Kvantu palielinājums dažāda veida datoram

S. Debnath

Kvantu datori, kas spēj veikt prātam neaptveramus aprēķinus, beidzot ir pie apvāršņa. Bet kā izskatīsies pirmās noderīgās mašīnas?

Nozares smagie hitters, tostarp IBM , Google , Microsoft , un Intel , kā arī daži jaunuzņēmumi, piemēram, Skaitļošanas noraidījumi un Iekļautas kvantu shēmas , tie visi nepārtraukti virzās uz jaudīgākiem kvantu datoriem, izmantojot supravadošās ķēdes, kas atdzesētas līdz ekstremālām temperatūrām.

Tikmēr divas pētnieku grupas ir pierādījušas, ka pieeju, kuru nozare lielā mērā ignorē, izmantojot iesprostotos atomus, lai veiktu aprēķinus, var palielināt līdz jaunam sarežģītības līmenim un izmantot vērtīga darba veikšanai. Rezultātā iegūtās sistēmas nav universāli kvantu datori, kas spēj veikt jebkādus aprēķinus, taču tie liecina, ka atomu pieejai var būt lielāks potenciāls, nekā paredzēts. Darbs arī liecina, ka atomi galu galā varētu piedāvāt labāku veidu, kā pārvērst laboratorijas sistēmas par liela mēroga praktiskiem kvantu datoriem.

Supravadītāja pieeja ir izrādījusies veiksmīga daļēji tāpēc, ka inženiertehniskās metodes, ko izmanto silīcija shēmu izgatavošanai, pēdējo desmitgažu laikā ir pilnveidotas (sk. 10 Breakthrough Technologies 2017: Practical Quantum Computers). Bet ir iespējams izveidot kvantu datoru, izmantojot plašu pieeju klāstu.

Saistīts stāsts

Saistīts stāsts

In divi papīri publicēts šodien žurnālā Daba MIT un Hārvardas komanda Kembridžā, Masačūsetsā un vēl viena no Merilendas universitātes un Vašingtonas Nacionālā standartu institūta, atklāj, ka viņi ir izveidojuši specializētus kvantu kalkulatoru veidus, no kuriem katrs izmanto vairāk nekā 50 kubitus. pārsniedz to, kas tika pierādīts iepriekš. Abos gadījumos pētnieki izveidoja kvantu simulatorus, mašīnas, kas spēj izmantot analogos aprēķinus, lai modelētu kvantu daļiņu mijiedarbību.

Abas sistēmas izmanto atomus, bet darbojas dažādos veidos. MIT-Harvard sistēma apstrādā 51 kubitu, izmantojot lāzerus, lai notvertu neitrālos atomus ierosinātā stāvoklī. Maryland-NIST iekārta, kas apstrādā 53 kubitus, notver iterbija jonus vietā, izmantojot zeltu pārklātus elektrodus. Kopā viņi liek domāt, ka alternatīva pieeja kvantu mašīnu veidošanai tomēr varētu radīt izaicinājumu tam, ko izmanto nozare.

Lai gan mūsu sistēma vēl nav universāls kvantu dators, mēs varam to efektīvi programmēt, kontrolējot mijiedarbību starp kubitiem, saka. Mihails Lūkins , Hārvardas fiziķis, kurš izstrādāja vienu no sistēmām sadarbībā ar Vladans Vuletičs MIT.

Vils Zengs, uzņēmuma Rigetti Computing pētnieks, kurš ir saņēmis desmitiem miljonu lielu riska finansējumu, lai īstenotu kvantu skaitļošanu, saka, ka kvantu simulācija šādā mērogā ir nozīmīgs solis. Faktiski kvantu efektu simulēšana bija kvantu datora sākotnējais mērķis ierosināts fiziķis Ričards Feinmens vairāk nekā pirms 40 gadiem. Tagad zinātnieki spēj parādīt dažus potenciālus, kas raksturīgi kvantu datoriem, tāpēc rezultāti ir aizraujoši, viņš saka.

Kvantu datori darbojas principiāli atšķirīgi no parastajiem datoriem. Kamēr parasts dators ņem bināros informācijas bitus, kas tiek kodēti kā vai nu viens vai 0 , un veic tos aprēķinus vienu pēc otra, kvantu dators izmanto divas pretintuitīvas kvantu mehānisma iezīmes — sapīšanās un superpozīcija —, lai veiktu aprēķinus paralēli. Rezultātā tas var aprēķināt ar lielu informācijas daudzumu daudz īsākā laikā. Vairāki desmiti kvantu bitu vienā solī var veikt aprēķinus ar miljardiem informācijas vienību.

Šī tehnoloģija gadiem ilgi palika fiziķu sapnis, taču tai neapšaubāmi ir milzīgs potenciāls. Tagad pieaug satraukums par to, ka beidzot tiks uzbūvētas mašīnas, kas spēj veikt noderīgu darbu.

50 kubitu etalons ir nozīmīgs, jo ap šo punktu kvantu mašīnas kļūst spējīgas veikt aprēķinus, kurus būtu grūti, ja ne neiespējami, darbināt pat vislielākajā pieejamajā superdatorā. Daži zinātnieki to dēvē par kvantu pārākumu (skatiet Google Reveals a Blueprint for Quantum Supremacy un IBM paaugstina latiņu ar 50 kubitu kvantu datoru ). Gan IBM, gan Google izstrādā vispārējas nozīmes supravadošus kvantu datorus, kas spēj izmantot aptuveni tādu pašu kubitu skaitu.

Iespējams, vēl svarīgāk ir tas, ka kubiti jaunajās atomu sistēmās var būt labāk piemēroti mērogošanas palielināšanai, saka Kriss Monro , Merilendas Universitātes profesors un viena no dokumentiem vadošais autors. Cietvielu sistēmu kubiti nav identiski, tas nozīmē, ka sistēma ir rūpīgi jākalibrē, un tas var būt sarežģīti, palielinoties mašīnas izmēram. Turpretim kubiti, kas izgatavoti, izmantojot atomus, ir grūtāk kontrolējami, taču ir identiski un tiem nav nepieciešama regulēšana. Atomi savā ziņā ir ideāls kubīts, saka Monro. Viņš piebilst, ka atomu sistēmas var izrādīties vieglāk pārkonfigurējamas, padarot tās piemērotākas plašāka problēmu klāsta risināšanai.

Tas nenozīmē, ka nevienam būs viegli izveidot lielākas, praktiskākas kvantu sistēmas. Mēs domājam, ka varam vienkāršā veidā pāriet uz aptuveni tūkstoš kvantu bitu, taču tālāk par to situācija nav tik skaidra, saka Vuletičs.

Tikpat svarīgi ir tas, ka mēs saņemam tikai mājienus par to, cik kvantu datori patiešām būs noderīgi. Šī gada septembrī publicētajā nozīmīgajā pētījumā IBM komanda izmantoja kvantu datoru, ko sauc par IBM Q, lai modelētu berilija hidrīda struktūru, kas ir vissarežģītākā molekula, kas jebkad ir analizēta šādā veidā.

Mēs, iespējams, neuzzināsim, uz ko šīs mašīnas ir spējīgas, kamēr vēl daudzi inženieri un programmētāji tās neiegūs. Mēs sākam pāriet ārpus fizikas laikmeta uz kvantu inženieriju, saka UMD Monro.

paslēpties