Viimaste kuude jooksul on palju räägitud kvantarvutus, uus tehnoloogia, mida paljud eksperdid ei kõhkle klassifitseerimast arvutite tulevikuks, hoolimata asjaolust, et võime eksimatust kartmata öelda, et see on alles lapsekingades, st peame veel palju aega pühendama uurimis- ja arendustegevusele, uute prototüüpide valmistamisele ja laboratoorsetele testidele, kuni saame seda tõepoolest teist tüüpi keskkondades kasutada.
Vaatamata sellele on veel palju tööd teha, kuid tõsi on see, et on palju tipptasemel tehnoloogiaettevõtteid, kes üritavad leida parimat viisi, kuidas alustada ära kasutama kõigele, mida me täna kvantarvutusest teame. Üksikasjalikult öelge teile, et selles valdkonnas tegutsevatest suurtest ettevõtetest leiame IBMi, Microsofti või Google'i, viimased ja hoolimata sellest, kui keeruline on teada selle tehnoloogia praegust toimivust, teatas vaid mõni kuu tagasi, et selle uusim prototüüp, dubleeritud D-Wave 2X, oli see a 100 korda kiirem kui tavaline arvuti.
Mis on kvantarvutus?
Kvantarvutus on uus tehnoloogia, mida nimetatakse, nagu me ütlesime, selleks arvutite tulevik. Esimene asi, mis selle juures eriti silma torkab, on see, et töötades praegu nn bittidega - minimaalse teabeühikuga, millel võib selles uues ja keerulises tehnoloogias olla ainult kaks väärtust (null või üks), töötame edasi niinimetatud kubitid kus mitte ainult ei saa olla null või üks, vaid on ka võimalik, et esineb kattuvus või mõlema kombinatsioon.
Selle veidi paremaks selgitamiseks peame tuginema füüsikale ja konkreetselt, nagu mõned eksperdid selgitavad, energia säästmise põhimõte, mis kindlasti kõlab nagu sina ja see selgitab, et isoleeritud süsteemi energia on alati konserveeritud. See põhimõte ütleb meile näiteks, et kui suudaksime välja töötada süsteemi, kuhu saaksime panna ainult ühe klaasi, ei oleks selles mingit hõõrdumist ja see pöörleb umbes 5 pööret sekundis, kuna pole välise mõju tõttu pöörleks see alati sama kiirusega.
Näitega jätkates kujutage ette, et antud ajahetkel jaguneb meie klaas kaheks. Välist mõju endiselt pole, seega tuleks seda pöörlemiskiirust säilitada. Sel viisil, kui üks kahest prillist jätkab pöörlemist kiirusega 5 pööret sekundis, ei saa teine pöörlemist, kuna pöörded oleksid ilmunud kusagilt, mida füüsika sõnul ei saa juhtuda. Põhimõtteliselt ütleb see põhimõte meile, et kui teame ühe klaasi pöörlemiskiirust, siis teate automaatselt, mis see teine on, kuna see on omavahel läbi põimunud.
Kuigi näide pole võib-olla väga hea, loodan, et olete sellest aru saanud, aitab see meil teada, et kuigi kubiti olekuid võib olla mitu, on tõde see, et Ühe oleku tundmine aitab meil täpselt teada teise olekut, nii kaugel see ka pole.
Nüüd võib see veidi keerulisemaks muutuda, kuna teame meie toodud näites, et ühel kõnealusest anumast on spetsiifiline pöörlemiskiirus ja suund, mis pole kvantmaailmas enam päris selline. kahel üksusel selles maailmas võib olla mitu üksteise peal paiknevat kiirust ja pöörlemissuunda, juhtub see, et kiiruse mõõtmise hetkel fikseerime suuna.
Kvantfüüsika võib sellega veel palju keerulisemaks muutuda oleku kattumine, kuid tõsi on see, et minu füüsika tase on natuke piiratud, kuigi ma arvan, et hoolimata asjaolust, et kui olete füüsik, võite leida ebatäpsuse, arvan, et kontseptsioon on olnud kvantarvutuste jätkamiseks selge.
Kui oleme hetkeks füüsikateooriaga tegelenud, on aeg jätkata kvantarvutuste ja qubits'iga mõista, miks see tehnoloogia võib olla nii võimas. Kujutage ette, et meil on kubiteid, nagu me juba varem mainisime, ainuüksi fakt, et näiteks veerand pööret pööratakse, muudaks selle vertikaalset ja horisontaalset pöörlemist, mis annab meile tulemuseks, et sisendoperatsiooniga , saame kaks tulemust.
Kui komplitseerime probleemi natuke rohkem, lisades võrrandile uue kubiti, on meil nii, et igal neist on mitu olekut, oma vertikaalne ja horisontaalne võnkumine ning teise kubiti vertikaalne ja horisontaalne võnkumine, keerates nüüd ühte veerandpööret Muudetakse nelja parameetrit, mis tähendab, et sisendtoimingu abil saab teha neli toimingut.
Lisades operatsioonile uusi kvartite, võib see kasvada eksponentsiaalselt operatsioonide osas, mis viiakse läbi ainult ühe sisestustoiminguga. Kujutage ette, et saame süsteemi, kus meil on n kvartiti, kus n on teie juhuslikult valitud arv, nagu me oleme varem kommenteerinud, salvestab kviit teavet nii oma vertikaalse ja horisontaalse võnkumise kui ka kõigi süsteemi quitite kohta, seega ümberkujundamisega, kuhu võiksime jõuda sooritage 2 tõstetoimingut.
Jättes kogu selle teooria veidi kõrvale ja rakendades seda kõike, kujutage ette, et teil õnnestub luua WiFi-signaali jaoks WPA2-PSK-võti, see võti on loodud täiesti juhuslikult ilma reaalsete sõnadeta ja maailmas pole ühtegi programmi, mis oleks võimeline esitama sõnaraamaturünnakud võivad seda teada. Ilmselt ja ekspertide sõnul võib kümnekohaline parool kasutada tavalist arvutit mitu aastat toore jõu rünnakuid korraldades. Kui see arvuti kasutab tavapärase varustuse asemel kvantarvutusi, see võtaks mitu sekundit lahenduse leidmisel.
Kuhu viib kvantarvutus meid?
Tõde on see, et praegu ei tea keegi, mida peaksime ootama nii uudsest tehnoloogiast kui see on, ehkki parim viis mõista, kus me praegu oleme, on proovida rääkida kõigist uudistest, mis suurtel tehnoloogiaettevõtetel on viimastel kuudel esitletud teadlaste meeskonnad töötavad väsimatult kvantarvutite arendamise ja arendamise kallal nii riist- kui ka tarkvara tasandil.
Viimaste tööde järgi, mille kohta Google on mingisugust uudsust kommenteerinud, leiame selles valdkonnas, et nad sõna otseses mõttes loodavad saada lühikese aja jooksul kvantarvutuste osas kõige suurema võimsusega ettevõtteks. Nii on see, et nad loodavad selle 2017. aasta esimese sammuni jõuda tänu oma muljetavaldava D-laine arengule, mis sai just uue kuuebitiline kiip.
Kui jätkame Google'i tüüpide viimaste avaldustega, leiame, et see on alles esimene samm, sest ilmselt on neil õnnestunud välja töötada uus tootmismetoodika, mis võimaldaks neil, või nii on John Martinis väljendanud Google'i juht kvantarvutuste uurimisrühm, areneda palju kiiremini. See võimaldab neil täna töötada uute kiipide kujundustega vahemikus 30-50 kubitit.
Teiselt poolt ei unusta Google, et ükskõik kui palju riistvara jõuate, vajate a tarkvara see võib olla ülesanne ja arvestades seda tüüpi süsteemide spetsialiseerumist, ei tea me praegu kindlalt, kuidas arendada keelt, mis suudaks ära kasutada kõiki selle tehnoloogia eripära, ehkki vähehaaval on ka selles valdkonnas saavutatud uusi samme, millel võib olla erilisi tagajärgi ja mida saab kasutada näiteks turvalisuse, krüptograafia või tehisintellekti teemadel.
Google'i kõrvale jättes peame edasi rääkima IBM, ettevõte, mis võib-olla tavaliselt ei lähe oma edusammudega lahingusse ja võib tunduda, et läheb natuke "oma teed", kuid mis teeb üsna märkimisväärseid edusamme tänu näiteks ideele hankida igasuguseid arendajaid kaasatud. Tema on just selle idee luua a site kus iga kasutaja saab oma viie qubit kiibi proovile panna.
Kohta Microsoft, paar kuud tagasi oli meil teavet selle kohta, et nad töötavad endiselt oma omapärase kvantarvutuste mõistmise viisi kallal, panustades täiesti teisele rajale kui sellel omapärasel võistlusel nagu Google või IBM. Peamine mõte oli teha koostööd skaleeritav kvantarvutus. Selle idee väljatöötamiseks oli ettevõte palganud mitu tunnustatud teadlast, et arendada välja nn topoloogilised qubitid, süsteem, mis põhineb osakesteks, mida nimetatakse ükskõik millisteks, mis füüsika järgi eksisteerivad ainult kahes dimensioonis.
Tahaksin lõpuks lõpetada visiooni, mis neil on Intel, kus nad panustavad otse ränitransistoride kasutamisele ka selle uue tehnoloogia või huvitava projekti jaoks, mille on välja töötanud ja ellu viinud Bristoli ülikool ja NTT ettevõte Millest nad on suutnud välja töötada footonikiibi, mis võiks olla kvantarvutuses multitegumtöötluse aluseks. Üksikasjalikult öelge teile, et vastutavate isikute sõnul saab tänu uue kiibi kasutamisele tööd, mis seni võtsid terve aasta, täita vaid mõne tunniga, mis näitab nende keerukuse astet. eriti selle muljetavaldav jõud.
Hoolimata asjaolust, et miniatuurimise, protsesside optimeerimise ja muude aspektide kallal töötatakse endiselt selle nimel, et aasta-aastalt areneda ja pakkuda üha võimsamaid arvuteid, on tõsi, et tulevik on see tehnoloogia tuua kõikidesse kodudesse. Jääb üle oodata, kas Google suudab selle aasta lõpuks tõepoolest välja töötada 50-bitise kiibi, ehkki peame tunnistama, et selle klassi ettevõtted on eksperdid, kes teevad homme reaalsuse, mis meie arvates on täna võimatu.