Квантовые компы. Посему них еще как бы нет, хотя они уже существуют?

    Пятьдесят годов назад телефоны показались бы совсем магическими персональными компьютерами. Определенно эдак же, как только традиционные компы были практически немыслимы для предшествующих поколений, сейчас мы сталкиваемся с рождением совсем новенького типа вычислений: чего-то так магического, что его можно именовать колдовским. Это же квантовые компы. Ежели слово «квантовый»  для вас незнакомо, вы и не одиноки. Этот максимально прохладный, мелкий, чувствительный и максимально странноватый мир может появиться непонятной системой, на которой предлагается выстроить коммерческую вычислительную машинку, однако это же конкретно то, над чем ишачят IBM, Гугл, Rigetti Computing и альтернативные предприятия.

    Квантовые компы. Посему них еще как бы нет, хотя они уже существуют?

    В январе на CES в рамках инициативы IBM Q продемонстрировали System One (сантиметров. свыше): ослепительную, роскошную и похожую на люстру машинку, которая предстала первой встроенной всепригодной системой квантовых вычислений для коммерческого пользования, с которой мог поиграть каждый.

    Об потенциале квантовых персональных компьютерах слышал, наверняка, каждый: характеристики квантовой физики раскрывают мощно параллельные схемы вычислений, кои, возможно, обеспечат гигантские скачивания вычислительной мощности и обгонят любые транзисторные суперкомпьютеры, с которыми мы можем столкнуться — сейчас и завтра. Они осуществят революцию в области химии, фармацевтики, материаловедения и машинного обучения.

    Однако что конкретно выполняет квантовые компы таковыми сильными? Давайте разбираться.

    Содержание

    • 1 Что этакое кубиты?
    • 2 Суперпозиция, запутанность и интерференция
    • 3 Как только программируются квантовые компы?
    • 4 Бес декогеренции
    • 5 Имитация квантового при помощи квантовых компов

    Что этакое кубиты?

    Для начала вспомним, как только ишачят квантовые компы.

    Секрет них мастерства в фолиант, что они манипулируют кубитами. Все, что возделывает традиционный персональный компьютер — текст, изображения, видео и т.д. — состоит из длинноватых строк нулей и единиц, либо битов. По собственной сущности бит воображает одно состояние из двух: вкл/выкл, или подключена электронная цепь, или нет. В современных персональных компьютерах бит привычно представлен электромагнитным напряжением либо импульсом тока.

    Квантовые компы, наоборот, полагаются на кубиты. Как только и двоичные биты, кубиты лежат в базе вычислений, с одним наибольшим различием: кубиты, обычно, являются сверхпроводниками электронов либо остальных субатомных частичками. Логично, что манипуляции кубитами воображают сложноватую научную и инженерную задачку. IBM, к примеру, употребляет несколько слоев сверхпроводящих цепей, кои присутствуют в контролируемой среде и мал-помалу охлаждаются перед началом температур, кои ниже, чем глубочайший космос — подле абсолютного нуля.

    Так как кубиты обитают в квантовой действительности, у их существуют умопомрачительные квантовые характеристики.

    Суперпозиция, запутанность и интерференция

    Ежели бит предположить как только монету с соколом (0) либо решкой (1), кубиты будут представлены вращающейся монетой: в неком смысле, они сразу и соколы, и решки, при этом каждое состояние имеет конкретную возможность. Ученые задействуют калиброванные микроволновые импульсы, дабы помещать кубиты в суперпозицию; определенно эдак же альтернативные частоты и продолжительность этих импульсов может крутить кубит эдак, дабы он присутствовал малость в альтернативном состоянии (однако все гораздо в суперпозиции).

    По причине суперпозиции отдельный кубит может представлять еще все больше инфы, чем двоичный бит. Частично это же происходит по причине тамошнего, что при исходном вводе кубиты умеют перебирать алгоритмом грубой силы большущее число потенциальных результатов сразу. Бесповоротный ответ возникает только когда ученые определяют кубиты — эдак же, используя микроволновые сигналы — что принуждает них «коллапсировать» в двоичное состояние. Часто ученым приходится осуществлять расчеты пару раз, дабы проверить ответ.

    Запутанность — еще больше превосходная штука. Применение микроволновых импульсов на пару кубитов может запутать них эдак, что они все время будут существовать в одном квантовом состоянии. Это же дозволяет ученым манипулировать парами запутанных кубитов, ординарно изменяя состояние единого из их, даже ежели они на физическом уровне отделены наибольшим расстоянием, отсюда и «жуткое воздействие на расстоянии». По причине прогнозируемой природы запутанности, добавление кубитов экспоненциально наращивает вычислительную мощность квантового компа.

    Интерференция — крайнее из качеств, кои продадут квантовые методы. Представьте самому себе катящиеся волны: время от времени они подгоняют друг дружку (воздействуют радикально), время от времени гасят (деструктивно). Пользование интерференции дозволяет ученым держать под контролем состояния, усиливая тип сигналов, приводящих к правильному ответу, и отменяя те самый, кои выдают ложные ответы.

    Как только программируются квантовые компы?

    Главная миссию заключается в том, дабы закодировать части задачки в сложноватое квантовое состояние, используя кубиты, и потом манипулировать сиим состоянием, дабы привести его к некоему решению, которое можно будет измерить опосля коллапса суперпозиций в детерминированные последовательности нулей (0) и единиц (1).

    Невнятно? Перечитайте лишний раз.

    Звучит мудрено, однако так как все определения мы уже разобрали, осознать можно.

    Как только и в случае с традиционным программированием, ученые разрабатывают языки ассемблера малого уровня, кои машинка осознает предпочтительнее, дабы перейти от их к языкам высочайшего уровня и графическим интерфейсам, наиболее пригодным для людского ума. IBM Qiskit, к примеру, дозволяет экспериментаторам производить задачки и перетаскивать логические элементы.

    Бес декогеренции

    Посему же квантовые компы гораздо и не продаются на каждом углу? В неком смысле, ученые пробуют выстроить совершенные машинки из неидеальных элементов. Квантовые компы очень чувствительны к возмущениям, шуму и иным влияниям среды, кои принуждают них квантовое состояние сомневаться и исчезать. Этот спецэффект именуется декогеренцией.

    Для энных профессионалов декогеренция — это же неполадка, сдерживающая квантовые вычисления. Даже при любых соблюденных мерах шум может проникнуть в расчеты. Ученые умеют хранить квантовую информацию перед началом того времени, пока что она и не растеряет собственную целостность под воздействием декогеренции, что ограничивает число вычислений, кои можно осуществлять попорядку.

    Пикантная природа квантовых вычислений а также является предпосылкой тамошнего, что незрячее добавление кубитов в систему и не неукоснительно изготовит ее сильнее. Отказоустойчивость подробно исследуется в области квантовых вычислений: по логике, добавление кубитов может возместить некие трудности, однако для сотворения одного, надежного кубита для переноса заданных потребутся миллионы подкорректирующих ошибки кубитов. А уж у нас них сейчас и не все больше 128. Может быть посодействуют мозговитые методы, кои а также разрабатываются.

    Имитация квантового при помощи квантовых компов

    Так как заглавные заданные ныне жаркая тематика, можно существовало бы ждать, что квантовые компы будут предпочтительнее возделывать большие наборы заданных, чем традиционные. Однако это же и не эдак.

    Заместо сего, квантовые компы будут в особенности столь же хороши в моделировании природы. К примеру, квантовые вычисления можно существовало бы применять для наиболее действенного построения молекул фармацевтических средств, так как они в большей степени ишачят на той самой же базе, что и молекулы, кои они пробуют смоделировать. Вычисление квантового состояния молекулы — неописуемо непростая задачка, которая практически непосильна нашим компам, однако квантовые компы управятся с ней на ура.

    Определенно эдак же квантовые вычисления умеют перевернуть область материаловедения либо телепередачи инфы. Благодаря запутанности, кубиты, физические разбитые наибольшим расстоянием, умеют сделать канал для телепередачи инфы, который с научной точки зрения будет безопаснее наших имеющихся каналов. Квантовый веб полностью осуществим.

    Однако самое увлекательное вот что: мы даже и не знаем всего контраста умопомрачительных вопросцев, кои умеют постараться решить квантовые компы. Ординарно имея коммерческий квантовый персональный компьютер и позволяя людям с ним ишачить, мы могли бы наметить новейшие достойные внимания области, пригодные для данной превосходной новейшей технологии.

    А уж какие задачки постарались бы решить на квантовом персональном компьютере вы? Поведайте в нашем чате в Телеграме.