Когда создадут квантовый компьютер?

Квантовая теория — это отрасль физики, которая занимается миром атомов и мелчайшими частицами нашего мира. Вы можете думать, что атомы ведут себя как и все остальные «материальные вещи», но это далеко не так: в масштабах атомах «классические» законы физики действуют отчасти, а то и совсем не поддаются описанию. Однако именно совокупность, плотност атомов создает физическую реальность, внутри которой мы существуем. Как однажды сказал Ричард П. Фейнман, один из величайших физиков двадцатого века: «Вещи в очень небольших масштабах ведут себя так, как будто у вас нет прямого опыта… или как все, что вы когда-либо видели».

квантовая теория alter idea

Если вы изучили свет, то вы, возможно, уже имеете представление о квантовой теории. Вы можете понять, как солнечный луч в одних случаях ведет себя как поток частиц, а в других — как волна в пространстве. Это явление называется дуальностью волновых частиц, и это ключевая идея квантовой теории. Трудно понять, что нечто может быть одновременно двумя вещами — частицей и волной, потому что это совершенно чуждо нашему повседневному опыту. Хотя… да, автомобиль не является одновременно велосипедом и транспортом, но авто, велосипед и транспорт – это одно и то же. Вместе в квантовой теории подобный парадокс — просто сумасшедшая вещь, которая наглядно демонстрирует на парадоксе, известным как «кот Шредингера». Быстром, в необычном мире квантовой теории, мы можем представить себе ситуацию, когда кот может быть живым и мертвым одновременно!

При чем  здесь компьютеры? Предположим, что мы продолжаем настаивать на том, что закон Мура «уменьшает» транзисторы до размеров, когда они подчиняются не обычным законам физики, а, скорее, к закономерностям квантовой механики. Вопрос в том, могут ли компьютеры, основанные на такой технологии, производить действия, что и обычные компьютеры. Можем ли мы заставить их работать?

Первые шаги в этом направлении предприняли научные работники IBM Рольф Ландауэр и Чарльз Х. Беннет. Ландауэр приступил к квантовым вычислениям еще в 1960-х годах, когда выдвинул идею, что информация может быть физическим элементом, , а соответственно, она манипулирована в пределах законов физики. Следовательно, компьютеры теряют жизнеспособность, манипулируя битами потока данных. В 1970-х годах, основываясь на работах Ландауэра, Беннет продемонстрировал, как компьютер может обойти эту проблему, работая «обратным» способом, предполагая, что квантовый компьютер способен проводить более сложные вычисления без использования огромных материальных ресурсов. В 1981 году физик Пол Бениофф из Аргоннской национальной лаборатории попытался представить базовую машину, которая работает на «квантовом» принципе, однако нехватка теоретических разработок приостановила проект. В следующем году Ричард Фейнман математически описал, как машина, использующая квантовые стандарты, может выполнять основные вычисления. Спустя пару лет Дэвид Дойдж из Оксфордского университета более детально описал теоретическую основу квантового компьютера. Так возникла теория квантового компьютера.

Как он работает

Основные особенности обычных компьютерных регистров, логических схем, алгоритмов и т. д. имеют аналогичные особенности в квантовом компьютере. Вместо бит квантовый компьютер использует квантовые биты или кубиты. Если бит может кодироваться через ноль или 1, кубит может хранить безграничное количество значений и одновременно находиться в разных состояниях! Как свет, который одновременно является частицей и волной, а кот Шрёдингера жива и мертва. Более проще — это физическая концепция суперпозиции. Или музыкальная волна, повторяющая множество обертонов и гармоник.

Как работает квантовый компьютер alter ideaПоскольку квантовый компьютер может хранить в одном бите сразу несколько «нулей» и «единичек», он способен обрабатывать их одновременно. Все процессы протекают параллельно. Только когда вы пытаетесь обнаружить, какое состояние на самом деле находится в данный момент, оно «рушится» в одно из множества состояний. Предположительно, что способность квантового компьютера работать параллельно будет делать его в миллионы раз быстрее, чем любой обычный компьютер … в том случае, если только мы сможем его изготовить!

Каким может быть квантовый компьютер в реальности?

В действительности, кубиты должны храниться атомами, ионами или, например электронами и фотонами, поэтому квантовый компьютер был бы почти похож на настольную версию атома! В настоящее время нужны механизмы для содержания атомов, ионов или субатомных частиц для их размещения в определенных состояниях и понимания их состояния после выполнения определенных операций.

Как работает квантовый компьютер alter idea

На практике можно использовать лазерные лучи, электромагнитные поля, радиоволны. Один из методов заключается в «перетоке» кубитов при помощи полупроводников, управляющих отдельными носителями заряда и электронами. Другая стратегия предлагает «производить» кубиты из так называемых ионных ловушек: вы добавляете или отбираете электроны от атома, чтобы сделать ион, удерживайте его в лазерном прожекторе, а затем трансформируйте его в различные состояния с помощью лазерных сокращений. По другой методологии кубиты представляют собой фотоны внутри оптических полостей. Но поскольку вся область квантовых вычислений по-прежнему в значительной степени абстрактна и теоретична, нам действительно нужно знать только то, что кубиты хранятся атомами или другими квантовыми частями, которые могут существовать в разных состояниях и обмениваться информацией.

Что может сделать квантовый компьютер?

Хотя люди предполагают, что квантовые компьютеры по своей мощности должны превосходить традиционные аналоги, на данный момент единственное, что мы знаем наверняка, — квантовый компьютер может улучшить факторизацию: открытие двух простых чисел, которые при увеличении дают третье, известное число. Это означает, что традиционная система «цифровой» безопасности, мягко говоря, устарела. И мы ни на йоту не приблизились к «физическому» созданию вантового компьютера.

мощность квантового компьютера alter ideaК тому же это не совсем означает, что квантовые компьютеры лучше обычных. Помимо алгоритма Шора и метода поиска, названного алгоритмом Гровера, вряд ли есть другие алгоритмы, которые демонстрируют «квантовое» превосходство. Еще предстоит продемонстрировать, как их собирать. Прогресс «обычных» компьютеров тоже никто не отменял.

Когда?

Спустя три десятилетия после того, как они были впервые предложены, квантовые компьютеры остаются в основном теоретической разработкой. При прочих равных условиях наблюдается некоторое ободряющее продвижение к реализации квантовой машины. В 2000 году произошли два больших прорыва. Для начала Исаак Чжуан использовал пять атомов фтора, чтобы сделать грубый пятициклический квантовый компьютер. В том же году исследователи из Национальной лаборатории Лос-Аламоса поняли, как сделать семициклическую машину, использующую каплю жидкости. Пять лет спустя исследователи из Университета Инсбрука добавили дополнительный кубит и создали квантовый компьютер, который мог бы манипулировать гигабайт информации.

когда построят квантовый компьютер alter ideaЭто были предварительные, но важные начальные шаги. В течение следующих нескольких лет исследователи объявили о более амбициозных проектах. К 2011 году канадская компания D-Wave Systems объявила, что она поставила 128-кубитную машину. Далее Google заключил контракт с командой ученых на создание собственных квантовых компьютеров на основе подхода D-Wave. В марте 2015 года американцы заявили, что они «немного ближе к квантовым вычислениям», создан еще один способ различать и обеспечивать защиту от ошибок.

В 2016 году Исаак Чанг из Массачусетского технологического института и исследователи из Университета Инсбрука представили пятибитовый квантовый компьютер с ионной ловушкой, который мог рассчитать коэффициенты к 15; расширенная версия этой машины может превратиться в полноценный дешифратор шифрования! Однако большинство исследователей согласны с тем, что мы вряд ли увидим квантовый компьютер в ближайшие десятилетия

Короткий URL: http://alter-idea.info/?p=32819

Добавил: Дата: Янв 23 2018. Рубрика: Культ pro. Вы можете перейти к обсуждениям записи RSS 2.0. Все комментарии и пинги в настоящее время запрещены.
Loading...
Загрузка...

Комментарии недоступны




Загрузка...




Погода


Карта сайта