Deh sal şûnda kes nizane kengê

Ji kesek kêm agahdar re ku komek belavokên li ser komputerên kuantumê xwendiye, meriv dikare têgihîştin ku ev makîneyên "ji-raft" in ku bi heman awayê wekî komputerên asayî dixebitin. Tiştek bêtir xelet nabe. Hin kes jî bawer dikin ku hêj komputerên quantum tune ne. Û yên din meraq dikin ku ew ê ji bo çi werin bikar anîn, ji ber ku ew ne ji bo şûna pergalên zero-yek hatine sêwirandin.

Em pir caran dibihîzin ku yekem komputerên quantum ên rastîn û bi rêkûpêk dixebitin dê di nav deh salan de xuya bibin. Lêbelê, wekî ku Linley Gwennap, analîstê sereke li Linley Group, di gotarê de destnîşan kir, "dema ku mirov dibêjin ku komputerek kuantum dê di deh salan de xuya bibe, ew nizanin dê kengê bibe."

Tevî vê rewşa nezelal, atmosfera pêşbirkê ya ji bo bi navê. serdestiya kuantumê. Bi xemsarî li ser xebata quantum û serkeftina çînî, rêveberiya Dewletên Yekbûyî Kanûna borî Qanûna Însiyatîfa Quantumê ya Neteweyî pejirand.1). Belge armanc e ku piştgirîya federalî ji bo lêkolîn, pêşkeftin, xwenîşandan û sepana komputer û teknolojiyên quantum peyda bike. Di deh salên efsûnî de, hukûmeta Dewletên Yekbûyî dê bi mîlyaran xerc bike ji bo avakirina binesaziya komputera quantum, ekosîstem û peydakirina mirovan. Hemî pêşdebirên sereke yên komputerên quantum - D-Wave, Honeywell, IBM, Intel, IonQ, Microsoft û Rigetti, û her weha afirînerên algorîtmayên quantum 1QBit û Zapata ev pêşwazî kirin. Însiyatîfa Quantum Neteweyî.

Pêşengên D-WAve

Di 2007 de, D-Wave Systems çîpek 128-qubit destnîşan kir (2), tê gotin yekem komputera quantum a cîhanê. Lêbelê, ne diyar bû ku ew dikare bi vî rengî were binav kirin - tenê operasyona wê hate xuyang kirin, bêyî hûrguliyên sêwirana wê. Di sala 2009 de, D-Wave Systems ji bo Google pergala lêgerîna wêneyê "quantum" pêş xist. Di Gulana 2011-an de, Lockheed Martin komputerek quantum a ku ji hêla D-Wave Systems ve hatî çêkirin bi dest xist. D-pêla yek ji bo 10 mîlyon dolar, dema ku ji bo xebitandin û pêşvebirina algorîtmayên têkildar peymanek pir-salî îmze dike.

Di sala 2012 de, vê makîneyê pêvajoya dîtina molekula proteîna helîkî ya bi enerjiya herî kêm nîşan da. Lêkolînerên ji D-Wave Systems pergalên bi hejmarên cûda bikar tînin qubits, hejmarek hesabên matematîkî pêk anîn, ku hin ji wan ji kapasîteyên komputerên klasîk wêdetir bûn. Lêbelê, di destpêka sala 2014-an de, John Smolin û Graham Smith gotarek weşandin ku îdîa kir ku makîneya D-Wave Systems ne makîneyek bû. Demek şûnda, Physics of Nature encamên ceribandinan pêşkêş kir ku îsbat dike ku D-Wave One hîn jî ...

Testek din di Hezîrana 2014-an de ti cûdahî di navbera komputerek klasîk û makîneyek Pergalên D-Wave de nîşan neda, lê pargîdanî bersiv da ku cûdahî tenê ji bo karên ji yên ku di ceribandinê de hatine çareser kirin tevlihevtir xuya bû. Di destpêka sala 2017-an de, pargîdanî makîneyek ku bi awakî ji wan pêk tê vekir 2 hezar qubitku 2500 carî ji algorîtmayên klasîk ên herî bilez zûtir bû. Û dîsa, du meh şûnda, komek zanyar îsbat kir ku ev berhevok ne rast e. Ji bo gelek gumanbaran, pergalên D-Wave hîn jî ne komputerên kuantum in, lê yên wan in simulasyonên bikaranîna rêbazên klasîk.

Pergala nifşa çaremîn D-Wave bikar tîne lêdanên kuantûmîû halên qubit bi çerxên kuantûmê yên superconductor (li ser bingeha girêkên Josephson têne binav kirin) têne fêhm kirin. Ew li hawîrdorek nêzîkê sifira mutleq dixebitin û bi pergalek 2048 qubitan pesnê xwe didin. Di dawiya sala 2018-an de, D-Wave li sûkê danasîn HILPEKÎN, yanî te hawîrdora serîlêdana quantumê ya rast-ê (KAE). Çareseriya ewr ji xerîdarên derveyî re gihîştina rast-demê ya hesabkirina quantum peyda dike.

Di Sibata 2019-an de, D-Wave nifşê din ragihand  Pegasus. Hat ragihandin ku ew "pergala kuantum a bazirganî ya herî berfireh a cîhanê" ye ku di şûna şeşan de ji her qubitê panzdeh girêdan, bi li ser 5 qubits û di astek berê nenas de kêmkirina deng vedike. Pêdivî ye ku cîhaz di nîvê sala pêş de li firotanê xuya bibe.

Qubits, an superpositions plus entanglement

Prosesorên komputerê yên standard xwe dispêrin pakêt an perçeyên agahdariyê, ku her yek bersivek erê an na temsîl dike. Prosesorên quantum cuda ne. Di cîhana sifir-yek de kar nakin. hestiyê milê, yekîneya herî piçûk û nayê dabeşkirin a agahdariya kuantûmê pergala du-alî ye ku hatî destnîşan kirin Cihê Hilbert. Ji ber vê yekê, ew ji lêdana klasîk a ku dikare tê de be cûda dibe her superposition du dewletên kuantum. Modela fizîkî ya qubitê pir caran wekî mînakek perçeyek bi spin ½, wekî elektronek, an polarîzasyona yek fotonê tê dayîn.

Ji bo ku hûn hêza qubitan bikar bînin, divê hûn wan bi pêvajoyek ku jê re tê gotin ve girêdin tevlihev. Bi her qubitek lêzêdekirî, hêza pêvajoyê ya pêvajoyê ducar dike xwe, ji ber ku hejmara têkeliyan bi tevhevbûna qubitek nû digel hemî dewletên ku jixwe di pêvajoyê de hene re tê (3). Lê çêkirin û berhevkirina qubitan û dûv re ji wan re bêje ku hesabên tevlihev bikin ne karekî hêsan e. Ew dimînin ji bandorên derve pir hesas eku dikare bibe sedema xeletiyên hesabkirinê û, di rewşa herî xirab de, hilweşîna qubitên tevlihev, ango. dekoherenceku nifira rastîn a pergalên kuantûmê ye. Her ku qubitên zêde têne zêdekirin, bandorên neyînî yên hêzên derve zêde dibin. Yek awayê ku meriv bi vê pirsgirêkê re mijûl bibe ev e ku meriv zêde bike qubits "KONTROL"ku tenê fonksiyona wê kontrolkirin û rastkirina derketinê ye.

3. Nûnertiya sembolîk ya pergala IBM ya 50-qubit

Lêbelê, ev tê vê wateyê ku dê komputerên quantumî yên bihêztir hewce bibin, ku ji bo çareserkirina pirsgirêkên tevlihev, wek destnîşankirina ka molekulên proteîn çawa diherikin an simulkirina pêvajoyên laşî yên di hundurê atoman de, bikêr in. gelek qubit. Tom Watson ji Zanîngeha Delftê ya li Hollandayê herî dawî ji BBC News re got:

-

Bi kurtasî, heke komputerên quantumê rabin, hûn hewce ne ku rêyek hêsan peyda bikin da ku pêvajoyên qubit ên mezin û stabîl hilberînin.

Ji ber ku qubit ne aram in, pir dijwar e ku meriv bi gelek ji wan re pergalek biafirîne. Ji ber vê yekê heke, di dawiyê de, qubits wekî têgehek ji bo hesabkirina kuantûmê têk biçin, zanyar xwedî alternatîfek in: deriyên quantum qubit.

Tîmek ji Zanîngeha Purdue lêkolînek di npj Quantum Information de weşand ku bi hûrgulî çêkirina wan vedihewîne. Zanyar bawer dikin ku kuditsBerevajî qubitan, ew dikarin di zêdetirî du dewletan de hebin, wek 0, 1, û 2, û ji bo her rewşek lêzêdekirî, hêza hesabkirinê ya yek qudit zêde dibe. Bi gotinek din, hûn hewce ne ku heman hejmarê agahdarî kod bikin û pêvajoyê bikin. rûmeta kêm ji qubitan.

Ji bo çêkirina deriyên quantumê yên ku qudit hene, tîmê Purdue çar qudit di nav du fotonên tevlihev de ji hêla frekansa û demê ve kod kir. Tîmê foton hilbijart ji ber ku ew bi hêsanî bandorê li hawîrdorê nakin, û bi karanîna gelek domanan hişt ku bi kêmtir foton re bêtir tevlihev bibin. Dergehê qediyayî xwedî hêzek pêvajoyê ya 20 qubit bû, her çend ew tenê çar qudit hewce dike, digel îstîqrara zêde ji ber karanîna fotonan, ku ew dike pergalek hêvîdar ji bo komputerên quantum ên pêşerojê.

Silicon an kemînên ion

Her çend ne her kes vê ramanê parve dike jî, karanîna silicon ji bo avakirina komputerên quantum xwedan feydeyên mezin xuya dike, ji ber ku teknolojiya silicon baş hatî damezrandin û jixwe pîşesaziyek mezin bi wê re têkildar heye. Silicon di pêvajoyên quantum ên Google û IBM de tê bikar anîn, her çend di wan de heya germahiyên pir nizm tê sar kirin. Ew ji bo pergalên quantum ne materyalek îdeal e, lê zanyar li ser dixebitin.

Li gorî weşanek nû ya di Nature de, tîmek lêkolîner enerjiya mîkropêl bikar anî da ku du perçeyên elektronê yên di siliconê de sekinîne li hev bikin û dûv re wan bikar anîn da ku rêzek hesabên ceribandinê pêk bînin. Koma ku tê de, bi taybetî, zanyarên ji Zanîngeha Wisconsin-Madison di nav avahiyek siliconê de qubitên elektronîkî yên yekane "rawestand", ku spin ya ku ji hêla enerjiya tîrêjên mîkropêlê ve hatî destnîşankirin. Di superposition de, elektronek bi hevdemî li dora du axên cuda dizivire. Dûv re her du qubit hatin berhev kirin û bername kirin da ku hesabên ceribandinê pêk bînin, pişt re lêkolîner daneya ku ji hêla pergalê ve hatî hilberandin bi daneyên ku ji komputerek standard ku heman hesabên testê pêk tîne re berhev kirin. Piştî rastkirina daneyan, bernameyek bernamekirî processor silicon quantum du-bit.

Her çend rêjeya xeletiyan hîn jî ji ya ku jê re tê gotin xefikên îyonan (amûrên ku tê de perçeyên barkirî yên wekî îyon, elektron, proton ji bo demekê têne hilanîn) an jî ji komputeran pir zêde ye.  li ser bingeha superconductorên wekî D-Wave, destkeftî berbiçav dimîne ji ber ku veqetandina qubits ji dengê derveyî zehf dijwar e. Pispor derfetên mezinkirin û başkirina pergalê dibînin. Û karanîna silicon, ji hêla teknolojî û aborî ve, li vir girîngiyek girîng e.

Lêbelê, ji bo gelek lêkolîneran, silicon ne pêşeroja komputerên quantum e. Di Kanûna sala borî de, agahdarî xuya bû ku endezyarên pargîdaniya Amerîkî IonQ ytterbium bikar anîn da ku komputera kuantumê ya herî berhemdar a cîhanê ava bike, ku ji pergalên D-Wave û IBM derbas bû.

Di encamê de makîneyek bû ku yek atomek di xefikek îyonê de heye (4) ji bo şîfrekirinê qubitek daneyê bikar tîne, û qubit bi karanîna pêlên lazerê yên taybetî têne kontrol kirin û pîvandin. Di kompîturê de hafizeyek heye ku dikare 160 qubit daneyan hilîne. Di heman demê de ew dikare hesabên hevdem li ser 79 qubitan jî bike.

4. Scheme ji xefika ion IonQ

Zanyarên ji IonQ ceribandinek standard a bi navê Algorîtmaya Bernstein-Vaziraniego. Karê makîneyê ew bû ku hejmareke di navbera 0 û 1023 de texmîn bike. Kompîturên klasîk ji bo hejmarek 10-bit yanzdeh texmînan digirin. Komputerên quantum du rêbazan bikar tînin ku encama bi 100% piştrast texmîn bikin. Di hewildana yekem de, komputera quantumê IonQ bi navînî 73% ji hejmarên diyarkirî texmîn kir. Dema ku algorîtma ji bo hejmareke di navbera 1 û 1023-ê de tê xebitandin, rêjeya serfiraziyê ji bo komputerek normal 0,2%, dema ku ji bo IonQ ew 79% e.

Pisporên IonQ bawer dikin ku pergalên ku li ser xefikên îyonê têne damezrandin ji komputerên kuantum ên silicon ên ku Google û pargîdaniyên din ava dikin çêtir in. Matrixa wan a 79-qubit ji pêvajoya quantum a Bristlecone ya Google-ê bi 7 qubitan çêtir dike. Encama IonQ di heman demê de dema ku dor tê ser wextê pergalê jî hestiyar e. Li gorî afirînerên makîneyê, ji bo qubitek yekane, ew di% 99,97 de dimîne, ku tê vê wateyê ku rêjeya xeletiyê 0,03%, di heman demê de encamên çêtirîn pêşbaziyê bi navînî 0,5%. Rêjeya xeletiya du-bit ji bo cîhaza IonQ divê ji% 99,3 be, dema ku piraniya hevrikan ji 95% derbas nakin.

Hêjayî gotinê ye ku li gorî lêkolînerên Google serweriya kuantumê - xala ku tê de kompîturek kuantûmî ji hemî makîneyên din ên berdest derbas dibe - jixwe dikare bi komputerek quantum a 49 qubitî were gihîştin, bi şertê ku rêjeya xeletiyê li deriyên du qubitî di binê 0,5% de be. Lêbelê, rêbaza xefika îonê di hesabkirina quantum de hîn jî bi astengiyên mezin re rû bi rû dimîne: dema darvekirina hêdî û mezinahiya mezin, û her weha rastbûn û pîvandina teknolojiyê.

Hêla şîfreyan di wêran û encamên din de

Di Çileya 2019-an de li CES 2019, CEO IBM Ginni Rometty ragihand ku IBM jixwe ji bo karanîna bazirganî pergalek hesabkirina quantum a yekbûyî pêşkêşî dikir. IBM komputerên quantum5) bi fizîkî li New York-ê wekî beşek pergalê ne IBM Q Pergalek Yek. Bi karanîna Q Network û Q Quantum Computational Center, pêşdebir dikarin bi hêsanî nermalava Qiskit bikar bînin da ku algorîtmayên quantum berhev bikin. Bi vî rengî, hêza hesabkirinê ya komputerên quantum IBM wekî peyda dibe xizmeta computing ewr, bihayekî maqûl.

D-Wave di heman demê de ev demek e karûbarên weha peyda dike, û lîstikvanên din ên sereke (wek Amazon) pêşniyarên ewrê quantum-ê yên wekhev plan dikin. Microsoft bi danasînê bêtir çû Q# zimanê bernamekirinê (wek tê gotin) ku dikare bi Visual Studio re bixebite û li ser laptopê bixebite. Bernamesaz amûrek heye ku algorîtmayên kuantûmê simule bike û pirek nermalavê di navbera komputera klasîk û quantum de çêbike.

Lêbelê, pirs ev e, komputer û hêza wan a hesabkirinê bi rastî ji bo çi dikarin bikêr bin? Di lêkolînek Cotmeha borî de di kovara Science de hate weşandin, zanyarên ji IBM, Zanîngeha Waterloo û Zanîngeha Teknîkî ya Munîhê hewil dan ku cûreyên pirsgirêkên ku komputerên kuantûmê ji bo çareserkirina wan çêtirîn xuya dikin nêzîkê hev bikin.

Li gorî lêkolînê, amûrên bi vî rengî dê karibin kompleks çareser bikin Pirsgirêkên cebra xêz û optimîzasyonê. Ew ne zelal xuya dike, lê dibe ku ji bo pirsgirêkên ku niha gelek hewildan, çavkanî û dem hewce dikin, û carinan ji destê me ne, ji bo çareseriyên sadetir û erzantir derfet hebin.

5. Komputera kuantumê ya IBM

Komputera quantumê ya kêrhatî diametrîkî qada krîptografiyê biguherînin. Bi saya wan, kodên şîfrekirinê zû dikaribû were qefilandin û, dibe ku, teknolojiya blockchain dê hilweşe. Naha şîfrekirina RSA dixuye ku berevaniyek bihêz û nehilweşîn e ku piraniya dane û danûstandinên li cîhanê diparêze. Lêbelê, komputerek quantumek têra xwe bi hêz dikare bi hêsanî şîfrekirina RSA bişkînin bi alîkariya algorîtmaya Shora.

Çawa pêşî lê bigire? Hin parêzvan dikin ku dirêjahiya bişkojkên şîfrekirinê yên gelemperî bi qasî mezinahiya ku hewce dike ji bo têkbirina deşîfrekirina quantum zêde bikin. Ji bo yên din, divê ew bi tenê were bikar anîn da ku danûstendinên ewledar peyda bike. Bi saya krîptografiya kuantumê, bi xwe çalakiya girtina daneyan dê wan xera bike, pişt re kesê ku destwerdana parçikê bike dê nikaribe agahdariya kêrhatî jê werbigire û wergir dê li ser hewildana guhdarkirinê were hişyar kirin.

Serîlêdanên potansiyel ên hesabkirina quantumê jî bi gelemperî têne gotin. analîz û pêşbîniya aborî. Bi saya pergalên quantumê, modelên tevlihev ên tevgera bazarê dikarin werin berfireh kirin da ku ji berê pirtir guhêrbar têxin nav xwe, ku rê li ber teşhîs û pêşbîniyên rasttir bigire. Bi hilberandina hevdemî bi hezaran guhêrbar ji hêla komputerek quantum ve, dê gengaz be ku dem û lêçûna ku ji bo pêşkeftinê hewce dike jî kêm bike. dermanên nû, çareseriyên veguhastin û lojîstîk, zincîreyên peydakirinê, modelên avhewaû her weha ji bo çareserkirina gelek pirsgirêkên din ên tevliheviya mezin.

qanûnê Nevena

Di cîhana komputerên kevn de zagona xwe ya Moore hebû, dema ku komputerên quantum divê bi rêgezên ku jê re tê gotin têne rêve kirin. qanûnê Nevena. Ew navê xwe deyndarê yek ji pisporên quantumê yên herî navdar ê Google ye, Hartmut Nevena (6), ku diyar dike ku pêşkeftinên di teknolojiya komputera quantum de niha têne çêkirin leza qat bi qat.

Ev tê wê wateyê ku li şûna ducarkirina performansê bi dubarekirinên li pey hev, wekî ku di komputerên klasîk û qanûna Moore de bû, teknolojiya quantum performansê pir zûtir çêtir dike.

Pispor pêşbîniya hatina serdestiya kuantûmê dikin, ku dikare ne tenê bi serweriya komputerên kuantumî li ser her yên klasîk, lê di heman demê de bi awayên din jî were wergerandin - wekî destpêka serdemek komputerên quantum ên kêrhatî. Ev dê rê li ber pêşketinên di kîmya, astrofizîk, derman, ewlekarî, ragihandin û hwd de veke.

Lêbelê, di heman demê de nêrînek heye ku serdestiyek weha qet nebe, bi kêmanî di paşeroja pêşbînîkirî de. Versiyonek nermtir a gumanbariyê ew e komputerên kuantûmê tu carî şûna komputerên klasîk nagirin ji ber ku ew ne ji bo vê yekê hatine sêwirandin. Çawa ku hûn nikarin pêlavên tenîsê bi keştiya balafiran a nukleerî biguherînin, hûn nikarin iPhone an PC-yê bi makîneya kuantumê veguherînin.. Komputerên klasîk dihêle hûn lîstikan bilîzin, e-nameyê kontrol bikin, li ser tevneyê geriyan û bernameyan bimeşînin. Komputerên quantum di pir rewşan de simulationên ku ji bo pergalên binary ên ku li ser bitsên komputerê dixebitin pir tevlihev in pêk tînin. Bi gotinek din, xerîdarên kesane dê hema hema ti sûdê ji komputera xweya quantum negirin, lê sûdmendên rastîn ên dahênanê dê bibin, mînakî, NASA an Enstîtuya Teknolojiyê ya Massachusetts.

Wext dê bêje ka kîjan nêzîkatî bêtir watedar e - IBM an Google. Li gorî Zagona Neven, em tenê çend meh dûr in ji dîtina xwenîşandanek bêkêmasî ya serweriya kuantûmê ji hêla yek an tîmek din ve. Û ev êdî ne perspektîfa "deh sal şûnda, yanî kî dizane kengê" ye.