Перший квантовий комп’ютер майже готовий
Автор: Богдан Бішок/Дата публікації: 02.03.2017 16:02
Міжнародна команда вчених вперше представила проект з побудови першого квантового комп'ютера, який зробить революцію в обчислювальних технологіях і вирішить складні проблеми та загадки Всесвіту - таких проблем, на які сьогодні потребують мільйони найпотужніших комп'ютерів. або навіть мільярди років, щоб їх вирішити.
Давно відомо, що така квантова обчислювальна система має необмежений потенціал для революції в галузі інформатики, науки та економіки в масштабі, порівнянному з масштабом винаходу перших комп'ютерів у 1940-х роках, згідно матеріалу, який оголосив про проект будівництва квантового комп'ютера, який був опублікований в останньому номері американського журналу Science Advances, пише Agerpres.
Координатор цього проекту Вінфрід Хенсінгер, професор Університету Сассекса, Великобританія, наголосив, що цього разу це збірка такого функціонального комп’ютера, а не чергове академічне дослідження потенціалу такої машини.
Для побудови такого комп’ютера дослідники використовуватимуть мікрохвилі для управління окремими атомами. "Ми використовуємо нові концепції, які можуть значно спростити конструкцію квантового комп'ютера", - сказав Вінфрід Хензінгер, який також є директором групи Іонних квантових технологій в Університеті Сассекса.
Команда дослідників за два роки створить невеликий прототип квантового комп’ютера, який буде інтегрувати всі існуючі технології, необхідні для підтвердження концепції. У епоху, коли комп’ютери на основі кремнію стали настільки маленькими, щоб вмістити їх у будь-якій кишені, і практично будь-який стільниковий телефон є комп’ютером у кілька разів потужнішим за найпотужніші комп’ютери початку 21 століття, команда Вінфріда Хенсінгер пропонує повернутися до комп'ютерів формату "максі" перших днів обчислень з квантовим комп'ютером, який, ймовірно, займе цілу велику будівлю.
Величезна квантова техніка буде обладнана складною вакуумною системою та модулями з кремнієвими квантовими чіпами, які будуть містити частинки, збуджені в електричних полях. Такий комп'ютер буде базуватися на квантових властивостях речовини, згідно з якими елементарна частинка може мати одночасно різні стани, переходячи з одного в інший стрибком, а не безперервно.
Ці характеристики пропонують експоненціальний обчислювальний потенціал, вищий, ніж у сучасних комп’ютерів, що використовують двійкову систему 0 або 1. Квантовий комп’ютер - це комп’ютер, робота якого базується на квантових явищах суперпозиції та «заплутаності» (квантова нерозривність) і використовує «qubiti». "замість класичних бітів інформації. Хоча біти можуть бути 1 або 0, кубіт може бути 1, 0 або будь-яка їх квантова суперпозиція, що автоматично дозволяє проводити більшу експоненціальну кількість обчислень за коротший експоненціальний інтервал часу.
Кубіти можуть це зробити, оскільки квантова механіка дозволяє суперпозицію різних станів - квантова частинка насправді не перебуває в жодному з можливих станів, поки її не спостерігають, тобто поки вона не взаємодіє зі світом кількісно, відповідно до опублікованих пояснень. у статті на цю тему Live Science. Суперпозиція не означає, що частинка просто перебуває в невидимому стані, але що вона може існувати одночасно у двох станах (не 0 або 1, а також 0 і 1).
Суперпозиція, яка робить квантові обчислювальні машини настільки потужними, робить їх надзвичайно важкими для побудови. Накладені іони повинні бути ідеально ізольовані від навколишнього середовища, щоб не втратити цю квантову якість. Навіть трохи тепла, що виділяється поблизу, може призвести до "колапсу" іонів у накладеному квантовому стані в один з потенційних станів, і тоді обчислювальні надмісткості квантового комп'ютера фактично зменшуються вдвічі.
Різні інтегровані частини або інтерфейси майбутнього квантового комп’ютера будуть пов’язані між собою електричними полями, а не кабелями та штекерами, як у сучасних комп’ютерах. Цей новий підхід дозволяє в 100 000 разів пришвидшити циркуляцію електрично заряджених частинок між різними інтерфейсами машини.
У новій архітектурі кожне з'єднання складається з чотирьох електродів, які стикаються, утворюючи "перетин". Під електродами проходять провідники, які несуть струм для генерації магнітного поля. Це магнітне поле контролює рух іонів, що містять дані, які рухаються з області, де вони отримують ці дані, від одного електрода, поки вони не зустрінуть інший іон в зоні "заплутаності" на протилежному електроді, за словами Хензінгера.
Мікрохвилі спрямовані до двох іонів у момент їх зустрічі, таким чином стаючи "заплутаними" або квантово нероздільними. Це означає, що все, що відбувається з одним з іонів, миттєво відображатиметься на другому іоні. На цьому етапі іони отримують значення 1 або 0, але точне значення, яке вони отримують, залишається невідомим. Знову змінюючи магнітне поле, іон, який отримав таке значення і таким чином став "носієм даних", повертається до "перетину" між електродами, звідки він починається до третього електрода, у так званій області виявлення, коли лазерна хвиля потрапляє на іон і визначає його стан - 1 чи 0.
Такий комп'ютер може виконати факторіальне обчислення 614-значного числа за 110 днів, на думку вчених, які беруть участь у проекті - тобто він може помножити це число на всі натуральні числа, менші за нього, мінус 0 (наприклад, 4 факторіал - це 4x3x2x1 = 24, тоді як 15 факторіал - це 15x14x13 ... x1 = 1 307 674 368 000 - щоб з'ясувати, наскільки швидко зростає значення цих результатів). Така величезна кількість використовується в процесах шифрування. Щоб дати вам уявлення про те, що це означає, DigiCert, американська компанія, яка пропонує цифрові сертифікати для регулярного безпечного зв'язку, пояснює, що якби 1000 настільних систем з поточною продуктивністю почали враховувати 614-значне число в час народження Всесвіту, приблизно 13,7 мільярда років тому, ще не завершив би цей розрахунок.
Цей проект є частиною програми британського уряду з розвитку квантових технологій з метою забезпечення їх промислової експлуатації. У цьому проекті беруть участь групи дослідників з Університету Сассекса, які співпрацюють з експертами Google, Датського університету в Орхусі, Японського дослідницького інституту RIKEN та Німецького університету Зіген. Початок цього проекту було оприлюднено в надії, що інші блискучі уми в галузі інформатики та електроніки приєднаються до сприяння народженню першого квантового комп'ютера.
"Цей проект є важливим кроком на шляху створення першого квантового комп'ютера, але шлях до такої обчислювальної системи ще довгий", - сказав Тобі Кубітт, член Королівського суспільства з питань теорії квантової інформації. в університетському коледжі Лондона, який не бере участі у цьому проекті.