bạn cần nhanh chóng trao đổi tin nhắn với một người ở xa. Nhờ sự phát triển của Internet, việc trao đổi như vậy ngày nay đã trở nên dễ dàng đối với hầu hết mọi người - bạn chỉ cần có một máy tính có modem hoặc card mạng. Đương nhiên, khi trao đổi thông tin qua mạng, bạn muốn giữ bí mật tin nhắn của mình với người lạ. Tuy nhiên, không thể bảo vệ hoàn toàn đường dây liên lạc dài khỏi bị nghe lén. Điều này có nghĩa là khi tin nhắn được gửi đi, chúng phải được mã hóa và khi nhận được, chúng phải được giải mã. Nhưng làm thế nào bạn và người đối thoại có thể thống nhất được bạn sẽ sử dụng phím nào? Nếu bạn gửi khóa tới mật mã trên cùng một dòng, kẻ tấn công nghe lén có thể dễ dàng chặn nó. Tất nhiên, bạn có thể truyền khóa qua một số đường dây liên lạc khác, chẳng hạn như gửi nó bằng điện tín. Nhưng phương pháp này thường bất tiện và hơn nữa, không phải lúc nào cũng đáng tin cậy: đường dây bên kia cũng có thể bị nghe lén. Sẽ rất tốt nếu bạn và người nhận biết trước rằng bạn sẽ trao đổi mã hóa và do đó đã đưa trước cho nhau khóa. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu, chẳng hạn, bạn muốn gửi một đề nghị thương mại bí mật cho một đối tác kinh doanh tiềm năng hoặc mua một sản phẩm bạn thích trong một cửa hàng trực tuyến mới bằng thẻ tín dụng?

Vào những năm 1970, để giải quyết vấn đề này, các hệ thống mã hóa đã đề xuất sử dụng hai loại khóa cho cùng một thông điệp: công khai (không yêu cầu giữ bí mật) và riêng tư (bí mật tuyệt đối). Khóa chung được sử dụng để mã hóa tin nhắn và khóa riêng được sử dụng để giải mã nó. Bạn gửi cho đối tác của mình một khóa công khai và anh ta sử dụng nó để mã hóa tin nhắn của mình. Tất cả những gì kẻ tấn công đã chặn được khóa công khai có thể làm là mã hóa email của mình bằng khóa đó và chuyển tiếp cho ai đó. Nhưng anh ta sẽ không thể giải mã được thư từ. Bạn, biết khóa riêng (ban đầu nó được lưu trữ bên mình), có thể dễ dàng đọc tin nhắn gửi cho bạn. Để mã hóa tin nhắn trả lời, bạn sẽ sử dụng khóa chung do đối tác của bạn gửi (và anh ta sẽ giữ khóa riêng tương ứng cho mình).

Đây chính xác là sơ đồ mật mã được sử dụng trong thuật toán RSA, phương pháp mã hóa khóa công khai phổ biến nhất. Hơn nữa, để tạo một cặp khóa chung và khóa riêng, giả thuyết quan trọng sau đây được sử dụng. Nếu có hai số lớn (yêu cầu viết hơn một trăm chữ số thập phân) đơn giản các số M và K, thì việc tìm tích của chúng N=MK sẽ không khó (bạn thậm chí không cần phải có máy tính để làm việc này: một người khá cẩn thận và kiên nhẫn sẽ có thể nhân những số như vậy bằng bút và giấy). Nhưng để giải bài toán nghịch đảo, tức là biết số N lớn, hãy phân tích nó thành thừa số nguyên tố M và K (gọi là vấn đề nhân tử hóa) - gần như không thể! Đây chính xác là vấn đề mà kẻ tấn công sẽ gặp phải nếu quyết định “hack” thuật toán RSA và đọc thông tin được mã hóa bằng nó: để tìm ra khóa riêng, biết khóa chung, anh ta sẽ phải tính M hoặc K .

Để kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết về độ phức tạp thực tế của việc phân tích số lớn, các cuộc thi đặc biệt đã và đang được tổ chức. Việc phân tách chỉ một số có 155 chữ số (512 bit) được coi là một bản ghi. Việc tính toán được thực hiện song song trên nhiều máy tính trong bảy tháng vào năm 1999. Nếu nhiệm vụ này được thực hiện trên một máy tính cá nhân hiện đại thì nó sẽ cần khoảng 35 năm sử dụng máy tính! Các tính toán cho thấy rằng thậm chí bằng cách sử dụng một nghìn máy trạm hiện đại và thuật toán điện toán tốt nhất hiện nay, một số có 250 chữ số có thể được phân tích thành thừa số trong khoảng 800 nghìn năm và một số có 1000 chữ số trong 10-25 (!) Năm. (Để so sánh, tuổi của Vũ trụ là ~10 10 năm.)

Do đó, các thuật toán mật mã như RSA, hoạt động trên các khóa đủ dài, được coi là hoàn toàn đáng tin cậy và được sử dụng trong nhiều ứng dụng. Và mọi thứ đều ổn cho đến lúc đó ...cho đến khi máy tính lượng tử xuất hiện.

Hóa ra là bằng cách sử dụng các định luật cơ học lượng tử, có thể chế tạo các máy tính mà vấn đề nhân tử hóa (và nhiều vấn đề khác!) Sẽ không khó khăn. Người ta ước tính rằng một máy tính lượng tử chỉ có khoảng 10 nghìn bit bộ nhớ lượng tử có thể phân tích một số có 1000 chữ số thành thừa số nguyên tố chỉ trong vài giờ!

MỌI VIỆC ĐÃ BẮT ĐẦU THẾ NÀO?

Phải đến giữa những năm 1990, lý thuyết về máy tính lượng tử và điện toán lượng tử mới được xác lập như một lĩnh vực khoa học mới. Như thường lệ với những ý tưởng tuyệt vời, rất khó để xác định chính xác người khởi xướng. Rõ ràng, nhà toán học Hungary J. von Neumann là người đầu tiên thu hút sự chú ý đến khả năng phát triển logic lượng tử. Tuy nhiên, vào thời điểm đó, không chỉ máy tính lượng tử mà cả máy tính cổ điển thông thường vẫn chưa được tạo ra. Và với sự ra đời của thiết bị sau này, những nỗ lực chính của các nhà khoa học chủ yếu nhằm mục đích tìm kiếm và phát triển các phần tử mới cho chúng (bóng bán dẫn, sau đó là mạch tích hợp), chứ không phải tạo ra các thiết bị máy tính khác nhau về cơ bản.

Vào những năm 1960, nhà vật lý người Mỹ R. Landauer, người từng làm việc tại IBM, đã cố gắng thu hút sự chú ý của thế giới khoa học về thực tế là các phép tính luôn là một quá trình vật lý nào đó, có nghĩa là không thể hiểu được giới hạn khả năng tính toán của chúng ta nếu không có chỉ định việc triển khai vật lý tương ứng là gì. Thật không may, vào thời điểm đó, quan điểm thống trị của các nhà khoa học cho rằng tính toán là một loại thủ tục logic trừu tượng cần được nghiên cứu bởi các nhà toán học chứ không phải các nhà vật lý.

Khi máy tính trở nên phổ biến hơn, các nhà khoa học lượng tử đi đến kết luận rằng thực tế không thể tính toán trực tiếp trạng thái của một hệ đang tiến hóa chỉ gồm vài chục hạt tương tác, chẳng hạn như phân tử metan (CH 4). Điều này được giải thích là do để mô tả đầy đủ một hệ thống phức tạp, cần phải lưu giữ trong bộ nhớ máy tính một số lượng biến lớn theo cấp số nhân (về số lượng hạt), cái gọi là biên độ lượng tử. Một tình huống nghịch lý đã nảy sinh: biết phương trình tiến hóa, biết đủ chính xác tất cả khả năng tương tác của các hạt với nhau và trạng thái ban đầu của hệ, gần như không thể tính toán được tương lai của nó, ngay cả khi hệ chỉ bao gồm 30 electron trong giếng thế năng và có sẵn siêu máy tính có RAM, số bit của nó bằng số nguyên tử trong vùng khả kiến của Vũ trụ (!). Đồng thời, để nghiên cứu động lực học của một hệ thống như vậy, bạn chỉ cần thực hiện một thí nghiệm với 30 electron, đặt chúng ở trạng thái ban đầu và thế năng nhất định. Đặc biệt, điều này đã được nhà toán học người Nga Yu. I. Manin lưu ý, người vào năm 1980 đã chỉ ra sự cần thiết phải phát triển lý thuyết về các thiết bị tính toán lượng tử. Vào những năm 1980, vấn đề tương tự đã được nghiên cứu bởi nhà vật lý người Mỹ P. Benev, người đã chỉ ra rõ ràng rằng một hệ lượng tử có thể thực hiện các phép tính, cũng như nhà khoa học người Anh D. Deutsch, người đã phát triển về mặt lý thuyết một máy tính lượng tử phổ quát vượt trội hơn so với nó. đối tác cổ điển.

Người đoạt giải Nobel về vật lý R. Feynman, được nhiều độc giả thường xuyên của Khoa học và Đời sống biết đến, đã thu hút nhiều sự chú ý đến vấn đề phát triển máy tính lượng tử. Nhờ lời kêu gọi có thẩm quyền của ông, số lượng chuyên gia quan tâm đến điện toán lượng tử đã tăng lên gấp nhiều lần.

Tuy nhiên, trong một thời gian dài, người ta vẫn chưa rõ liệu sức mạnh tính toán giả định của máy tính lượng tử có thể được sử dụng để tăng tốc độ giải các bài toán thực tế hay không. Nhưng vào năm 1994, một nhà toán học người Mỹ và nhân viên của Lucent Technologies (Mỹ) P. Shor đã khiến thế giới khoa học choáng váng khi đề xuất một thuật toán lượng tử cho phép phân tích nhanh các số lớn (tầm quan trọng của vấn đề này đã được thảo luận trong phần giới thiệu). So với phương pháp cổ điển tốt nhất được biết đến hiện nay, thuật toán lượng tử của Shor cung cấp khả năng tăng tốc tính toán gấp nhiều lần và số được phân tích càng dài thì tốc độ tăng càng lớn. Thuật toán phân tích nhanh là mối quan tâm thực tế lớn đối với các cơ quan tình báo khác nhau đã tích lũy hàng loạt tin nhắn không được mã hóa.

Năm 1996, đồng nghiệp của Shore tại Lucent Technologies L. Grover đã đề xuất một thuật toán lượng tử để tìm kiếm nhanh trong cơ sở dữ liệu không có thứ tự. (Một ví dụ về cơ sở dữ liệu như vậy là danh bạ điện thoại, trong đó tên các thuê bao không được sắp xếp theo thứ tự bảng chữ cái mà được sắp xếp tùy ý). Nhiệm vụ tìm kiếm, lựa chọn phần tử tối ưu giữa muôn vàn phương án rất thường gặp trong kinh tế, quân sự, các vấn đề kỹ thuật và trong các trò chơi máy tính. Thuật toán của Grover không chỉ cho phép tăng tốc quá trình tìm kiếm mà còn tăng gấp đôi số lượng tham số được tính đến khi chọn mức tối ưu.

Việc tạo ra máy tính lượng tử thực sự bị cản trở bởi vấn đề nghiêm trọng duy nhất - lỗi hoặc nhiễu. Thực tế là mức độ can thiệp tương tự sẽ làm hỏng quá trình tính toán lượng tử mạnh hơn nhiều so với tính toán cổ điển. P. Shor đã vạch ra những cách giải quyết vấn đề này vào năm 1995, phát triển một sơ đồ mã hóa các trạng thái lượng tử và sửa các lỗi trong đó. Thật không may, chủ đề sửa lỗi trong máy tính lượng tử cũng quan trọng vì nó rất phức tạp để đề cập trong bài viết này.

THIẾT BỊ MÁY TÍNH LƯỢNG TỬ

Trước khi cho bạn biết máy tính lượng tử hoạt động như thế nào, chúng ta hãy nhớ lại các đặc điểm chính của hệ lượng tử (xem thêm “Khoa học và Cuộc sống” số 8, 1998; số 12, 2000).

Để hiểu các quy luật của thế giới lượng tử, người ta không nên dựa trực tiếp vào kinh nghiệm hàng ngày. Theo cách thông thường (theo cách hiểu thông thường), các hạt lượng tử chỉ hành xử nếu chúng ta liên tục “nhìn trộm” chúng, hay nói đúng hơn là liên tục đo trạng thái của chúng. Nhưng ngay khi chúng ta “quay đi” (ngưng quan sát), các hạt lượng tử ngay lập tức chuyển từ một trạng thái rất cụ thể sang nhiều dạng khác nhau cùng một lúc. Nghĩa là, một electron (hoặc bất kỳ vật lượng tử nào khác) sẽ nằm một phần ở điểm này, một phần ở điểm khác, một phần ở điểm thứ ba, v.v. Điều này không có nghĩa là nó được chia thành các lát, giống như một quả cam. Khi đó có thể cô lập một cách đáng tin cậy một phần nào đó của electron và đo điện tích hoặc khối lượng của nó. Nhưng kinh nghiệm cho thấy rằng sau khi đo, electron luôn tỏ ra “an toàn và bình yên” tại một điểm duy nhất, mặc dù thực tế là trước đó nó đã có mặt ở hầu hết mọi nơi cùng một lúc. Trạng thái này của electron khi nó cùng lúc ở nhiều điểm trong không gian được gọi là sự chồng chất của các trạng thái lượng tử và thường được mô tả bằng hàm sóng, được nhà vật lý người Đức E. Schrödinger đưa ra vào năm 1926. Mô đun giá trị của hàm sóng tại một điểm bất kỳ, bình phương, xác định xác suất tìm thấy một hạt tại điểm đó tại một thời điểm nhất định. Sau khi đo vị trí của một hạt, hàm sóng của nó dường như co lại (sụp đổ) đến điểm mà hạt được phát hiện, và sau đó bắt đầu lan ra trở lại. Tính chất của hạt lượng tử là ở nhiều trạng thái đồng thời, gọi là song song lượng tử, đã được sử dụng thành công trong tính toán lượng tử.

Bit lượng tử

Tế bào cơ bản của máy tính lượng tử là bit lượng tử, hay gọi tắt là qubit(q-bit). Đây là một hạt lượng tử có hai trạng thái cơ bản, được ký hiệu là 0 và 1 hoặc, theo thông lệ trong cơ học lượng tử, và. Hai giá trị của qubit có thể tương ứng, ví dụ, với trạng thái cơ bản và trạng thái kích thích của nguyên tử, hướng lên và xuống của spin của hạt nhân nguyên tử, hướng của dòng điện trong vòng siêu dẫn, hai vị trí có thể có của electron trong chất bán dẫn, v.v.

đăng ký lượng tử

Thanh ghi lượng tử có cấu trúc gần giống như thanh ghi cổ điển. Đây là một chuỗi bit lượng tử trên đó có thể thực hiện các phép toán logic một và hai bit (tương tự như việc sử dụng các phép toán NOT, 2I-NOT, v.v. trong thanh ghi cổ điển).

Các trạng thái cơ bản của thanh ghi lượng tử được hình thành bởi L qubit bao gồm, giống như trong thanh ghi cổ điển, tất cả các chuỗi có thể có gồm các số 0 và các chuỗi có độ dài L. Tổng cộng có thể có 2 L kết hợp khác nhau. Chúng có thể coi là bản ghi các số ở dạng nhị phân từ 0 đến 2 L -1 và được ký hiệu là. Tuy nhiên, các trạng thái cơ bản này không làm cạn kiệt tất cả các giá trị có thể có của thanh ghi lượng tử (không giống như trạng thái cổ điển), vì cũng có các trạng thái chồng chất được xác định bởi các biên độ phức tạp liên quan đến điều kiện chuẩn hóa. Đơn giản là không tồn tại một chất tương tự cổ điển cho hầu hết các giá trị có thể có của thanh ghi lượng tử (ngoại trừ những giá trị cơ bản). Các trạng thái của một thanh ghi cổ điển chỉ là cái bóng đáng thương của toàn bộ các trạng thái phong phú của một máy tính lượng tử.

Hãy tưởng tượng rằng một tác động bên ngoài được áp dụng cho thanh ghi, ví dụ, các xung điện được áp dụng cho một phần của không gian hoặc các chùm tia laser được định hướng. Nếu là thanh ghi cổ điển, xung có thể được coi là một phép tính sẽ làm thay đổi L biến. Nếu đây là một thanh ghi lượng tử thì xung tương tự có thể đồng thời chuyển đổi thành các biến. Do đó, về nguyên tắc, một thanh ghi lượng tử có khả năng xử lý thông tin nhanh hơn nhiều lần so với thanh ghi cổ điển của nó. Từ đây có thể thấy ngay rằng các thanh ghi lượng tử nhỏ (L<20) могут служить лишь для демонстрации отдельных узлов и принципов работы квантового компьютера, но не принесут большой практической пользы, так как не сумеют обогнать современные ЭВМ, а стоить будут заведомо дороже. В действительности квантовое ускорение обычно значительно меньше, чем приведенная грубая оценка сверху (это связано со сложностью получения большого количества амплитуд и считывания результата), поэтому практически полезный квантовый компьютер должен содержать тысячи кубитов. Но, с другой стороны, понятно, что для достижения действительного ускорения вычислений нет необходимости собирать миллионы квантовых битов. Компьютер с памятью, измеряемой всего лишь в килокубитах, будет в некоторых задачах несоизмеримо быстрее, чем классический суперкомпьютер с терабайтами памяти.

Tuy nhiên, điều đáng chú ý là có một loại bài toán mà thuật toán lượng tử không mang lại khả năng tăng tốc đáng kể so với các thuật toán cổ điển. Một trong những người đầu tiên chỉ ra điều này là nhà toán học người Nga Yu Ozhigov, người đã xây dựng một số ví dụ về thuật toán mà về nguyên tắc, không thể tăng tốc bằng một chu kỳ đồng hồ trên máy tính lượng tử.

Tuy nhiên, không còn nghi ngờ gì nữa rằng máy tính hoạt động theo các định luật cơ học lượng tử là một giai đoạn mới và mang tính quyết định trong quá trình phát triển của hệ thống máy tính. Tất cả những gì còn lại là xây dựng chúng.

MÁY TÍNH LƯỢNG TỬ HIỆN NAY

Nguyên mẫu của máy tính lượng tử đã tồn tại ngày nay. Đúng, cho đến nay về mặt thực nghiệm người ta chỉ có thể lắp ráp các thanh ghi nhỏ chỉ bao gồm một vài bit lượng tử. Vì vậy, mới đây một nhóm do nhà vật lý người Mỹ I. Chang (IBM) dẫn đầu đã công bố việc lắp ráp một máy tính lượng tử 5 bit. Không còn nghi ngờ gì nữa, đây là một thành công lớn. Thật không may, các hệ lượng tử hiện tại vẫn chưa có khả năng cung cấp các tính toán đáng tin cậy, vì chúng được kiểm soát kém hoặc rất dễ bị nhiễu. Tuy nhiên, không có hạn chế vật lý nào trong việc xây dựng một máy tính lượng tử hiệu quả; chỉ cần vượt qua những khó khăn về công nghệ.

Có một số ý tưởng và đề xuất về cách tạo ra các bit lượng tử đáng tin cậy và dễ điều khiển.

I. Chang phát triển ý tưởng sử dụng spin của hạt nhân của một số phân tử hữu cơ làm qubit.

Nhà nghiên cứu người Nga M.V. Feigelman, làm việc tại Viện Vật lý lý thuyết mang tên. L.D. Landau RAS, đề xuất lắp ráp các thanh ghi lượng tử từ các vòng siêu dẫn thu nhỏ. Mỗi vòng đóng vai trò là một qubit và trạng thái 0 và 1 tương ứng với hướng của dòng điện trong vòng - theo chiều kim đồng hồ và ngược chiều kim đồng hồ. Những qubit như vậy có thể được chuyển đổi bằng từ trường.

Tại Viện Vật lý và Công nghệ thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nga, một nhóm do Viện sĩ K. A. Valiev dẫn đầu đã đề xuất hai phương án đặt qubit trong cấu trúc bán dẫn. Trong trường hợp đầu tiên, vai trò của qubit được thực hiện bởi một electron trong hệ thống gồm hai giếng thế được tạo ra bởi điện áp đặt vào các điện cực mini trên bề mặt chất bán dẫn. Trạng thái 0 và 1 là vị trí của electron trong một trong các giếng này. Qubit được chuyển đổi bằng cách thay đổi điện áp trên một trong các điện cực. Trong một phiên bản khác, qubit là hạt nhân của nguyên tử phốt pho được nhúng vào một điểm nhất định của chất bán dẫn. Trạng thái 0 và 1 - hướng quay của hạt nhân dọc theo hoặc ngược chiều với từ trường bên ngoài. Việc điều khiển được thực hiện bằng cách sử dụng tác động kết hợp của các xung từ có tần số cộng hưởng và xung điện áp.

Do đó, nghiên cứu đang được tiến hành tích cực và có thể giả định rằng trong tương lai rất gần - trong khoảng mười năm - một máy tính lượng tử hiệu quả sẽ được tạo ra.

NHÌN VÀO TƯƠNG LAI

Như vậy, rất có thể trong tương lai, máy tính lượng tử sẽ được chế tạo bằng phương pháp công nghệ vi điện tử truyền thống và chứa nhiều điện cực điều khiển, gợi nhớ đến một bộ vi xử lý hiện đại. Để giảm độ ồn, yếu tố quan trọng đối với hoạt động bình thường của máy tính lượng tử, các mô hình đầu tiên rõ ràng sẽ phải được làm mát bằng helium lỏng. Có khả năng những chiếc máy tính lượng tử đầu tiên sẽ là những thiết bị cồng kềnh và đắt tiền, không thể đặt vừa trên bàn làm việc và được bảo trì bởi một đội ngũ lớn gồm các lập trình viên hệ thống và người điều chỉnh phần cứng mặc áo khoác trắng. Đầu tiên, chỉ các cơ quan chính phủ mới có quyền truy cập vào chúng, sau đó là các tổ chức thương mại giàu có. Nhưng kỷ nguyên của máy tính thông thường cũng bắt đầu theo cách tương tự.

Điều gì sẽ xảy ra với máy tính cổ điển? Liệu họ có chết đi không? Khắc nghiệt. Cả máy tính cổ điển và lượng tử đều có lĩnh vực ứng dụng riêng. Mặc dù, rất có thể, tỷ trọng thị trường sẽ dần chuyển sang hướng sau.

Sự ra đời của máy tính lượng tử sẽ không dẫn đến việc giải quyết các vấn đề cổ điển về cơ bản không thể giải được mà chỉ tăng tốc độ một số phép tính. Ngoài ra, giao tiếp lượng tử sẽ trở nên khả thi - việc truyền qubit qua khoảng cách xa, điều này sẽ dẫn đến sự xuất hiện của một loại Internet lượng tử. Truyền thông lượng tử sẽ giúp cung cấp kết nối an toàn (theo định luật cơ học lượng tử) giữa mọi người với nhau mà không bị nghe lén. Thông tin của bạn được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu lượng tử sẽ được bảo vệ khỏi bị sao chép một cách đáng tin cậy hơn hiện tại. Các công ty sản xuất chương trình cho máy tính lượng tử sẽ có thể bảo vệ chúng khỏi mọi hành vi sao chép, kể cả bất hợp pháp.

Để hiểu sâu hơn về chủ đề này, bạn có thể đọc bài viết đánh giá của E. Riffel và V. Polak, “Cơ bản về tính toán lượng tử,” đăng trên tạp chí Nga “Máy tính lượng tử và tính toán lượng tử” (số 1, 2000). (Nhân tiện, đây là tạp chí đầu tiên và duy nhất trên thế giới dành riêng cho điện toán lượng tử. Thông tin bổ sung về nó có thể được tìm thấy trên Internet tại http://rcd.ru/qc.). Khi đã thành thạo công việc này, bạn sẽ có thể đọc các bài báo khoa học về điện toán lượng tử.

Sẽ cần phải chuẩn bị toán học sơ bộ hơn một chút khi đọc cuốn sách “Tính toán cổ điển và lượng tử” của A. Kitaev, A. Shen, M. Vyaly (Moscow: MTsNMO-CheRo, 1999).

Một số khía cạnh cơ bản của cơ học lượng tử, cần thiết để thực hiện các phép tính lượng tử, được thảo luận trong cuốn sách của V. V. Belokurov, O. D. Timofeevskaya, O. A. Khrustalev “Dịch chuyển tức thời lượng tử - một phép lạ thông thường” (Izhevsk: RHD, 2000).

Nhà xuất bản RCD đang chuẩn bị xuất bản bản dịch bài đánh giá của A. Steen về máy tính lượng tử dưới dạng một cuốn sách riêng.

Các tài liệu sau đây sẽ hữu ích không chỉ về mặt giáo dục mà còn về mặt lịch sử:

1) Yu. I. Manin. Tính toán được và không thể tính toán được.

M.: Sov. đài phát thanh, 1980

2) J. von Neumann. Cơ sở toán học của cơ học lượng tử.

M.: Nauka, 1964.

3) R. Feynman. Mô phỏng vật lý trên máy tính // Máy tính lượng tử và điện toán lượng tử:

Đã ngồi. gồm 2 tập - Izhevsk: RHD, 1999. T. 2, tr. 96-123.

4) R. Feynman. Máy tính cơ học lượng tử

// Như trên., tr. 123.-156.

Xem vấn đề cùng chủ đề

Tuần trước có tin Google đã đạt được bước đột phá trong việc phát triển máy tính lượng tử -
công ty hiểu một chiếc máy tính như vậy sẽ đối phó như thế nào
với những sai lầm của chính bạn. Máy tính lượng tử đã được nhắc đến trong nhiều năm: ví dụ như nó xuất hiện trên trang bìa tạp chí Time. Nếu những chiếc máy tính như vậy xuất hiện, đó sẽ là một bước đột phá tương tự như sự xuất hiện của những chiếc máy tính cổ điển - hoặc thậm chí còn nghiêm trọng hơn. Look At Me giải thích tại sao máy tính lượng tử lại tuyệt vời và chính xác những gì Google đã làm.

Máy tính lượng tử là gì?

Máy tính lượng tử là một cơ chế giao thoa giữa khoa học máy tính và vật lý lượng tử, nhánh phức tạp nhất của vật lý lý thuyết. Richard Feynman, một trong những nhà vật lý vĩ đại nhất thế kỷ 20, từng nói: “Nếu bạn nghĩ rằng bạn hiểu vật lý lượng tử thì bạn không hiểu nó”. Vì vậy, xin lưu ý rằng những giải thích sau đây được đơn giản hóa một cách đáng kinh ngạc. Người ta dành nhiều năm cố gắng tìm hiểu vật lý lượng tử.

Vật lý lượng tử đề cập đến các hạt cơ bản nhỏ hơn nguyên tử. Cách các hạt này được cấu trúc và cách chúng hành xử mâu thuẫn với nhiều ý tưởng của chúng ta về Vũ trụ. Một hạt lượng tử có thể ở nhiều nơi cùng lúc - và ở nhiều trạng thái cùng một lúc. Hãy tưởng tượng rằng bạn tung một đồng xu: khi nó ở trên không, bạn không thể biết liệu nó sẽ ngửa hay sấp; Đồng xu này giống như đầu và đuôi cùng một lúc. Đây đại khái là cách các hạt lượng tử hành xử. Đây được gọi là nguyên tắc chồng chất.

Máy tính lượng tử vẫn là một thiết bị giả định sẽ sử dụng nguyên lý chồng chất (và các tính chất lượng tử khác)
cho các tính toán. Một máy tính thông thường hoạt động bằng cách sử dụng bóng bán dẫn,
những người coi bất kỳ thông tin nào là số không và số một. Mã nhị phân có thể mô tả toàn bộ thế giới - và giải quyết mọi vấn đề trong đó. Chất tương tự lượng tử của một bit cổ điển được gọi là cubit. (qubit, qu - từ chữ lượng tử, lượng tử). Sử dụng nguyên lý xếp chồng, một cubit có thể đồng thời được
ở trạng thái 0 và 1 - và điều này không chỉ tăng sức mạnh đáng kể so với máy tính truyền thống mà còn cho phép bạn giải quyết các sự cố không mong muốn,
mà máy tính thông thường không thể làm được.

Nguyên lý chồng chất là điều duy nhất
Máy tính lượng tử sẽ dựa trên cái gì?

KHÔNG. Do máy tính lượng tử chỉ tồn tại trên lý thuyết nên các nhà khoa học vẫn chỉ đang suy đoán xem chúng sẽ hoạt động chính xác như thế nào. Ví dụ, người ta tin rằng máy tính lượng tử cũng sẽ sử dụng sự vướng víu lượng tử.
Đây là hiện tượng mà Albert Einstein gọi là "điều kỳ lạ" ( nói chung ông phản đối thuyết lượng tử vì nó không phù hợp với thuyết tương đối của ông). Ý nghĩa của hiện tượng này là hai hạt trong Vũ trụ có thể liên kết với nhau và ngược lại: giả sử, nếu độ xoắn
(có một đặc điểm trạng thái như vậy của các hạt cơ bản, chúng ta sẽ không đi sâu vào chi tiết) hạt thứ nhất dương thì độ xoắn của hạt thứ hai sẽ luôn âm và ngược lại. Hiện tượng này được gọi là “đáng sợ” vì hai lý do. Thứ nhất, kết nối này hoạt động ngay lập tức, nhanh hơn tốc độ ánh sáng. Thứ hai, các hạt vướng víu có thể nằm ở bất kỳ khoảng cách nào với nhau.
với nhau: ví dụ như ở hai đầu khác nhau của Dải Ngân hà.

Làm thế nào một máy tính lượng tử có thể được sử dụng?

Các nhà khoa học đang tìm kiếm ứng dụng cho máy tính lượng tử, đồng thời tìm cách chế tạo chúng. Điều quan trọng là máy tính lượng tử sẽ có thể tối ưu hóa thông tin rất nhanh và thường hoạt động với lượng dữ liệu lớn mà chúng ta tích lũy nhưng chưa hiểu cách sử dụng.

Hãy tưởng tượng tùy chọn này (tất nhiên là rất đơn giản): Bạn chuẩn bị bắn cung vào một mục tiêu và bạn cần tính toán độ cao để nhắm bắn. Giả sử bạn cần tính chiều cao từ 0 đến 100 cm. Một máy tính thông thường sẽ lần lượt tính toán từng quỹ đạo: đầu tiên là 0 cm, sau đó là 1 cm, sau đó là 2 cm, v.v. Máy tính lượng tử sẽ tính toán tất cả các tùy chọn cùng lúc - và ngay lập tức tạo ra tùy chọn cho phép bạn bắn trúng mục tiêu. Bằng cách này bạn có thể tối ưu hóa nhiều quy trình:
từ y học (nói, để chẩn đoán ung thư sớm hơn) trước hàng không (ví dụ: tạo các chế độ lái tự động phức tạp hơn).

Ngoài ra còn có một phiên bản mà một chiếc máy tính như vậy sẽ có thể giải quyết các vấn đề mà một chiếc máy tính thông thường đơn giản là không có khả năng giải quyết được - hoặc phải mất hàng nghìn năm tính toán. Một máy tính lượng tử sẽ có thể hoạt động với các mô phỏng phức tạp nhất: ví dụ: tính toán xem có sinh vật thông minh nào trong Vũ trụ ngoài con người hay không. Có thể việc tạo ra máy tính lượng tử sẽ dẫn tới
đến sự xuất hiện của trí tuệ nhân tạo. Hãy tưởng tượng sự ra đời của máy tính thông thường đã gây ra điều gì cho thế giới của chúng ta - máy tính lượng tử có thể mang lại bước đột phá tương tự.

Ai đang phát triển máy tính lượng tử?

Tất cả. Chính phủ, quân đội, công ty công nghệ. Việc tạo ra một máy tính lượng tử sẽ mang lại lợi ích cho hầu hết mọi người. Ví dụ, trong số các tài liệu do Edward Snowden công bố, có thông tin cho biết NSA có một dự án tên là “Xâm nhập các mục tiêu phức tạp”, bao gồm việc tạo ra một máy tính lượng tử để mã hóa thông tin. Microsoft tham gia nghiêm túc vào máy tính lượng tử - họ bắt đầu nghiên cứu đầu tiên trong lĩnh vực này vào năm 2007. IBM đang phát triển và vài năm trước đã thông báo rằng họ đã tạo ra một con chip có ba qubit. Cuối cùng, Google và NASA đang hợp tác
với công ty D-Wave, công ty cho biết họ đã sản xuất
"bộ xử lý lượng tử thương mại đầu tiên" (hay đúng hơn là cái thứ hai, bây giờ mô hình của họ được gọi là D-Wave Two), nhưng nó chưa hoạt động giống lượng tử -
Hãy để chúng tôi nhắc nhở bạn rằng chúng không tồn tại.

Chúng ta đã tiến gần tới mức nào để tạo ra
Máy tính lượng tử?

Không ai có thể nói chắc chắn. Tin tức về đột phá công nghệ (như tin tức gần đây về Google) xuất hiện liên tục, nhưng chúng ta có thể ở rất xa
từ một máy tính lượng tử chính thức và rất gần với nó. Giả sử có những nghiên cứu cho thấy rằng chỉ cần tạo ra một chiếc máy tính là đủ
với vài trăm cubit để nó hoạt động như một máy tính lượng tử chính thức. D-Wave tuyên bố đã tạo ra bộ xử lý 84 qubit -
nhưng những nhà phê bình đã phân tích bộ xử lý của họ nói rằng nó hoạt động,
giống như một chiếc máy tính cổ điển, không giống như một chiếc máy tính lượng tử. Google cộng tác
với D-Wave, họ tin rằng bộ xử lý của họ chỉ đang ở giai đoạn phát triển ban đầu và cuối cùng sẽ hoạt động giống như một bộ xử lý lượng tử. Dù sao bây giờ
Máy tính lượng tử có một vấn đề chính - lỗi. Bất kỳ máy tính nào cũng mắc lỗi, nhưng máy tính cổ điển có thể dễ dàng xử lý chúng - nhưng máy tính lượng tử thì chưa. Một khi các nhà nghiên cứu tìm ra lỗi, sự ra đời của máy tính lượng tử sẽ chỉ còn vài năm nữa.

Điều gì gây khó khăn cho việc sửa lỗi?
trong máy tính lượng tử?

Để đơn giản hóa, lỗi trong máy tính lượng tử có thể được chia thành hai cấp độ. Đầu tiên là những sai lầm mà bất kỳ chiếc máy tính nào cũng mắc phải, kể cả những chiếc máy tính cổ điển. Lỗi có thể xuất hiện trong bộ nhớ của máy tính khi 0 vô tình thay đổi thành 1 do tiếng ồn bên ngoài - ví dụ: tia vũ trụ hoặc bức xạ. Những lỗi này rất dễ giải quyết; tất cả dữ liệu đều được kiểm tra những thay đổi đó. Và Google vừa mới giải quyết vấn đề này trong máy tính lượng tử: họ đã ổn định chuỗi chín qubit
và cứu cô ấy khỏi những sai lầm. Tuy nhiên, có một điều cần lưu ý đối với bước đột phá này: Google đã xử lý các lỗi kinh điển trong điện toán cổ điển. Có một mức độ lỗi thứ hai trong máy tính lượng tử và nó khó hiểu và khó giải thích hơn nhiều.

Cubit cực kỳ không ổn định, chúng có thể bị mất kết hợp lượng tử - đây là sự gián đoạn giao tiếp trong hệ lượng tử dưới tác động của môi trường. Bộ xử lý lượng tử phải được cách ly càng nhiều càng tốt khỏi những ảnh hưởng của môi trường (mặc dù sự mất mạch lạc đôi khi xảy ra do các quá trình nội bộ)để hạn chế sai sót ở mức tối thiểu. Đồng thời, các lỗi lượng tử không thể được loại bỏ hoàn toàn nhưng nếu chúng được làm ở mức độ đủ hiếm thì máy tính lượng tử có thể hoạt động được. Đồng thời, một số nhà nghiên cứu tin rằng 99% sức mạnh của một chiếc máy tính như vậy sẽ được chuyển hướng
để loại bỏ lỗi, nhưng 1% còn lại cũng đủ để giải quyết mọi vấn đề.
Theo nhà vật lý Scott Aaronson, thành tựu của Google có thể coi là thành tựu thứ ba
với một nửa trong số bảy bước cần thiết để tạo ra một máy tính lượng tử - nói cách khác, chúng ta đã đi được nửa chặng đường.

Ngày 29 tháng 1 năm 2017

Đối với tôi, cụm từ “máy tính lượng tử” có thể so sánh với “động cơ photon”, tức là nó là một thứ gì đó rất phức tạp và tuyệt vời. Tuy nhiên, hiện tại tôi đang đọc tin tức: “một chiếc máy tính lượng tử đang được bán cho bất kỳ ai muốn có nó”. Thật kỳ lạ, cách diễn đạt này bây giờ họ có ý gì khác hay chỉ là giả tạo?

Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn ...

MỌI VIỆC ĐÃ BẮT ĐẦU THẾ NÀO?

Khi máy tính trở nên phổ biến hơn, các nhà khoa học lượng tử đi đến kết luận rằng thực tế không thể tính toán trực tiếp trạng thái của một hệ thống đang tiến hóa chỉ bao gồm vài chục hạt tương tác, chẳng hạn như phân tử metan (CH4). Điều này được giải thích là do để mô tả đầy đủ một hệ thống phức tạp, cần phải lưu giữ trong bộ nhớ máy tính một số lượng biến lớn theo cấp số nhân (về số lượng hạt), cái gọi là biên độ lượng tử. Một tình huống nghịch lý đã nảy sinh: biết phương trình tiến hóa, biết đủ chính xác tất cả khả năng tương tác của các hạt với nhau và trạng thái ban đầu của hệ, gần như không thể tính toán được tương lai của nó, ngay cả khi hệ chỉ bao gồm 30 electron trong giếng thế năng và có sẵn siêu máy tính có RAM, số bit của nó bằng số nguyên tử trong vùng khả kiến của Vũ trụ (!). Đồng thời, để nghiên cứu động lực học của một hệ thống như vậy, bạn chỉ cần thực hiện một thí nghiệm với 30 electron, đặt chúng ở trạng thái ban đầu và thế năng nhất định. Đặc biệt, điều này đã được nhà toán học người Nga Yu. I. Manin lưu ý, người vào năm 1980 đã chỉ ra sự cần thiết phải phát triển lý thuyết về các thiết bị tính toán lượng tử. Vào những năm 1980, vấn đề tương tự đã được nghiên cứu bởi nhà vật lý người Mỹ P. Benev, người đã chỉ ra rõ ràng rằng một hệ lượng tử có thể thực hiện các phép tính, cũng như nhà khoa học người Anh D. Deutsch, người đã phát triển về mặt lý thuyết một máy tính lượng tử phổ quát vượt trội hơn so với nó. đối tác cổ điển.

Người đoạt giải Nobel vật lý R. Feynman đã thu hút nhiều sự chú ý đến vấn đề phát triển máy tính lượng tử. Nhờ lời kêu gọi có thẩm quyền của ông, số lượng chuyên gia quan tâm đến điện toán lượng tử đã tăng lên gấp nhiều lần.

Cơ sở của thuật toán Shor: khả năng lưu trữ nhiều giá trị của qubit cùng một lúc)

Nói một cách đơn giản: " một hệ lượng tử tạo ra một kết quả chỉ đúng với một xác suất nào đó. Nói cách khác, nếu bạn đếm 2+2 thì 4 sẽ chỉ có độ chính xác ở một mức độ nào đó. Bạn sẽ không bao giờ có được chính xác 4. Logic của bộ xử lý của nó hoàn toàn không giống với bộ xử lý mà chúng ta quen thuộc.

Có những phương pháp để tính toán kết quả với độ chính xác định trước, tất nhiên là với thời gian sử dụng máy tính tăng lên.
Tính năng này xác định danh sách các nhiệm vụ. Và tính năng này không được quảng cáo, và công chúng có ấn tượng rằng máy tính lượng tử cũng giống như PC thông thường (cùng 0 và 1), chỉ nhanh và đắt tiền. Điều này về cơ bản là không đúng sự thật.

Đúng, và một điều nữa - đối với máy tính lượng tử và điện toán lượng tử nói chung, đặc biệt là để sử dụng “sức mạnh và tốc độ” của điện toán lượng tử, cần có các thuật toán và mô hình đặc biệt được phát triển riêng cho các đặc thù của điện toán lượng tử. Do đó, khó khăn khi sử dụng máy tính lượng tử không chỉ nằm ở sự sẵn có của phần cứng mà còn ở việc phát triển các phương pháp tính toán mới, cho đến nay vẫn chưa được sử dụng. "

Và bây giờ chúng ta hãy chuyển sang phần triển khai thực tế của máy tính lượng tử: bộ xử lý D-Wave 512 qubit thương mại đã tồn tại được một thời gian và thậm chí đã được bán!!!

Bây giờ, có vẻ như đây là một bước đột phá thực sự!!! Và một nhóm các nhà khoa học danh tiếng trên tạp chí Physical Review cũng có uy tín không kém đã chứng minh một cách thuyết phục rằng các hiệu ứng vướng víu lượng tử quả thực đã được phát hiện trong D-Wave.

Theo đó, thiết bị này hoàn toàn có quyền được gọi là một máy tính lượng tử thực sự; kiến trúc của nó cho phép tăng thêm số lượng qubit, và do đó, có triển vọng tuyệt vời cho tương lai... (T. Lanting et al. Entanglement in một Bộ xử lý ủ lượng tử. ĐÁNH GIÁ VẬT LÝ X 4, 021041 (2014) (http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevX.4.021041))

Đúng vậy, một thời gian sau, một nhóm các nhà khoa học danh tiếng khác trên tạp chí Science không kém phần uy tín, những người đã nghiên cứu về hệ thống máy tính D-Wave tương tự, đã đánh giá nó hoàn toàn thực tế: thiết bị này thực hiện các chức năng tính toán của nó tốt như thế nào. Và nhóm các nhà khoa học này, cũng kỹ lưỡng và thuyết phục như nhóm đầu tiên, chứng minh rằng trong các thử nghiệm xác minh thực tế phù hợp tối ưu cho thiết kế này, máy tính lượng tử D-Wave không mang lại bất kỳ mức tăng tốc độ nào so với các máy tính cổ điển, thông thường. (T.F. Ronnow, M. Troyer và cộng sự. Xác định và phát hiện sự tăng tốc lượng tử. KHOA HỌC, tháng 6 năm 2014 Tập 344 #6190 (http://dx.doi.org/10.1126/science.1252319))

Trên thực tế, không có nhiệm vụ nào dành cho “cỗ máy của tương lai” đắt tiền nhưng chuyên dụng để nó có thể chứng minh tính ưu việt lượng tử của mình. Nói cách khác, ý nghĩa thực sự của những nỗ lực tốn kém để tạo ra một thiết bị như vậy đang bị nghi ngờ rất nhiều...
Kết quả như sau: giờ đây trong cộng đồng khoa học không còn nghi ngờ gì nữa rằng trong bộ xử lý máy tính D-Wave, hoạt động của các phần tử thực sự xảy ra trên cơ sở các hiệu ứng lượng tử thực sự giữa các qubit.

Nhưng (và đây là một NHƯNG cực kỳ nghiêm trọng), các tính năng chính trong thiết kế của bộ xử lý D-Wave là trong quá trình hoạt động thực tế, tất cả vật lý lượng tử của nó không mang lại bất kỳ lợi ích nào so với một máy tính mạnh mẽ thông thường có phần mềm đặc biệt được thiết kế riêng. để giải các bài toán tối ưu.

Nói một cách đơn giản, cho đến nay, không chỉ các nhà khoa học đang thử nghiệm D-Wave không thể nhìn thấy một vấn đề trong thế giới thực mà máy tính lượng tử có thể chứng minh một cách thuyết phục tính ưu việt về mặt tính toán của nó, mà ngay cả bản thân công ty sản xuất cũng không biết vấn đề đó có thể là gì. ..

Đó là tất cả về các tính năng thiết kế của bộ xử lý D-Wave 512 qubit, được tập hợp từ các nhóm 8 qubit. Đồng thời, trong các nhóm 8 qubit này, tất cả chúng đều giao tiếp trực tiếp với nhau, nhưng giữa các nhóm này kết nối rất yếu (lý tưởng nhất là TẤT CẢ các qubit của bộ xử lý nên giao tiếp trực tiếp với nhau). Tất nhiên, điều này RẤT làm giảm đáng kể độ phức tạp của việc xây dựng bộ xử lý lượng tử... NHƯNG, điều này làm nảy sinh rất nhiều vấn đề khác mà cuối cùng dẫn đến thiết bị đông lạnh, vận hành rất tốn kém, làm mát mạch ở mức cực thấp nhiệt độ.

Vậy bây giờ họ đang cung cấp cho chúng ta những gì?

Công ty D-Wave của Canada đã thông báo bắt đầu bán máy tính lượng tử D-Wave 2000Q, được công bố vào tháng 9 năm ngoái. Tuân theo phiên bản Định luật Moore của riêng mình, theo đó số lượng bóng bán dẫn trên một mạch tích hợp tăng gấp đôi cứ sau hai năm, D-Wave đã đặt 2.048 qubit trên QPU (bộ xử lý lượng tử). Động lực tăng trưởng số lượng qubit trên CPU trong những năm gần đây trông như thế này:

2007 — 28
…
— 2013 — 512
— 2014 — 1024
— 2016 — 2048.

Hơn nữa, không giống như bộ xử lý, CPU và GPU truyền thống, việc tăng gấp đôi qubit không đi kèm với hiệu suất tăng gấp 2 lần mà là hiệu suất tăng gấp 1000 lần. So với một máy tính có kiến trúc và cấu hình truyền thống gồm CPU lõi đơn và GPU 2500 lõi, hiệu năng chênh lệch từ 1.000 đến 10.000 lần. Tất cả những con số này chắc chắn rất ấn tượng, nhưng vẫn có một vài chữ “nhưng”.

Thứ nhất, D-Wave 2000Q cực kỳ đắt tiền - 15 triệu USD. Đây là một thiết bị khá đồ sộ và phức tạp. Bộ não của nó là một CPU làm từ kim loại màu gọi là niobium, có đặc tính siêu dẫn (cần thiết cho máy tính lượng tử) xảy ra trong chân không ở nhiệt độ gần bằng 0 tuyệt đối dưới 15 milikelvin (thấp hơn 180 lần so với nhiệt độ ngoài vũ trụ).

Duy trì nhiệt độ cực thấp như vậy đòi hỏi rất nhiều năng lượng, 25 kW. Tuy nhiên, theo nhà sản xuất, con số này kém hơn 100 lần so với các siêu máy tính truyền thống có hiệu suất tương đương. Vì vậy hiệu suất của D-Wave 2000Q trên mỗi watt điện năng tiêu thụ cao hơn 100 lần. Nếu công ty cố gắng tiếp tục tuân theo “Định luật Moore” thì trong các máy tính tương lai của họ, sự khác biệt này sẽ tăng theo cấp số nhân, trong khi vẫn duy trì mức tiêu thụ điện năng ở mức hiện tại.

Đầu tiên, máy tính lượng tử có một mục đích rất cụ thể. Trong trường hợp D-Wave 2000Q, chúng ta đang nói về cái gọi là. máy tính đoạn nhiệt và giải các bài toán chuẩn hóa lượng tử. Chúng phát sinh đặc biệt trong các lĩnh vực sau:

Học máy:

Phát hiện các bất thường về thống kê
- tìm mô hình nén
- nhận dạng hình ảnh và mẫu
- Đào tạo mạng lưới thần kinh
- xác minh và phê duyệt phần mềm
- phân loại dữ liệu phi cấu trúc
- chẩn đoán lỗi trong mạch

An ninh và quy hoạch

Phát hiện virus và hack mạng
— phân phối tài nguyên và tìm đường đi tối ưu
- xác định tư cách thành viên trong một tập hợp
- phân tích các thuộc tính biểu đồ
- hệ số hóa các số nguyên (được sử dụng trong mật mã)

Mô hình tài chính

Phát hiện sự bất ổn của thị trường
- phát triển chiến lược giao dịch
- tối ưu hóa quỹ đạo giao dịch
- tối ưu hóa việc định giá tài sản và phòng ngừa rủi ro
- tối ưu hóa danh mục đầu tư

Chăm sóc sức khỏe và y học

Phát hiện gian lận (có thể liên quan đến bảo hiểm y tế)
- tạo ra liệu pháp điều trị bằng thuốc nhắm mục tiêu (“nhắm mục tiêu phân tử”)
— tối ưu hóa việc điều trị [ung thư] bằng xạ trị
- tạo ra các mô hình protein.

Người mua D-Wave 2000Q đầu tiên là TDS (Hệ thống phòng thủ tạm thời), một công ty hoạt động trong lĩnh vực an ninh mạng. Nhìn chung, các sản phẩm D-Wave được sử dụng bởi các công ty và tổ chức như Lockheed Martin, Google, Trung tâm nghiên cứu Ames của NASA, Đại học Nam California và Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ.

Vì vậy, chúng ta đang nói về một công nghệ hiếm (D-Wave là công ty duy nhất trên thế giới sản xuất các mẫu máy tính lượng tử thương mại) và công nghệ đắt tiền với ứng dụng khá hẹp và cụ thể. Nhưng tốc độ tăng trưởng năng suất của nó thật đáng kinh ngạc, và nếu động lực này tiếp tục, thì nhờ các máy tính đoạn nhiệt của D-Wave (mà các công ty khác có thể tham gia theo thời gian), chúng ta có thể mong đợi những đột phá thực sự về khoa học và công nghệ trong những năm tới. Điều đặc biệt quan tâm là sự kết hợp giữa máy tính lượng tử với một công nghệ đầy hứa hẹn và đang phát triển nhanh chóng như trí tuệ nhân tạo - đặc biệt là khi một chuyên gia có thẩm quyền như Andy Rubin nhìn thấy tương lai trong lĩnh vực này.

Vâng, nhân tiện, bạn có biết rằng Tập đoàn IBM cho phép người dùng Internet kết nối miễn phí với máy tính lượng tử phổ quát mà họ đã chế tạo và thử nghiệm các thuật toán lượng tử. Thiết bị này sẽ không đủ mạnh để phá vỡ các hệ thống mật mã khóa công khai, nhưng nếu kế hoạch của IBM thành hiện thực, các máy tính lượng tử phức tạp hơn sẽ sớm xuất hiện.

Máy tính lượng tử mà IBM cung cấp chứa năm qubit: bốn qubit được sử dụng để làm việc với dữ liệu và qubit thứ năm được sử dụng để sửa lỗi trong quá trình tính toán. Sửa lỗi là sự đổi mới chính mà các nhà phát triển của nó tự hào. Nó sẽ giúp việc tăng số lượng qubit trong tương lai trở nên dễ dàng hơn.

IBM nhấn mạnh rằng máy tính lượng tử của họ có tính phổ quát và có khả năng thực hiện bất kỳ thuật toán lượng tử nào. Điều này giúp phân biệt nó với các máy tính lượng tử đoạn nhiệt mà D-Wave đang phát triển. Máy tính lượng tử đoạn nhiệt được thiết kế để tìm ra giải pháp tối ưu cho các chức năng và không phù hợp cho các mục đích khác.

Người ta tin rằng máy tính lượng tử vạn năng sẽ cho phép giải quyết một số vấn đề mà máy tính thông thường không thể làm được. Ví dụ nổi tiếng nhất của bài toán này là phân tích các số thành thừa số nguyên tố. Một chiếc máy tính bình thường, thậm chí rất nhanh, có thể phải mất hàng trăm năm để tìm ra thừa số nguyên tố của một số lớn. Một máy tính lượng tử sẽ tìm thấy chúng bằng thuật toán Shor nhanh gần như nhân các số nguyên.

Việc không thể nhanh chóng phân tích các số thành thừa số nguyên tố là cơ sở của các hệ thống mật mã khóa công khai. Nếu họ học cách thực hiện thao tác này với tốc độ mà thuật toán lượng tử hứa hẹn, thì hầu hết mật mã hiện đại sẽ phải bị lãng quên.

Có thể chạy thuật toán của Shor trên máy tính lượng tử IBM, nhưng cho đến khi có nhiều qubit hơn, điều này sẽ ít có tác dụng. Trong mười năm tới điều này sẽ thay đổi. Đến năm 2025, IBM có kế hoạch xây dựng một máy tính lượng tử chứa từ 50 đến 100 qubit. Theo các chuyên gia, ngay cả với 50 qubit, máy tính lượng tử vẫn có thể giải quyết một số vấn đề thực tế.

Sau đây là một số thông tin thú vị hơn về công nghệ máy tính: đọc cách thức, nhưng hóa ra điều đó là có thể và nó là gì

Để tiết lộ ít nhiều bản chất của công nghệ máy tính lượng tử, trước tiên chúng ta hãy tìm hiểu về lịch sử của lý thuyết lượng tử.
Nó bắt nguồn từ hai nhà khoa học có kết quả nghiên cứu được trao giải Nobel: phát hiện ra lượng tử của M. Planck năm 1918 và phát hiện ra photon của A. Einstein năm 1921.
Năm mà ý tưởng về máy tính lượng tử ra đời là năm 1980, khi Benioff có thể chứng minh thành công tính đúng đắn của lý thuyết lượng tử trong thực tế.
Chà, nguyên mẫu đầu tiên của máy tính lượng tử được tạo ra bởi Gershenfeld và Chuang vào năm 1998 tại Viện Công nghệ Massachusetts (MTI). Nhóm nghiên cứu tương tự đã tạo ra những mô hình tiên tiến hơn trong hai năm tiếp theo.

Đối với một người không chuyên, máy tính lượng tử là một thứ gì đó hoàn toàn tuyệt vời về quy mô; nó là một cỗ máy tính toán, phía trước một chiếc máy tính thông thường giống như một chiếc bàn tính trước một chiếc máy tính. Và tất nhiên, đây là điều còn rất xa mới có thể thực hiện được.
Đối với một người gắn bó với máy tính lượng tử, đây là một thiết bị có nguyên lý hoạt động chung ít nhiều rõ ràng, nhưng còn rất nhiều vấn đề cần giải quyết trước khi có thể triển khai trên phần cứng và hiện nay có rất nhiều phòng thí nghiệm xung quanh. thế giới đang sử dụng những trở ngại này đang cố gắng vượt qua.
Trước đây đã có những tiến bộ về công nghệ lượng tử của các công ty tư nhân, bao gồm IBM và DWays.
Họ thường xuyên đưa tin về những diễn biến mới nhất trong lĩnh vực này hiện nay. Nghiên cứu chủ yếu được thực hiện bởi các nhà khoa học Nhật Bản và Mỹ. Nhật Bản, trong nỗ lực giành vị trí dẫn đầu thế giới về phần cứng và phần mềm, đã chi số tiền khổng lồ cho sự phát triển trong lĩnh vực này. Theo phó chủ tịch Hewlett-Packard, có tới 70% tổng số nghiên cứu được thực hiện ở đất nước mặt trời mọc. Máy tính lượng tử là một trong những bước đi mà công ty tập trung của họ hướng tới để đạt được vị trí dẫn đầu trên thị trường toàn cầu.

Điều gì giải thích mong muốn làm chủ những công nghệ này? Những lợi thế đáng kể không thể phủ nhận của chúng so với máy tính bán dẫn!

NÓ LÀ GÌ?

Máy tính lượng tử là một thiết bị điện toán hoạt động trên cơ sở cơ học lượng tử.
Ngày nay, máy tính lượng tử quy mô đầy đủ là một thiết bị giả định không thể được tạo ra dựa trên dữ liệu có sẵn trong lý thuyết lượng tử.

Máy tính lượng tử không sử dụng các thuật toán cổ điển để tính toán mà sử dụng các quá trình phức tạp hơn có tính chất lượng tử, còn được gọi là thuật toán lượng tử. Các thuật toán này sử dụng các hiệu ứng cơ học lượng tử: vướng víu lượng tử và song song lượng tử.

Để hiểu tại sao lại cần đến máy tính lượng tử, cần phải hình dung nguyên lý hoạt động của nó.
Trong khi máy tính thông thường hoạt động bằng cách thực hiện các phép tính tuần tự trên các số 0 và 1, thì máy tính lượng tử sử dụng các vòng phim siêu dẫn. Dòng điện có thể chạy qua các vòng này theo các hướng khác nhau, do đó, một chuỗi các vòng như vậy có thể đồng thời thực hiện nhiều phép toán hơn với số 0 và số 1.
Công suất cao là ưu điểm chính của máy tính lượng tử. Thật không may, những chiếc vòng này phải chịu những tác động dù là nhỏ nhất từ bên ngoài, do đó hướng của dòng điện có thể thay đổi và trong trường hợp này, các phép tính là không chính xác.

SỰ KHÁC BIỆT CỦA MÁY TÍNH LƯỢNG TỬ VỚI MÁY TÍNH THÔNG THƯỜNG

Sự khác biệt chính giữa máy tính lượng tử và máy tính thông thường là việc lưu trữ, xử lý và truyền dữ liệu diễn ra không phải bằng cách sử dụng “bit” mà là “qubit” - nói một cách đơn giản là “bit lượng tử”. Giống như một bit thông thường, một qubit có thể ở các trạng thái quen thuộc “|0>” và “|1>”, và ngoài ra - ở trạng thái chồng chất A·|0> + B·|1>, trong đó A và B là các số phức thỏa mãn điều kiện | Một |2 + | B|2 = 1.

CÁC LOẠI MÁY TÍNH LƯỢNG TỬ

Có hai loại máy tính lượng tử. Cả hai đều dựa trên hiện tượng lượng tử, chỉ ở một trật tự khác nhau.

máy tính dựa trên sự lượng tử hóa từ thông dựa trên sự vi phạm tính siêu dẫn - mối nối Josephson. Hiệu ứng Josephson đã được sử dụng để chế tạo các bộ khuếch đại tuyến tính, bộ chuyển đổi tương tự sang số, SQUID và bộ tương quan. Cơ sở phần tử tương tự được sử dụng trong dự án để tạo ra máy tính petaflop (1015 op./s). Tần số xung nhịp 370 GHz đã đạt được trong thử nghiệm, trong tương lai có thể tăng lên 700 GHz. Tuy nhiên, thời gian lệch pha của các hàm sóng trong các thiết bị này có thể so sánh với thời gian chuyển mạch của từng van riêng lẻ và trên thực tế, tần số này đã quen thuộc. cơ sở phần tử được triển khai trên các nguyên tắc lượng tử mới - flip-flop, thanh ghi và các phần tử logic khác.

Một loại máy tính lượng tử khác, còn được gọi là máy tính kết hợp lượng tử, yêu cầu duy trì sự kết hợp của các hàm sóng của qubit được sử dụng trong toàn bộ thời gian tính toán - từ đầu đến cuối (một qubit có thể là bất kỳ hệ thống cơ lượng tử nào có hai mức năng lượng chuyên dụng). Kết quả là, đối với một số bài toán, khả năng tính toán của máy tính lượng tử kết hợp tỷ lệ với 2N, trong đó N là số qubit trong máy tính. Đây là loại thiết bị thứ hai được dùng khi nói về máy tính lượng tử.

MÁY TÍNH LƯỢNG TỬ HIỆN NAY

Nhưng các máy tính lượng tử nhỏ đang được tạo ra ngày nay. Công ty D-Wave Systems đang hoạt động đặc biệt tích cực theo hướng này, công ty đã tạo ra một máy tính lượng tử 16 qubit vào năm 2007. Chiếc máy tính này đã xử lý thành công nhiệm vụ sắp xếp chỗ ngồi cho khách tại bàn dựa trên thực tế là một số người trong số họ không thích nhau. Bây giờ D-Wave Systems tiếp tục phát triển máy tính lượng tử.

Một nhóm các nhà vật lý đến từ Nhật Bản, Trung Quốc và Hoa Kỳ lần đầu tiên đã chế tạo được một máy tính lượng tử sử dụng kiến trúc von Neumann - nghĩa là có sự tách biệt vật lý giữa bộ xử lý lượng tử và bộ nhớ lượng tử. Hiện tại, để triển khai thực tế máy tính lượng tử (máy tính dựa trên các tính chất bất thường của các vật thể cơ học lượng tử), các nhà vật lý sử dụng nhiều loại vật thể và hiện tượng kỳ lạ - các ion bị bắt trong bẫy quang, cộng hưởng từ hạt nhân. Đối với nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã dựa vào các mạch siêu dẫn thu nhỏ - khả năng triển khai một máy tính lượng tử sử dụng các mạch như vậy đã được mô tả trên tạp chí Nature vào năm 2008.

Máy tính do các nhà khoa học lắp ráp bao gồm một bộ nhớ lượng tử, vai trò của nó được thực hiện bởi hai bộ cộng hưởng vi sóng, bộ xử lý gồm hai qubit được kết nối bằng một bus (vai trò của nó cũng được thực hiện bởi một bộ cộng hưởng và các qubit là các mạch siêu dẫn), và các thiết bị xóa dữ liệu. Sử dụng máy tính này, các nhà khoa học nhận ra hai thuật toán chính- cái gọi là biến đổi Fourier lượng tử và kết hợp sử dụng các phần tử logic Toffoli lượng tử:

Thuật toán đầu tiên là một thuật toán tương tự lượng tử của phép biến đổi Fourier rời rạc. Đặc điểm nổi bật của nó là số lượng phần tử chức năng (cấp n2) nhỏ hơn nhiều khi thực hiện thuật toán so với thuật toán tương tự của nó (cấp n 2n). Biến đổi Fourier rời rạc được sử dụng trong nhiều lĩnh vực hoạt động của con người - từ nghiên cứu các phương trình vi phân từng phần đến nén dữ liệu.

Đổi lại, cổng logic lượng tử Toffoli là các phần tử cơ bản mà từ đó, với một số yêu cầu bổ sung, có thể thu được bất kỳ hàm (chương trình) Boolean nào. Một đặc điểm khác biệt của các phần tử này là khả năng đảo ngược của chúng, theo quan điểm vật lý, cho phép giảm thiểu sự sinh nhiệt của thiết bị.

Theo các nhà khoa học, hệ thống họ tạo ra có một ưu điểm vượt trội - nó có thể dễ dàng mở rộng. Vì vậy, nó có thể phục vụ như một loại khối xây dựng cho các máy tính trong tương lai. Theo các nhà nghiên cứu, kết quả mới chứng minh rõ ràng sự hứa hẹn của công nghệ mới.

Máy tính lượng tử không chỉ là máy tính thế hệ tương lai mà còn hơn thế nữa. Không chỉ từ quan điểm sử dụng các công nghệ mới nhất, mà còn từ quan điểm về khả năng không giới hạn, đáng kinh ngạc, tuyệt vời của nó, không chỉ có khả năng thay đổi thế giới con người, mà thậm chí... tạo ra một thực tế khác .

Như bạn đã biết, các máy tính hiện đại sử dụng bộ nhớ được biểu thị bằng mã nhị phân: 0 và 1. Giống như trong mã Morse - dấu chấm và tiêu đề. Sử dụng hai ký tự, bạn có thể mã hóa bất kỳ thông tin nào bằng cách thay đổi sự kết hợp của chúng.

Có hàng tỷ bit này trong bộ nhớ của một máy tính hiện đại. Nhưng mỗi người trong số họ có thể ở một trong hai trạng thái - không hoặc một. Giống như một bóng đèn: bật hoặc tắt.

Bit lượng tử (qubit) là thành phần lưu trữ thông tin nhỏ nhất trong máy tính của tương lai. Đơn vị thông tin trong máy tính lượng tử giờ đây không chỉ có thể là 0 hoặc 1 mà còn có thể Cả hai cùng một lúc.

Một tế bào thực hiện hai hành động, hai - bốn, bốn - mười sáu, v.v. Đây là lý do tại sao các hệ thống lượng tử có thể hoạt động nhanh gấp đôi và với lượng thông tin lớn hơn các hệ thống hiện đại.

Lần đầu tiên, các nhà khoa học từ Trung tâm Lượng tử Nga (RCC) và Phòng thí nghiệm Vật liệu Siêu dẫn siêu dẫn đã “đo” được một qubit (Q-bit).

Từ quan điểm kỹ thuật, qubit là một vòng kim loại có đường kính vài micron với các vết cắt, lắng đọng trên một chất bán dẫn. Vòng được làm lạnh đến nhiệt độ cực thấp để trở thành chất siêu dẫn. Giả sử rằng dòng điện chạy qua vòng theo chiều kim đồng hồ - đây là 1. Chống lại - 0. Tức là có hai trạng thái bình thường.

Bức xạ vi sóng được truyền qua vòng. Khi bức xạ này thoát ra khỏi vòng, người ta đo được độ lệch pha của dòng điện. Hóa ra toàn bộ hệ thống này có thể được đặt ở cả hai chính và trạng thái hỗn hợp: cả hai cùng một lúc!!! Trong khoa học điều này được gọi là nguyên lý chồng chất.

Một thí nghiệm của các nhà khoa học Nga (các nhà khoa học từ các nước khác đã thực hiện những thí nghiệm tương tự) đã chứng minh rằng qubit có quyền sống. Việc tạo ra qubit đã dẫn đến ý tưởng và đưa các nhà khoa học đến gần hơn với ước mơ tạo ra một máy tính lượng tử quang học. Tất cả những gì còn lại là thiết kế và tạo ra nó. Nhưng không phải mọi thứ đều đơn giản như vậy...

Những khó khăn và vướng mắc trong việc tạo ra máy tính lượng tử

Ví dụ, nếu một máy tính hiện đại cần tính toán một tỷ tùy chọn, thì nó cần phải “cuộn” một tỷ chu kỳ tương tự. Có một sự khác biệt cơ bản với máy tính lượng tử: nó có thể tính toán tất cả các tùy chọn này cùng một lúc.
Một trong những nguyên tắc chính mà máy tính lượng tử sẽ hoạt động là nguyên tắc chồng chất, và nó không thể được gọi là gì khác ngoài phép thuật!
Điều đó có nghĩa là cùng một người có thể ở nhiều nơi khác nhau cùng một lúc. Các nhà vật lý nói đùa: “Nếu lý thuyết lượng tử không làm bạn sốc thì bạn không hiểu nó”.

Vẻ ngoài của máy tính lượng tử được tạo ra ngày nay khác biệt đáng kể so với máy tính cổ điển. Chúng vẫn trông... giống như một ánh trăng:

Tất nhiên, một thiết kế như vậy, bao gồm các bộ phận bằng đồng và vàng, cuộn dây làm mát và các bộ phận đặc trưng khác, không phù hợp với những người tạo ra nó. Một trong những nhiệm vụ chính của các nhà khoa học là làm cho nó nhỏ gọn và rẻ tiền. Để điều này xảy ra, một số vấn đề cần phải được giải quyết.

Vấn đề thứ nhất - tính không ổn định của sự chồng chất

Tất cả những sự chồng chất lượng tử này đều rất “nhẹ nhàng”. Ngay khi bạn bắt đầu nhìn vào chúng, ngay khi chúng bắt đầu tương tác với các vật thể khác, chúng ngay lập tức bị phá hủy. Họ trở nên cổ điển. Đây là một trong những vấn đề quan trọng nhất trong việc tạo ra một máy tính lượng tử.

Vấn đề thứ hai: cần làm mát mạnh

Trở ngại thứ hai là đạt được hoạt động ổn định của máy tính lượng tử. ở dạng chúng ta có ngày nay, nó cần được làm mát mạnh mẽ. Mạnh mẽ, đây là việc tạo ra thiết bị trong đó nhiệt độ được duy trì gần độ không tuyệt đối - âm 273 độ C! Do đó, hiện nay nguyên mẫu của những chiếc máy tính như vậy, với việc lắp đặt chân không đông lạnh, trông rất cồng kềnh:

Tuy nhiên, các nhà khoa học tin tưởng rằng mọi vấn đề kỹ thuật sẽ sớm được giải quyết và một ngày nào đó máy tính lượng tử với sức mạnh tính toán khổng lồ sẽ thay thế máy tính hiện đại.

Một số giải pháp kỹ thuật để giải quyết vấn đề

Đến nay, các nhà khoa học đã tìm ra một số giải pháp quan trọng để giải quyết các vấn đề trên. Những khám phá công nghệ này, là kết quả của công việc phức tạp và đôi khi kéo dài, căng thẳng của các nhà khoa học, xứng đáng được mọi người tôn trọng.

Cách tốt nhất để cải thiện hiệu suất qubit...kim cương

Mọi thứ rất giống với bài hát nổi tiếng về con gái và kim cương. Điều chính mà các nhà khoa học đang làm hiện nay là nâng cao cả đời qubit, cũng như “làm” máy tính lượng tử hoạt động ở nhiệt độ bình thường. Đúng vậy, giao tiếp giữa các máy tính lượng tử cần có kim cương! Để làm được tất cả những điều này, cần phải tạo ra và sử dụng những viên kim cương nhân tạo có độ trong suốt cực cao. Với sự giúp đỡ của họ, họ đã có thể kéo dài tuổi thọ của một qubit lên hai giây. Những thành tựu khiêm tốn này: hai giây tuổi thọ của qubit và hoạt động của máy tính ở nhiệt độ phòng, thực sự là một cuộc cách mạng trong khoa học.

Bản chất thí nghiệm của nhà khoa học người Pháp Serge Haroche dựa trên việc ông có thể cho cả thế giới thấy rằng ánh sáng (một dòng lượng tử của photon) truyền qua giữa hai tấm gương do ông đặc biệt tạo ra không làm mất trạng thái lượng tử.

Bằng cách buộc ánh sáng truyền đi 40.000 km giữa những tấm gương này, ông xác định rằng mọi thứ xảy ra mà không mất đi trạng thái lượng tử. Ánh sáng được tạo thành từ các photon, và cho đến nay vẫn chưa ai có thể biết liệu chúng có mất trạng thái lượng tử khi truyền đi một khoảng cách nhất định hay không. Người đoạt giải Nobel Serge Haroche: “ Một photon có mặt ở nhiều nơi cùng lúc, chúng tôi đã ghi lại được điều này.” Trong thực tế đây là nguyên tắc chồng chất. “Trong thế giới rộng lớn của chúng tôi, điều này là không thể. Nhưng trong thế giới vi mô có những quy luật khác nhau,” Arosh nói.

Bên trong khoang là những nguyên tử cổ điển có thể đo được. Dựa trên hành vi của các nguyên tử, nhà vật lý đã học cách xác định và đo các hạt lượng tử khó nắm bắt. Trước các thí nghiệm của Harosh, người ta tin rằng việc quan sát lượng tử là không thể. Sau thí nghiệm, họ bắt đầu nói về việc chinh phục các photon, nghĩa là về kỷ nguyên đang đến gần của máy tính lượng tử.

Tại sao nhiều người mong chờ việc tạo ra một máy tạo lượng tử chính thức, trong khi những người khác lại sợ nó

Máy tính lượng tử sẽ mang đến cho nhân loại những cơ hội to lớn

Một chiếc máy tính lượng tử sẽ mở ra những khả năng vô tận cho nhân loại. Ví dụ, nó sẽ giúp tạo ra trí tuệ nhân tạo, thứ mà các nhà văn khoa học viễn tưởng đã say mê từ lâu. Hoặc mô phỏng vũ trụ. Toàn bộ. Theo những dự báo thận trọng nhất, nó sẽ cho phép chúng ta nhìn xa hơn những ranh giới có thể. Hãy tưởng tượng một thế giới nơi bạn có thể mô phỏng hoàn toàn bất cứ thứ gì bạn muốn: thiết kế một phân tử, kim loại siêu bền, nhựa phân hủy nhanh chóng, tìm ra phương pháp chữa trị những căn bệnh nan y. Cỗ máy sẽ mô phỏng toàn bộ thế giới của chúng ta, cho đến nguyên tử cuối cùng. Bạn thậm chí có thể mô phỏng một thế giới khác, thậm chí là thế giới ảo.

Máy tính lượng tử có thể trở thành vũ khí của Ngày tận thế

Nhiều người khi đi sâu vào bản chất của công nghệ lượng tử lại sợ hãi nó vì nhiều lý do. Hiện nay, tin học hóa và tất cả các công nghệ liên quan đến máy tính đã khiến người bình thường sợ hãi. Chỉ cần nhớ lại những vụ bê bối về cách các dịch vụ đặc biệt, sử dụng các chương trình tích hợp trong PC và thậm chí cả các thiết bị gia dụng, tổ chức giám sát và thu thập dữ liệu về người tiêu dùng của họ. Ví dụ, nhiều quốc gia đã cấm những chiếc kính nổi tiếng - xét cho cùng, chúng là phương tiện lý tưởng để quay phim và giám sát bí mật. Chắc chắn là bây giờ, mọi cư dân của bất kỳ quốc gia nào, và thậm chí nhiều người dùng trên Internet, đều được nhập vào một số cơ sở dữ liệu. Hơn nữa, và khá thực tế, một số dịch vụ nhất định có thể tính toán mọi hành động của anh ta trên Internet.

Nhưng sẽ không có bí mật nào cho máy tính lượng tử! Không có gì cả. Tất cả bảo mật máy tính đều dựa trên số mật khẩu rất dài. Một máy tính bình thường sẽ phải mất một triệu năm mới có được chìa khóa của mật mã. Nhưng với sự trợ giúp của lượng tử, bất kỳ ai cũng có thể làm được điều này ngay lập tức. Hóa ra thế giới sẽ trở nên hoàn toàn không an toàn: xét cho cùng, trong thế giới hiện đại, mọi thứ đều được điều khiển bởi máy tính: chuyển khoản ngân hàng, chuyến bay, sàn giao dịch chứng khoán, vũ khí tên lửa hạt nhân! Vì vậy, hóa ra: ai sở hữu thông tin sẽ sở hữu Thế giới. Ai đến trước là Thiên Chúa. Máy tính lượng tử sẽ trở nên mạnh hơn bất kỳ hệ thống vũ khí nào. Một cuộc chạy đua vũ trang mới có thể bắt đầu (hoặc đã bắt đầu) trên Trái đất, không phải là hạt nhân mà là máy tính.

Xin Chúa giúp chúng ta thoát khỏi nó một cách an toàn...