Ինչը կարող է դառնալ քվանտային համակարգչի հիմքը. Պարզապես համալիրի մասին. ինչ է քվանտային համակարգիչը և ինչու է այն անհրաժեշտ: Լավագույն միջոցը բարելավելու, թե ինչպես է աշխատում քյուբիթը… ադամանդները

Մարդկությունը, ինչպես և 60 տարի առաջ, կրկին կանգնած է հաշվողական տեխնոլոգիաների ոլորտում մեծ բեկման եզրին։ Քվանտային համակարգիչները շուտով կփոխարինեն այսօրվա համակարգիչներին:

Որքան առաջընթաց է գրանցվել

Դեռևս 1965 թվականին Գորդոն Մուրն ասաց, որ մեկ տարվա ընթացքում տրանզիստորների թիվը, որոնք տեղավորվում են սիլիկոնային միկրոչիպի մեջ, կրկնապատկվում է։ Առաջընթացի այս տեմպը վերջերս դանդաղել է, և կրկնապատկումը տեղի է ունենում ավելի հազվադեպ՝ երկու տարին մեկ անգամ: Նույնիսկ այս տեմպերով մոտ ապագայում տրանզիստորները կհասնեն ատոմի չափի։ Հետո կա մի գիծ, ​​որը չի կարելի անցնել: Տրանզիստորի ֆիզիկական կառուցվածքի տեսանկյունից այն չի կարող պակաս լինել ատոմային մեծություններից։ Չիպի չափը մեծացնելը չի ​​լուծում խնդիրը: Տրանզիստորների շահագործումը կապված է ջերմային էներգիայի արտանետման հետ, և պրոցեսորները պետք է որակի համակարգսառեցում. Բազմամիջուկ ճարտարապետությունը նույնպես չի լուծում հետագա աճի հարցը։ Տեխնոլոգիաների զարգացման գագաթնակետին հասնելը ժամանակակից պրոցեսորներշուտով տեղի կունենա.
Մշակողները հասկացան այս խնդիրը այն ժամանակ, երբ անհատական ​​համակարգիչները նոր էին սկսում հասանելի լինել օգտատերերին: 1980 թվականին քվանտային ինֆորմատիկայի հիմնադիրներից մեկը՝ խորհրդային պրոֆեսոր Յուրի Մանինը, ձևակերպեց քվանտային հաշվարկի գաղափարը։ Մեկ տարի անց Ռիչարդ Ֆեյմանը առաջարկեց քվանտային պրոցեսորով համակարգչի առաջին մոդելը։ Տեսական հիմքայն մասին, թե ինչպիսին պետք է լինեն քվանտային համակարգիչները, որը ձևակերպել է Փոլ Բենիոֆը:

Քվանտային համակարգչի աշխատանքի սկզբունքը

Հասկանալու համար, թե ինչպես է այն աշխատում նոր պրոցեսոր, անհրաժեշտ է գոնե մակերեսային գիտելիքներ ունենալ քվանտային մեխանիկայի սկզբունքների մասին։ Այստեղ բերելն անիմաստ է մաթեմատիկական դասավորություններև ելքային բանաձևեր: Բավական է, որ աշխարհականը ծանոթանա քվանտային մեխանիկայի երեք տարբերակիչ հատկանիշներին.

• Մասնիկի վիճակը կամ դիրքը որոշվում է միայն որոշակի հավանականությամբ։
• Եթե ​​մասնիկը կարող է ունենալ մի քանի վիճակ, ապա այն միանգամից բոլոր հնարավոր վիճակներում է։ Սա սուպերպոզիցիայի սկզբունքն է։
• Մասնիկի վիճակի չափման գործընթացը հանգեցնում է սուպերպոզիցիայի անհետացմանը։ Հատկանշական է, որ չափման արդյունքում ստացված մասնիկի վիճակի մասին գիտելիքները տարբերվում են մասնիկի իրական վիճակից մինչև չափումները։

Առողջ բանականության տեսանկյունից՝ կատարյալ անհեթեթություն։ Մեր սովորական աշխարհում այս սկզբունքները կարող են ներկայացվել հետևյալ կերպ. սենյակի դուռը փակ է և միևնույն ժամանակ բաց: Միևնույն ժամանակ փակ և բաց:

Սա է ապշեցուցիչ տարբերությունը հաշվարկների միջև։ Պայմանական պրոցեսորն իր գործողություններում գործում է երկուական կոդով: Համակարգչային բիթերը կարող են լինել միայն մեկ վիճակում՝ ունեն 0 կամ 1 տրամաբանական արժեք: Քվանտային համակարգիչները գործում են քյուբիթների վրա, որոնք կարող են ունենալ միանգամից 0, 1, 0 և 1 տրամաբանական արժեք: Որոշակի առաջադրանքների համար նրանք բազմամիլիոնանոց առավելություն կունենան ավանդական համակարգիչների նկատմամբ։ Այսօր արդեն կան աշխատանքի ալգորիթմների տասնյակ նկարագրություններ։ Ծրագրավորողները ստեղծում են հատուկ ծրագրավորման կոդը, որը կարող է աշխատել հաշվողական նոր սկզբունքների վրա։

Որտե՞ղ է օգտագործվելու նոր համակարգիչը:

Հաշվողական գործընթացի նոր մոտեցումը թույլ է տալիս աշխատել հսկայական քանակությամբ տվյալների հետ և կատարել ակնթարթային հաշվողական գործողություններ: Առաջին համակարգիչների գալուստով որոշ մարդիկ, այդ թվում՝ պետական ​​այրեր, մեծ թերահավատություն ունեին ազգային տնտեսության մեջ դրանց օգտագործման նկատմամբ։ Այսօր դեռ կան մարդիկ, ովքեր լի են կասկածներով սկզբունքորեն նոր սերնդի համակարգիչների կարևորության վերաբերյալ: Շատ երկար ժամանակ տեխնիկական ամսագրերը հրաժարվում էին հոդվածներ հրապարակել քվանտային հաշվարկների մասին՝ համարելով այս ոլորտը ներդրողներին հիմարացնելու սովորական խարդախ հնարք:

Հաշվարկների նոր ձևը նախադրյալներ կստեղծի բոլոր ոլորտներում գիտական ​​մեծ հայտնագործությունների համար: Բժշկությունը կլուծի շատ խնդրահարույց հարցեր, որոնք վերջերս բավականին շատ են կուտակվել։ Քաղցկեղը հնարավոր կլինի ախտորոշել հիվանդության ավելի վաղ փուլում, քան այժմ։ Քիմիական արդյունաբերությունը կկարողանա սինթեզել յուրահատուկ հատկություններով արտադրանք։

Տիեզերագնացության ոլորտում առաջընթացը ձեզ սպասեցնել չի տա: Թռիչքները դեպի այլ մոլորակներ կդառնան նույնքան սովորական, որքան ամենօրյա շրջագայությունները քաղաքում: Քվանտային հաշվարկներին բնորոշ պոտենցիալը, անշուշտ, անճանաչելիորեն կվերափոխի մեր մոլորակը:

Մեկ այլ տարբերակիչ առանձնահատկություն, որն ունեն քվանտային համակարգիչները, քվանտային հաշվարկների կարողությունն է՝ արագ գտնել ճիշտ կոդը կամ ծածկագիրը: Սովորական համակարգիչը հաջորդաբար կատարում է մաթեմատիկական օպտիմալացման լուծում՝ անցնելով տարբերակները մյուսի հետևից: Քվանտային մրցակիցն աշխատում է տվյալների ողջ զանգվածի հետ միանգամից՝ աննախադեպ կարճ ժամանակում կայծակնային արագությամբ ընտրելով ամենահարմար տարբերակները։ Բանկային գործառնություններկվերծանվի մի ակնթարթում, ինչը հասանելի չէ ժամանակակից համակարգիչներին։

Այնուամենայնիվ, բանկային հատվածը կարող է չանհանգստանալ՝ նրա գաղտնիքը կփրկվի քվանտային կոդավորման մեթոդով՝ չափման պարադոքսով։ Եթե ​​փորձեք բացել կոդը, փոխանցված ազդանշանը կխեղաթյուրվի: Ստացված տեղեկատվությունը ոչ մի իմաստ չի ունենա։ Գաղտնի ծառայությունները, որոնց համար լրտեսությունը սովորական բան է, հետաքրքրված են քվանտային հաշվարկների հնարավորություններով։

Դիզայնի դժվարություններ

Դժվարությունը կայանում է նրանում, որ ստեղծելով այնպիսի պայմաններ, որոնց դեպքում քվանտային բիթը կարող է անսահման երկար ժամանակ գտնվել սուպերպոզիցիոն վիճակում:

Յուրաքանչյուր քյուբիթ միկրոպրոցեսոր է, որը գործում է գերհաղորդականության սկզբունքներով և քվանտային մեխանիկայի օրենքներով։

Տրամաբանական մեքենայի մանրադիտակային տարրերի շուրջ ստեղծվում են մի շարք յուրահատուկ պայմաններ։ միջավայրը:

• ջերմաստիճանը 0,02 աստիճան Կելվին (-269,98 Ցելսիուս);
• մագնիսական և էլեկտրական ճառագայթումից պաշտպանության համակարգ (նվազեցնում է այդ գործոնների ազդեցությունը 50 հազար անգամ);
• ջերմության հեռացման և թրթռումների խոնավացման համակարգ;
• մթնոլորտային ճնշումից ցածր օդի նոսրացում 100 միլիարդ անգամ:

Շրջակա միջավայրի աննշան շեղումը հանգեցնում է նրան, որ կուբիթները մի պահ կորցնում են իրենց սուպերպոզիցիոն վիճակը, ինչը հանգեցնում է անսարքության:

Մոլորակից առաջ

Վերոհիշյալ բոլորը կարելի է վերագրել գիտաֆանտաստիկ գրողի բորբոքված մտքի ստեղծագործությանը, եթե Google-ը, NASA-ի հետ միասին, անցյալ տարի Կանադական հետազոտական ​​կորպորացիայից չգներ D-Wave քվանտային համակարգիչ, որի պրոցեսորը պարունակում է 512: qubits.

Դրանով շուկայի առաջատարը համակարգչային տեխնիկակլուծի մեքենայական ուսուցման խնդիրները մեծ տվյալների զանգվածների տեսակավորման և վերլուծության մեջ:

ԱՄՆ-ից հեռացած Սնոուդենը կարևոր բացահայտող հայտարարություն է արել. NSA-ն նույնպես նախատեսում է մշակել իր սեփական քվանտային համակարգիչը։

2014 թվական - D-Wave համակարգերի դարաշրջանի սկիզբ

Կանադացի հաջողակ մարզիկ Ջեորդի Ռոուզը Google-ի և NASA-ի հետ գործարքից հետո սկսել է 1000 քյուբիթանոց պրոցեսոր կառուցել։ Ապագա մոդելը հաշվարկների արագությամբ և ծավալով կգերազանցի առաջին կոմերցիոն նախատիպին առնվազն 300.000 անգամ։ քվանտային համակարգիչ, որի լուսանկարը գտնվում է ստորև, սկզբունքորեն աշխարհում առաջին կոմերցիոն տարբերակն է նոր տեխնոլոգիահաշվողական.

Նրան հուշել է զբաղվել գիտական ​​զարգացմամբ՝ համալսարանում ծանոթանալով Քոլին Ուիլյամսի՝ քվանտային հաշվիչների աշխատանքների հետ։ Պետք է ասեմ, որ Ուիլյամսն այսօր աշխատում է Rose Corporation-ում որպես բիզնես նախագծերի մենեջեր։

Բեկում կամ գիտական ​​խաբեություն

Ինքը՝ Ռոուզը, լիովին չգիտի, թե ինչ են քվանտային համակարգիչները։ Տասը տարվա ընթացքում նրա թիմը 2-qubit պրոցեսոր ստեղծելուց դարձավ այսօրվա առաջին կոմերցիոն սերունդը:

Իր հետազոտության հենց սկզբից Ռոուզը նպատակ ուներ ստեղծել 1000 քյուբիթների նվազագույն քանակով պրոցեսոր։ Եվ նա պետք է որ կոմերցիոն տարբերակ ուներ՝ վաճառել ու գումար աշխատել։

Շատերը, իմանալով Ռոուզի մոլուցքն ու կոմերցիոն խորաթափանցությունը, փորձում են նրան մեղադրել կեղծիքի մեջ։ Իբր ամենասովորական պրոցեսորը թողարկված է քվանտային։ Դրան նպաստում է այն փաստը, որ նոր տեխնիկայի ֆենոմենալ արագությունը ցույց է տալիս որոշակի տեսակի հաշվարկներ կատարելիս։ Հակառակ դեպքում այն ​​իրեն լրիվ սովորական համակարգչի պես է պահում, միայն թե շատ թանկ է։

Ե՞րբ կհայտնվեն

Սպասելու երկար ժամանակ չկա։ Նախատիպերի համատեղ գնորդների կողմից կազմակերպված հետազոտական ​​խումբը շուտով կզեկուցի D-Wave-ի հետազոտության արդյունքների մասին:
Միգուցե շուտով կգա ժամանակը, երբ քվանտային համակարգիչները կփոխեն մեր պատկերացումները շրջապատող աշխարհի մասին: Եվ ողջ մարդկությունն այս պահին կգա ավելիին բարձր մակարդակդրա էվոլյուցիան:

Անցյալ շաբաթ լուրեր եղան, որ Google-ը բեկում է կատարել քվանտային համակարգչի մշակման գործում.
ընկերությունը հասկացավ, թե ինչպես կարող է նման համակարգիչը հաղթահարել
իմ սեփական սխալներով. Արդեն մի քանի տարի է՝ խոսում են քվանտային համակարգիչների մասին, օրինակ՝ նա եղել է Time ամսագրի շապիկին։ Եթե ​​նման համակարգիչներ հայտնվեն, դա դասական համակարգիչների տեսքին նման բեկում կլինի, և նույնիսկ ավելի լուրջ: Look At Me-ը բացատրում է, թե ինչու են քվանտային համակարգիչները լավը և կոնկրետ ինչ է արել Google-ը:

Ի՞նչ է քվանտային համակարգիչը:

Քվանտային համակարգիչը մեխանիզմ է համակարգչային գիտության և քվանտային ֆիզիկայի խաչմերուկում՝ տեսական ֆիզիկայի ամենաբարդ բաժինը։ Ռիչարդ Ֆեյնմանը, 20-րդ դարի մեծագույն ֆիզիկոսներից մեկը, մի անգամ ասել է. «Եթե կարծում եք, որ հասկանում եք քվանտային ֆիզիկան, ուրեմն չեք հասկանում այն»: Այսպիսով, խնդրում ենք նկատի ունենալ, որ հետևյալ բացատրությունները աներևակայելի պարզեցված են: Քվանտային ֆիզիկան հասկանալու համար մարդկանց տարիներ է պահանջվում:

Քվանտային ֆիզիկան զբաղվում է ատոմից փոքր տարրական մասնիկների հետ։ Այս մասնիկների դասավորվածության ձևը և նրանց վարքագիծը հակասում է տիեզերքի մասին մեր շատ պատկերացումներին: Քվանտային մասնիկը կարող է լինել միաժամանակ մի քանի վայրերում և միաժամանակ մի քանի վիճակներում: Պատկերացրեք, որ մետաղադրամ եք նետել. քանի դեռ այն օդում է, դուք չեք կարող ասել՝ այն կբարձրանա գլուխներով, թե պոչերով. այս մետաղադրամը միաժամանակ նման է գլուխների և պոչերի: Այսպես են վարվում քվանտային մասնիկները։ Սա կոչվում է սուպերպոզիցիայի սկզբունք։

Քվանտային համակարգիչը դեռևս հիպոթետիկ սարք է, որը կօգտագործի սուպերպոզիցիայի սկզբունքը (և այլ քվանտային հատկություններ)
հաշվարկների համար: Տիպիկ համակարգիչն աշխատում է տրանզիստորներով,
որոնք ցանկացած տեղեկատվություն ընկալում են որպես զրոներ և միավորներ: Երկուական կոդը կարող է նկարագրել ամբողջ աշխարհը և լուծել դրա ներսում առկա ցանկացած խնդիր: Քվանտային անալոգային դասական հարվածկոչվում է քյուբիթ (qubit, qu - quantum, quantum բառից). Օգտագործելով սուպերպոզիցիայի սկզբունքը, մի քյուբիթ կարող է միաժամանակ լինել
0 և 1 վիճակներում, և դա ոչ միայն զգալիորեն կբարձրացնի հզորությունը ավանդական համակարգիչների համեմատ, այլև թույլ կտա լուծել անսպասելի խնդիրներ,
ինչի ընդունակ չեն սովորական համակարգիչները։

Սուպերպոզիցիայի սկզբունքը միակն է
Ինչի՞ վրա են հիմնվելու քվանտային համակարգիչները:

Ոչ Շնորհիվ այն բանի, որ քվանտային համակարգիչները գոյություն ունեն միայն տեսականորեն, գիտնականները դեռ միայն կռահում են, թե դրանք կոնկրետ ինչպես են աշխատելու: Օրինակ, ենթադրվում է, որ քվանտային համակարգիչները նույնպես կօգտագործեն քվանտային խճճվածություն:
Սա այն է, ինչ Ալբերտ Էյնշտեյնն անվանել է «սարսափելի» ( նա ընդհանրապես դեմ էր քվանտային տեսությանը, քանի որ այն համատեղելի չէ նրա հարաբերականության տեսության հետ). Երևույթի իմաստն այն է, որ Տիեզերքում երկու մասնիկ կարող են փոխկապակցվել, և հակառակը. ասենք, եթե ուղղաձիգը
(տարրական մասնիկների վիճակի նման բնութագիր կա, մենք չենք մանրամասնի)առաջին մասնիկի դրական է, երկրորդի ճկունությունը միշտ բացասական է լինելու, և հակառակը: Այս երեւույթը կոչվում է «սողացող» երկու պատճառով. Նախ, այս կապն աշխատում է ակնթարթորեն, ավելի արագ, քան լույսի արագությունը: Երկրորդ, խճճված մասնիկները կարող են լինել միմյանցից ցանկացած հեռավորության վրա:
ընկերոջից. օրինակ՝ Ծիր Կաթինի տարբեր ծայրերում:

Ինչպե՞ս կարելի է օգտագործել քվանտային համակարգիչը:

Գիտնականները հավելվածներ են փնտրում քվանտային համակարգիչների համար և միևնույն ժամանակ պարզում, թե ինչպես կարելի է դրանք կառուցել: Հիմնական բանն այն է, որ քվանտային համակարգիչը կկարողանա շատ արագ օպտիմիզացնել տեղեկատվությունը և ընդհանրապես աշխատել մեծ տվյալների հետ, որոնք մենք կուտակում ենք, բայց դեռ չենք հասկանում, թե ինչպես օգտագործել:

Եկեք պատկերացնենք սա (իհարկե, շատ պարզեցված)Դուք պատրաստվում եք աղեղով կրակել թիրախին և պետք է պարզեք, թե ինչ բարձրության վրա պետք է խոցել: Ենթադրենք, պետք է հաշվարկել բարձրությունը 0-ից 100 սմ, սովորական համակարգիչը հերթով կհաշվի յուրաքանչյուր հետագիծ՝ սկզբում 0 սմ, հետո 1 սմ, հետո 2 սմ և այլն: Մյուս կողմից, քվանտային համակարգիչը միաժամանակ կհաշվի բոլոր տարբերակները և անմիջապես կտա ձեզ այն մեկը, որը թույլ կտա ճշգրիտ հարվածել թիրախին: Շատ գործընթացներ կարող են օպտիմիզացվել հետևյալ կերպ.
բժշկությունից (ասենք՝ քաղցկեղն ավելի վաղ ախտորոշեք)ավիացիայից առաջ (օրինակ, ավելի բարդ ավտոպիլոտներ պատրաստեք).

Կա նաև վարկած, որ նման համակարգիչը կկարողանա լուծել խնդիրներ, որոնց համար սովորական համակարգիչպարզապես ի վիճակի չէ, կամ որը նրան կպահանջի հազարավոր տարվա հաշվարկ: Քվանտային համակարգիչը կկարողանա աշխատել ամենաբարդ սիմուլյացիաների հետ. օրինակ՝ հաշվարկել, թե արդյոք տիեզերքում կան խելացի այլ էակներ, բացի մարդկանցից: Հնարավոր է, որ քվանտային համակարգիչների ստեղծումը հանգեցնի
արտաքին տեսքին արհեստական ​​բանականություն. Պատկերացրեք, թե ինչ արեց սովորական համակարգիչների հայտնվելը մեր աշխարհին. քվանտային համակարգիչները կարող էին մոտավորապես նույն բեկում լինել:

Ո՞վ է մշակում քվանտային համակարգիչները:

Բոլորը. Կառավարություններ, ռազմական, տեխնոլոգիական ընկերություններ: Քվանտային համակարգիչ կառուցելը օգուտ կբերի գրեթե բոլորին: Օրինակ՝ Էդվարդ Սնոուդենի հրապարակած փաստաթղթերի մեջ տեղեկություն կար, որ NSA-ն ունի «Ներածություն բարդ թիրախներին» նախագիծ, որը ներառում է տեղեկատվության կոդավորման համար քվանտային համակարգչի ստեղծում։ Microsoft-ը լրջորեն զբաղվում է քվանտային համակարգիչներով. նրանք սկսել են իրենց առաջին հետազոտություններն այս ոլորտում դեռ 2007 թվականին: IBM-ը գլխավորում է զարգացումը, և մի քանի տարի առաջ նրանք հայտարարեցին, որ երեք քյուբիթով չիպ են ստեղծել։ Վերջապես Google-ը և NASA-ն համագործակցում են
D-Wave ընկերության հետ, որը պնդում է, որ արդեն թողարկում է
«Առաջին կոմերցիոն քվանտային պրոցեսորը» (ավելի ճիշտ, երկրորդը, այժմ նրանց մոդելը կոչվում է D-Wave Two), բայց այն դեռ չի աշխատում որպես քվանտ,
հիշիր, նրանք չկան:

Որքան մոտ ենք ստեղծագործելուն
քվանտային համակարգիչ?

Ոչ ոք չի կարող հստակ ասել. Նորություններ տեխնոլոգիայի առաջընթացի մասին (ինչպես Google-ի մասին վերջին նորությունները)անընդհատ հայտնվել, բայց մենք կարող ենք լինել նույնքան հեռու
լիարժեք քվանտային համակարգչից և շատ մոտ նրան։ Ասենք, կան ուսումնասիրություններ, որոնք ասում են, որ բավական է ստեղծել համակարգիչ պարզապես
մի քանի հարյուր քյուբիթով, որպեսզի այն աշխատի որպես լիարժեք քվանտային համակարգիչ: D-Wave-ը պնդում է, որ ստեղծել է 84 կիբիթանոց պրոցեսոր.
բայց քննադատները, ովքեր վերլուծել են իրենց պրոցեսորը, պնդում են, որ այն աշխատում է,
ինչպես դասական համակարգիչ, ոչ թե քվանտային: Google-ի համահեղինակներ
D-Wave-ի հետ նրանք կարծում են, որ իրենց պրոցեսորը պարզապես զարգացման շատ վաղ փուլերում է և ի վերջո կաշխատի ինչպես քվանտայինը: Ինչ-որ կերպ, հիմա
Քվանտային համակարգիչներն ունեն մեկ հիմնական խնդիր՝ սխալներ։ Բոլոր համակարգիչները սխալներ են թույլ տալիս, բայց դասական համակարգիչները կարող են հեշտությամբ հաղթահարել դրանք, բայց քվանտայինները դեռ չեն անում: Երբ հետազոտողները կարգավորեն վրիպակները, քվանտային համակարգչի հայտնվելուն մի քանի տարի կմնա:

Ինչն է դժվարացնում սխալների ուղղումը
քվանտային համակարգիչներո՞ւմ։

Պարզեցնելու համար քվանտային համակարգիչների սխալները կարելի է բաժանել երկու մակարդակի. Առաջինը սխալներն են, որոնք թույլ են տալիս ցանկացած համակարգիչ, այդ թվում՝ դասական: Սխալ կարող է առաջանալ համակարգչի հիշողության մեջ, երբ 0-ն ակամա փոխվում է 1-ի արտաքին աղմուկի պատճառով, ինչպիսիք են տիեզերական ճառագայթները կամ ճառագայթումը: Այս սխալները հեշտ է լուծել, բոլոր տվյալները ստուգվում են նման փոփոխությունների համար: Եվ Google-ը վերջերս լուծեց այս խնդիրը քվանտային համակարգիչներում. նրանք կայունացրին ինը քյուբիթից բաղկացած շղթա:
և ազատեց նրան սխալներից: Այնուամենայնիվ, այս բեկումնային մի նրբերանգ կա. Google-ը զբաղվել է դասական հաշվարկների դասական սխալներով: Քվանտային համակարգիչներում կա սխալի երկրորդ մակարդակ, և դա հասկանալն ու բացատրելը շատ ավելի դժվար է:

Քուբիթները չափազանց անկայուն են, դրանք ենթարկվում են քվանտային դեկոհերենցիայի. սա քվանտային համակարգի հաղորդակցության խախտում է շրջակա միջավայրի ազդեցության տակ: Քվանտային պրոցեսորը պետք է հնարավորինս մեկուսացված լինի շրջակա միջավայրից (չնայած դեկոհերենտությունը երբեմն առաջանում է ներքին գործընթացների արդյունքում)սխալները նվազագույնի հասցնելու համար: Միևնույն ժամանակ, անհնար է ամբողջությամբ ազատվել քվանտային սխալներից, բայց եթե դրանք բավական հազվադեպ դարձնեք, քվանտային համակարգիչը կարող է աշխատել: Միևնույն ժամանակ, որոշ հետազոտողներ կարծում են, որ նման համակարգչի հզորության 99%-ը պարզապես ուղղորդվելու է
սխալները վերացնելու համար, սակայն մնացած 1%-ը բավարար է ցանկացած խնդիր լուծելու համար։
Ըստ ֆիզիկոս Սքոթ Աարոնսոնի՝ Google-ի ձեռքբերումը կարելի է համարել երրորդը
քվանտային համակարգիչ ստեղծելու համար պահանջվող յոթ քայլերի կեսը, այլ կերպ ասած, մենք ճանապարհի կեսն ենք:

2015 թվականի մարտի 18-ին, ժամը 10:15-ին

Մի փոքր քվանտային համակարգիչների մասին և արդյոք դրանք կփոխեն մեր կյանքը

Մեզանից շատերը լսել են քվանտային համակարգչի մասին, բայց ոչ բոլորը գիտեն, թե դա ինչ է, և ամենակարևորը, թե ինչ խնդիրներ կարող է լուծել դրա միջոցով։ Քվանտային համակարգիչը մի քանի տարի ակտիվորեն ուսումնասիրվել է։ լավագույն մտքերըխաղաղություն; նա նույնիսկ հայտնվել է Time ամսագրի շապիկին՝ մակագրելով. «Նա խոստանում է լուծել մարդկության ամենածանր խնդիրներից մի քանիսը, սակայն ոչ ոք չգիտի, թե նա իրականում ինչպես է աշխատում»:

Այժմ համակարգիչներն ուսումնասիրում են բազմաթիվ գիտնականներ և խոշոր ընկերություններ, ինչպիսիք են Google-ը, IBM-ը, Microsoft-ը և այլք: Նրանց կարծիքով, եթե դեռ հնարավոր լինի ստեղծել նման համակարգիչ, ապա դա իսկական առաջընթաց կլինի՝ համեմատելի դասական համակարգիչների հայտնաբերման հետ։

Քվանտային համակարգիչ և անհաղթահարելի դժվարություններ

Քվանտային համակարգիչը հաշվողական սարք է, որը գործում է քվանտային մեխանիկայի սկզբունքներով, որը իրավամբ կարելի է անվանել ֆիզիկայի ամենաբարդ ճյուղը։ Քվանտային մեխանիկան առաջացել է 20-րդ դարի սկզբին և ուսումնասիրում է քվանտային համակարգերի և դրանց տարրերի վարքը։ Քվանտային մասնիկը կարող է լինել միաժամանակ մի քանի վայրերում և վիճակներում, հետևաբար, ըստ սահմանման, քվանտային մեխանիկան լիովին հակասում է հարաբերականության ընդհանուր տեսությանը: Բայց եկեք չխորանանք գիտության մեջ, այլ վերադառնանք մեր հիմնական թեմային՝ քվանտային համակարգչին։

դարասկզբին պարզ դարձավ, որ օգտագործումը էլեկտրական սխեմաներքանի որ հաշվողական սարքերի ստեղծումն ունի իր սահմանները, և դրանք բոլորը գործնականում ձեռք են բերվել: Այժմ մարդկությանը ավելի ու ավելի շատ նոր խնդիրներ են սպասվում, որոնց համար դասական համակարգիչները չեն բավականացնի։ Նման խնդրի ամենապարզ օրինակը մեծ թվերի ֆակտորիզացիան է։ Այս նպատակով ստեղծվել են ծածկագրային համակարգերի մեծ մասը: Դա բանական կթվա, բայց եթե ինչ-որ մեկին հաջողվել է մեծ թվեր արագորեն տարրալուծել պարզ գործոնների, ապա նրա համար հասանելի են դարձել գործարքներն աշխարհի բոլոր բանկերում։

Մեկ այլ ոչ պակաս կարևոր խնդիր, որին ժամանակակից համակարգիչները երբեք չեն կարողանա հաղթահարել, քվանտային համակարգերի և ԴՆԹ մոլեկուլների մոդելավորումն է: Ելնելով դրանից՝ կարող ենք եզրակացնել, որ քվանտային համակարգիչների ստեղծումը շատ խոստումնալից լուծում է, որը կլուծի այս և շատ այլ խնդիրներ։

Քվանտային համակարգչի աշխատանքի սկզբունքը

Դասական համակարգիչը աշխատում է տրանզիստորների և սիլիկոնային չիպերի հիման վրա, որոնք օգտագործում են երկուական կոդ, որը բաղկացած է զրոներից և մեկներից՝ տեղեկատվության մշակման համար։ Բիթը, որպես տեղեկատվության նվազագույն միավոր, ունի երկու հիմնական վիճակ՝ 1 և 0: Այս վիճակների փոփոխությունները կարելի է հեշտությամբ վերահսկել. օբյեկտները կարող են լինել կամ որոշակի վայրում, կամ ոչ: Այդ իսկ պատճառով արտաքին աշխարհի բազմաթիվ ֆիզիկական օբյեկտներ կարող են փոխանցվել վիրտուալ՝ օգտագործելով բիթերի բարդ համակցություններ։ Քվանտային համակարգչի աշխատանքը հիմնված կլինի սուպերպոզիցիայի սկզբունքի վրա, իսկ բիթերի փոխարեն կօգտագործվեն քյուբիթներ (քվանտային բիթ), որոնք կարող են միաժամանակ լինել բոլոր հնարավոր վիճակներում (միաժամանակ 1-ում և 0-ում)։ Ըստ գիտնականների՝ դրա շնորհիվ որոշակի դասերի առաջադրանքների համար նախատեսված քվանտային համակարգիչները միլիոնավոր անգամ ավելի հզոր կլինեն, քան ներկայիսը։ Արդեն նկարագրված են քվանտային համակարգչի աշխատանքի տասնյակ տարբեր ալգորիթմներ, նույնիսկ մշակվում են հատուկ ծրագրավորման լեզուներ։

Մեծ հաշվով, աշխարհը երկար ժամանակ օգտագործում է քվանտային տեխնոլոգիաներ։ Լազերները, տոմոգրաֆները և գերզգայուն մանրադիտակները հիմնված են զանգվածային ազդեցությունների վրա, որոնք ստեղծվել են քվանտային մասնիկների կամ ալիքների մեծ խմբերի կողմից, որոնք ենթարկվում են քվանտային մեխանիկայի օրենքներին: Հիմնական խնդիրն այն է, որ այս էֆեկտները օգտագործվեն առանձին մասնիկների համար, այլ ոչ թե որպես ամբողջություն խմբերի:

Ինչի համար է քվանտային համակարգիչը:

Մինչ գիտնականներն աշխատում են քվանտային համակարգչի ստեղծման վրա, նրանք միաժամանակ դիմումներ են փնտրում դրա համար։ Հիմնական բանը այն է, որ նման համակարգիչը կկարողանա ակնթարթորեն կատարել հաշվարկներ և աշխատել մեծ քանակությամբ տվյալների հետ:

Քվանտային համակարգիչների օգնությամբ կարելի է օպտիմիզացնել բազմաթիվ գործընթացներ՝ բժշկությունից մինչև մեքենաշինություն։ Օրինակ, մարդիկ կկարողանան ախտորոշել քաղցկեղը ավելի վաղ փուլում, կամ պատրաստել ավելի բարդ ավտոպիլոտներ: Ինչպես արդեն նշվեց, քվանտային համակարգչի միջոցով հնարավոր կլինի արագորեն գործակցել մեծ թվեր և մոդելավորել ԴՆԹ-ի մոլեկուլները: Կա նաև տեսություն, որ քվանտային համակարգիչը կհաղթահարի այնպիսի խնդիրներ, որոնք սովորական համակարգիչը չի կարող լուծել կամ հազարավոր տարիների հաշվարկներ է ծախսելու դրա վրա: Սա, օրինակ, արհեստական ​​ինտելեկտի ստեղծումն է կամ տիեզերքում բանական էակների որոնումը, բացառությամբ մարդկանց: Ամեն դեպքում, բոլոր գիտնականները համաձայն են, որ նման համակարգչի այս ստեղծումը իսկական բեկում կլինի, գուցե գլխավորը մարդկության պատմության մեջ։

Սխալների ուղղումը քվանտային համակարգիչների հիմնական խնդիրն է

Քվանտային համակարգիչների սխալները կարելի է բաժանել երկու հիմնական մակարդակի. Առաջին մակարդակի սխալները բնորոշ են բոլոր համակարգիչներին, ներառյալ դասականները: Նման սխալները ներառում են կուբիթների ակամա փոփոխությունը արտաքին աղմուկի պատճառով (օրինակ՝ տիեզերական ճառագայթներ կամ ճառագայթում)։ Այս խնդիրը վերջերս լուծվել է մասնագետների կողմից Google. Այս խնդիրը լուծելու համար Ջուլիան Քելլիի գլխավորած գիտնականների խումբը ստեղծել է ինը քյուբիթից բաղկացած հատուկ քվանտային շղթա, որը համակարգում սխալներ է փնտրում: Մնացած քյուբիթները պատասխանատու են տեղեկատվության անվտանգության համար, այդպիսով այն ավելի երկար են պահում, քան մեկ քյուբիթ օգտագործելը: Այնուամենայնիվ, հիմնական խնդիրը չի վերացել, մնում է սխալների երկրորդ մակարդակը:

Քուբիթներն իրենց էությամբ անկայուն են, նրանք անմիջապես մոռանում են այն տեղեկատվությունը, որը ցանկանում եք պահել քվանտային համակարգչում: Կուբիտի վրա շրջակա միջավայրի ազդեցությամբ քվանտային համակարգի ներսում կապը խաթարվում է (դեկոհերենցիայի պրոցեսը)։ Դրանից ազատվելու համար քվանտային պրոցեսորը պետք է հնարավորինս մեկուսացված լինի արտաքին գործոնների ազդեցությունից։ Ինչպե՞ս դա անել: - դեռ առեղծված է: Մասնագետների կարծիքով՝ նման համակարգչի հզորության 99%-ը կուղղվի սխալների շտկմանը, իսկ միայն 1%-ը կբավականացնի ցանկացած խնդիր լուծելու համար։ Իհարկե, սխալները չեն կարող ամբողջությամբ վերացվել, բայց եթե դրանք հասցվեն որոշակի մակարդակի, ապա քվանտային համակարգիչը կարող է աշխատել:

Որքանո՞վ է մարդկությունը մոտ քվանտային համակարգիչների ստեղծմանը:

Այս հարցին պատասխանելն այժմ շատ դժվար է, գրեթե անհնար է: Այս ոլորտում բեկումների մասին լուրերը պարբերաբար հայտնվում են, բայց չի կարելի ասել, որ դրանք գլոբալ են։ Բոլորը շահագրգռված են քվանտային համակարգիչների ստեղծմամբ՝ ռազմականից մինչև տեխնոլոգիական ընկերություններ: D-Wawe-ն, որի հետ Google-ը և NASA-ն ակտիվորեն համագործակցում են, պնդում է, որ ստեղծել է 84 քյուբիթանոց պրոցեսոր, սակայն քննադատները.