Квантовите компютри - какво е това? Принципът на работа и снимка на квантовия компютър

Човечеството, както преди 60 години, отново е на ръба на голям пробив в областта на компютърните технологии. Много скоро квантовите компютри ще заменят днешните компютри.

Какъв напредък е постигнат

През 1965 г. Гордън Мур заяви, че през годината броят на транзисторите, които се вписват в силициев микрочип, се е удвоил. Този темп на напредък се забавя напоследък, а удвояването става по-рядко - веднъж на всеки две години. Дори такава скорост в близко бъдеще ще позволи на транзисторите да бъдат толкова големи, колкото един атом. Следваща - линията, която е невъзможно да се пресече. От гледна точка на физическата структура на транзистора, тя по никакъв начин не може да бъде по-малка от атомните стойности. Увеличаването на размера на чипа не отстранява проблема. Работата на транзисторите е свързана с освобождаването на топлинна енергия, а процесорите се нуждаят от висококачествена охладителна система. Многоядрената архитектура също не решава въпроса за по-нататъшния растеж. Постигането на върха в развитието на технологията на съвременните процесори ще се случи скоро.
Разработчиците разбраха този проблем в момент, когато потребителите просто започнаха да се появяват персонални компютри. През 1980 г. един от основателите на квантовата компютърна наука, съветският професор Юрий Манин, формулира идеята за квантовите изчисления. Година по-късно Ричард Фейман предлага първия компютърен модел с квантов процесор. Теоретичните основи на това как изглеждат квантовите компютри, формулира Пол Бениоф.

Принципът на квантовия компютър

За да разберем как работи новият процесор, е необходимо да имаме поне повърхностно познаване на принципите на квантовата механика. Няма смисъл да представяме тук математическите схеми и формулите за показване. Достатъчно е средният човек да се запознае с три отличителни черти на квантовата механика:

• Състоянието или положението на частицата се определя само с известна вероятност.
• Ако една частица може да има няколко състояния, тогава тя е във всички възможни състояния едновременно. Това е принципът на суперпозицията.
• Процесът на измерване на състоянието на една частица води до изчезването на суперпозицията. Характерно е, че измерването на състоянието на частицата, получено чрез измерване, се различава от реалното състояние на частицата преди измерванията.

От гледна точка на здравия разум - пълна глупост. В нашия обикновен свят тези принципи могат да бъдат представени по следния начин: вратата на стаята е затворена и в същото време отворена. Затворени и отворени по едно и също време.

Това е поразителната разлика между изчисленията. Нормален процесор работи в своите действия с двоичен код. Компютърните битове могат да бъдат само в едно състояние - имат логическа стойност от 0 или 1. Квантовите компютри работят с кубити, които могат да имат логическа стойност от 0, 1, 0 и 1 наведнъж. За да решат определени проблеми, те ще имат предимство в размер на милиони долари пред традиционните компютри. Днес вече има десетки описания на алгоритмите. Програмистите създават специален програмен код, който може да работи по нови принципи на изчисление.

Къде ще се използва новият компютър?

Новият подход в процеса на изчисление ви позволява да работите с огромни количества данни и да извършвате незабавни изчислителни операции. С появата на първите компютри някои хора, включително държавни служители, имаха голям скептицизъм относно използването им в националната икономика. Днес има хора, пълни със съмнения относно важността на компютрите от принципно ново поколение. За много дълго време техническите списания отказваха да печатат статии за квантовите компютри, смятайки тази насока за обикновен измамник, за да заблудят инвеститорите.

Нов начин на изчисление ще създаде предпоставки за научни открития във всички индустрии. Медицината ще реши много проблемни въпроси, които напоследък са натрупали доста. Ще бъде възможно да се диагностицира рак на по-ранен етап от заболяването, отколкото сега. Химическата индустрия ще може да синтезира продукти с уникални свойства.

Пробивът в космоса няма да отнеме много време. Полети до други планети ще станат същите ежедневни действия като ежедневни пътувания из града. Потенциалът, който се намира в квантовото изчисление, разбира се, трансформира нашата планета до неузнаваемост.

Друга отличителна черта, която притежават квантовите компютри, е способността на квантовите компютри бързо да изберат необходимия код или шифър. Редовен компютър изпълнява едно математическо решение за оптимизация последователно, преминавайки през една опция след друга. Квантовият конкурент работи незабавно с целия масив от данни, като незабавно избира най-подходящите опции в безпрецедентно кратко време. Банковите операции ще бъдат дешифрирани в един миг, че съвременните компютри не са достъпни.

Банковият сектор обаче не може да се тревожи - неговият метод ще бъде спасен чрез квантовия метод на криптиране с парадокс на измерване. Ако се опитате да отворите кода, сигналът ще бъде изкривен. Получената информация няма никакъв смисъл. Тайните служби, чийто шпионаж е често срещан, се интересуват от възможностите на квантовите изчисления.

Затруднения при проектирането

Трудността се състои в създаването на условията, при които квантовият бит може да бъде в състояние на суперпозиция за безкрайно дълго време.

Всеки кубит е микропроцесор, който работи на принципите на свръхпроводимостта и законите на квантовата механика.

Около микроскопичните елементи на логическата машина се създават редица уникални екологични условия:

• температура 0.02 градуса по Келвин (-269.98 градуса по Целзий);
• система за защита от магнитно и електрическо излъчване (намалява въздействието на тези фактори с 50 хиляди пъти);
• система за разсейване на топлината и вибрации;
• вакуум на въздуха под атмосферното налягане 100 милиарда пъти.

Лекото отклонение на околната среда причинява незабавна загуба на състояние на суперпозиция от Qbits, което води до неизправност.

Пред цялата планета

Всичко това може да се дължи на креативността на възпаления ум на писателя на фантастични истории, ако Google заедно с НАСА не са придобили квантовия компютър D-Wave, чийто процесор съдържа 512 кубита, от канадската изследователска корпорация.

С него лидерът на пазара на компютърни технологии ще реши проблемите на машинното обучение при сортирането и анализирането на големи масиви от данни.

Важно изявление бе направено от Сноуден, който напусна САЩ - НСА също планира да развие своя квантов компютър.

2014 г. - началото на ерата на D-Wave системите

Успешният канадски състезател Йорди Роуз, след сделка с Google и НАСА, започна изграждането на 1000-кубитов процесор. Бъдещият модел ще надмине първия търговски прототип най-малко 300 хиляди пъти по скорост и обем на изчисленията. Квантовият компютър, чиято снимка се намира по-долу, е първата в света търговска версия на принципно нова изчислителна технология.

Занимаващ се с научни изследвания и разработки, той беше провокиран от запознанството му в университета с творбите на Колин Уилямс за квантовите изчисления. Трябва да кажа, че Уилямс днес работи в Rose Corporation като мениджър на бизнес проекти.

Пробив или научна измама

Какво представляват квантовите компютри, Роуз не знае напълно. За десет години неговият екип премина от създаването на 2-кубитов процесор към днешното първо комерсиално създаване.

От самото начало на изследването, Роуз се опитва да създаде процесор с минимален брой хиляди кубити. И той трябваше да има търговски вариант - да продава и да печели пари.

Мнозина, познавайки манията на Роуз и търговската проницателност, се опитват да го обвинят в фалшификация. Привидно за квантовата, издадена най-обикновения процесор. Това се улеснява от факта, че феноменалната скорост на новата техника се проявява при извършване на определени видове изчисления. За останалото се държи като напълно обикновен компютър, само много скъп.

Кога ще се появят

Изчакайте, не е дълго. Изследователска група, организирана от съвместни купувачи на прототипа, ще докладва за резултатите от изследванията в D-Wave в близко бъдеще.
Вероятно скоро ще настъпи момент, в който квантовите компютри ще превърнат нашето разбиране за света наоколо. И цялото човечество в този момент ще достигне по-високо ниво на своята еволюция.