Kvantdator

Att öka teknikens datorkraft är en av huvuduppgifterna för forskare och ingenjörer. En kvantdator kan lösa det. Enheten utvecklas av Google, IBM, Intel och andra företag. Teoretiskt kommer en kvantdator att fungera 100 miljoner gånger snabbare än vanligt.

Vad är en kvantdator?

En sådan beräkningsenhet fungerar inte med bitar, utan med qubits. På grund av detta kan en kvantdator samtidigt bearbeta alla möjliga tillstånd för ett objekt. Men i praktiken utför superdatorer samma antal logiska operationer per minut..

fördelar

Den största fördelen med den nya tekniken är kvantöverlägsenhet. Detta är datorenheternas förmåga att lösa uppgifter som är otillgängliga för kraftfulla superdatorer. Inte alla forskare stöder idén att skapa en sådan dator. Det huvudsakliga argumentet mot detta är omöjligheten att kontrollera riktigheten av den erhållna lösningen. Under beräkningar kan enheten göra ett misstag genom att blanda upp 0 och 1, och det kommer inte att vara möjligt att identifiera problemet.

Just nu är det största problemet med att skapa kvantöverlägsenhet stabiliteten hos qubits. Dessa element kräver noggrann hantering: oavsiktligt brus eller vibration leder till dataförlust som datorn kunde beräkna. För stabil drift av utrustningen bör omgivningstemperaturen inte vara mer än 20 mK.

Hur fungerar qubit?

I standarddatorer representeras information i binär kod. Bitarna för lagring och bearbetning av data tar värdena 0 eller 1. Transistorer utför matematiska operationer, och resultatet av den binära kodomvandlingen visas på skärmen.

Qubit är en enhet för informationslagring i en kvantdator. Förutom 0 och 1 kan den vara i ett obestämd gränstillstånd som kallas superposition. För att få en kvbit måste du ta en atom, fixa och stabilisera den, skydda den från främmande strålning, binda den till en annan atom.

Ju fler sådana element är sammankopplade, desto stabilare fungerar systemet. För att överträffa en klassisk superdator måste du binda mer än 49 qubits. Det är mycket svårt att göra detta: atomer, oavsett material som används, är alltid instabila.

Kvantberäkning

Teorin säger att utan interaktion med andra partiklar har elektronen inte entydiga koordinater i atombanan. Först under mätningen försvinner osäkerheten och partikelns placering blir känd.

Förändringarnas sannolikhet tillåter användning av kvantberäkning för att söka på ostrukturerade databaser..

Superposition och dämpning

Datadrift är baserat på två mekaniska fenomen:

1. Förvirring. Ett fenomen där tillståndet för två eller flera objekt är beroende av varandra. Till exempel, i två fotoner i ett intrasslat tillstånd, kommer helicitet att vara negativt och positivt. Förhållandet kvarstår om du tar bort objekt från varandra i rymden.
2. Sammanhängande superposition. Samtidigt påverkan på partikeln av alternativa (ömsesidigt exklusiva) förhållanden.

decoherence

Detta är en process där tillståndet för ett kvantsystem blir okontrollerbart. Decoherence uppstår när många qubits beror på varandra. Problemet uppstår när datorn interagerar med strålning, kosmiska strålar eller ett magnetfält..

Olika metoder används för att skydda datorer från ”rullande” till vanliga dataprocesser. D-Wave Systems kyler atomer till noll för att skydda dem från yttre påverkan. Kvantprocessorn placeras i skyddsskal, så den färdiga enheten är mycket skrymmande.

Sannolikheten för att skapa en kvantdator

En kvbit kan inte byggas av flera partiklar, och endast atomer kan vara i önskat tillstånd. Som standard är dessa flera partiklar ouppställda. Kinesiska och kanadensiska forskare försökte använda fotonchips för att utveckla en dator, men forskningen lyckades inte.

Befintliga typer av kvantdatorer:

• i halvledande kiselkristaller;
• på elektroner i kvällsprickor i halvledare;
• i mikrokaviteter med enkel kavitet;
• på linjära optiska element;
• på joner i en endimensionell kristall fångad i Paul.

Kvantberäkning involverar en sekvens av operationer som utförs med en eller flera qubits, vilket orsakar förändringar i hela systemet. Uppgiften är att välja från alla dess tillstånd den korrekta som ger resultatet av beräkningarna. Det kan finnas så många stater som möjligt, så nära det sanna som möjligt.

Noggrannheten i dessa beräkningar skiljer sig nästan alltid från enhet..

En fullfjädrad kvantdator kräver betydande framsteg inom fysiken. Programmeringen bör vara annorlunda än nuvarande. Kvantberäkningsenheter kommer inte att kunna lösa problem som går utöver kraften hos vanliga, utan kommer att påskynda lösningarna för de som de hanterar..

Det senaste genombrottet var skapandet av Bristlecone-processor av Google. Våren 2018 avgav företaget ett uttalande om att få en 72-bitars processor, men dess principer för arbetet godkände inte. Det tros att för att uppnå ”kvantöverlägsenhet”, när en dator börjar överskrida det vanliga, kommer 49 bits att krävas. Google uppnådde villkoret, men sannolikheten för beräkningsfel (0,6%) förblev över det som krävs.

Var kan kvantdatorer användas?

Modern kryptografi bygger på det faktum att det är omöjligt att snabbt sönderdela ett nummer till 40-50 tecken. Det kommer att ta 1-2 miljarder år för klassiska datorer att göra detta. En kvantdator gör dessa matteberäkningar på 25 sekunder. Detta innebär att alla krypteringsalgoritmer kan brytas direkt..

Andra tillämpningar av kvantberäkningsenheter:

• kemisk reaktionsmodellering;
• Artificiell intelligens;
• ny läkemedelsutveckling.

Moderna kvantdatorer vet inte hur.

Enheter kan utföra en matematisk algoritm med enorm prestanda..

De förvärvas av stora företag, till exempel för att samla in användarstatistik.