Квантовый компьютер – объясните для «чайников»? Как работает компьютер квантовый
Как это работает? | Квантовый компьютер: luckyea77
Квантовый компьютер — это вычислительное устройство, которое использует явления квантовой механики для передачи и обработки данных. Идея квантовых вычислений была независимо предложена Юрием Маниным и Ричардом Фейнманом в начале 80-х годов прошлого века. С тех пор была проделана колоссальная работа по созданию квантового компьютера. Однако полноценный универсальный квантовый компьютер все еще является гипотетическим устройством, возможность разработки которого связана с серьёзным развитием квантовой теории. К настоящему моменту были созданы единичные экспериментальные системы с алгоритмом небольшой сложности. Как же работает квантовый компьютер — об этом в сегодняшнем выпуске!
Основное отличие квантового компьютера от классического заключается в представлении информации. В обычных компьютерах, работающих на основе транзисторов и кремниевых чипов, для обработки информации используется бинарный код. Бит, как известно, имеет два базовых состояния — ноль и единицу, и может находиться только в одном из них. Что же касается квантового компьютера, то его работа основывается на принципе суперпозиции, а вместо битов используются квантовые биты, именуемые кубитами. У кубита также имеется два основных состояния: ноль и единица. Однако благодаря суперпозиции кубит может принимать значения, полученные путем их комбинирования, и находиться во всех этих состояниях одновременно. В этом заключается параллельность квантовых вычислений, то есть отсутствие необходимости перебирать все возможные варианты состояний системы. Кроме того, для описания точного состояния системы квантовому компьютеру не нужны огромные вычислительные мощности и объемы оперативной памяти, так как для расчета системы из 100 частиц достаточно лишь 100 кубитов, а не триллион триллионов бит.
Также стоит отметить, что изменение состояния определенного кубита в квантовом компьютере ведет к изменению состояния других частиц, что является еще одним отличием от обычного компьютера. И этим изменением можно управлять. Процесс работы квантового компьютера был предложен британским физиком-теоретиком Дэвидом Дойчем в 1995 году, когда он создал цепочку, способную выполнять любые вычисления на квантовом уровне. Согласно его схеме, для начала берется набор кубитов и записываются их начальные параметры. Затем выполняются необходимые преобразования с использованием логических операций и записывается полученное значение, которое и является результатом, выдаваемым компьютером. В роли проводов выступают кубиты, а преобразования совершают логические блоки.
По словам ученых, квантовые компьютеры будут в миллионы раз мощнее нынешних. Уже сейчас описаны самые разнообразные алгоритмы работы квантового компьютера, и даже разрабатываются специальные языки программирования. По прогнозу исследователей Cisco Systems, полноценный рабочий квантовый компьютер появится к середине следующего десятилетия. Лидером в этой области является Япония: более 70% всех исследований приходится на эту страну.
luckyea77.livejournal.com
что это, как работают, какие перспективы?
О квантовых компьютерах много пишут, спорят, делают новые открытия. Но кого не спроси, что это такое, то не получаешь четкого ответа. Давайте разберемся с этой темой.
Если верить определению из Википедии, квантовый компьютер представляет собой вычислительное устройство, использующее явления квантовой суперпозиции и квантовой запутанности для передачи и обработки данных. Звучит запутанно и непонятно? Это только на первый взгляд, хотя сложных и непонятных терминов, связанных с этой технологией еще очень много.
Содержание
- Как работает квантовый компьютер?
- Результат работы квантового компьютера
- Системные недостатки квантового компьютера
- Первые попытки создания квантового компьютера
- Разработки компании D-Wave Systems
- Где могут пригодиться квантовые компьютеры?
- Насколько мы близки к созданию КК?
Как работает квантовый компьютер?
Квантовый компьютер (КК) — это вычислительное устройство, которое использует явления квантовой механики для передачи и обработки данных. Идея квантовых вычислений была независимо предложена Юрием Маниным и Ричардом Фейнманом в начале 80-х годов прошлого века. С тех пор была проделана колоссальная работа по их созданию. Однако полноценный универсальный квантовый компьютер все еще является гипотетическим устройством, возможность разработки которого связана с серьёзным развитием квантовой теории. К настоящему моменту были созданы единичные экспериментальные системы с алгоритмом небольшой сложности.
Основное отличие квантового компьютера от классического заключается в представлении информации. В обычных компьютерах, работающих на основе транзисторов и кремниевых чипов, для обработки информации используется бинарный код. Бит, как известно, имеет два базовых состояния — ноль и единицу, и может находиться только в одном из них. Что же касается квантового компьютера, то его работа основывается на принципе суперпозиции, а вместо битов используются квантовые биты, именуемые кубитами. У кубита также имеется два основных состояния: ноль и единица. Однако благодаря суперпозиции кубит может принимать значения, полученные путем их комбинирования, и находиться во всех этих состояниях одновременно. В этом заключается параллельность квантовых вычислений, то есть отсутствие необходимости перебирать все возможные варианты состояний системы. Кроме того, для описания точного состояния системы квантовому компьютеру не нужны огромные вычислительные мощности и объемы оперативной памяти, так как для расчета системы из 100 частиц достаточно лишь 100 кубитов, а не триллион триллионов бит.
При любом изменении кубита он меняет свое состояние случайным образом, а за счет наличия связи между кубитами параллельно свое состояние меняют и связанные кубиты. Набор связанных кубитов принято называть квантовым регистром, который за счет возможного множества комбинаций (суперпозиций) входящих в него кубитов значительно информативнее классического битового регистра. Непосредственно наблюдать за состоянием кубита или квантового регистра нельзя. В то же время кубиты могут обмениваться своим состоянием и преобразовывать его, что, собственно, и позволяет создать компьютер, реализующий параллельные вычисления на физическом уровне.
Также стоит отметить, что изменение состояния определенного кубита в квантовом компьютере ведет к изменению состояния других частиц, что является еще одним отличием от обычного компьютера. И этим изменением можно управлять. Процесс работы КК был предложен британским физиком-теоретиком Дэвидом Дойчем в 1995 году, когда он создал цепочку, способную выполнять любые вычисления на квантовом уровне. Согласно его схеме, для начала берется набор кубитов и записываются их начальные параметры. Затем выполняются необходимые преобразования с использованием логических операций и записывается полученное значение, которое и является результатом, выдаваемым компьютером. В роли проводов выступают кубиты, а преобразования совершают логические блоки.
Упрощенно схему вычислений на квантовом компьютере можно представить следующим образом. В некую систему кубитов записывается исходное состояние, а затем над ней совершаются унитарные преобразования, выполняющие функцию нужных нам логических операций. Таким образом, в квантовых алгоритмах и описывается последовательность унитарных операций (также называемых гейтами или вентилями) с указанием — над какими именно кубитами их надо совершать. Результатом работы квантового алгоритма является итоговое состояние системы кубитов.
Результат работы квантового компьютера
Результат работы квантового компьютера будет носить вероятностный характер. Однако, увеличивая количество унитарных операций, вероятность получения правильного результата можно приблизить к единице. В теории КК быстрее классических в экспоненциальное число раз (алгоритм факторизации Шора), но при использовании алгоритма Гровера наблюдается лишь квадратичный прирост производительности. Существуют и другие квантовые алгоритмы, нацеленные на решение разнообразных задач.
Но, независимо от реализуемого алгоритма, использование технологий квантовых вычислений позволяет эффективно решать задачи, требующие серьезной вычислительной мощности. Например, квантовому компьютеру может оказаться под силу расшифровать сообщения, защищенные асимметричным криптографическим алгоритмом RSA. Другим возможным применением КК могут стать задачи моделирования физических процессов или обработка очень больших объемов данных.
Нельзя не упомянуть и существование квантовой теории игр, являющейся адаптацией классической теории игр. Напомню, теория игр — это математический метод изучения оптимальных стратегий в играх, где под игрой понимается процесс, в котором участвуют две и более сторон, ведущих борьбу за реализацию своих интересов. У каждой из сторон есть своя цель, для достижения которой реализуется определенная стратегия, которая может вести к выигрышу или проигрышу, в зависимости от поведения других игроков. При этом теория игр помогает выбрать лучшие стратегии с учётом представлений о других участниках, их ресурсах и их возможных поступках.
В квантовой теории игр классический бит (т. е. выбор одного из двух вариантов, например, да или нет) заменяется кубитом, который является квантовой суперпозицией базовых состояний. С учетом связанности кубитов любая операция, производимая над одним из них, может повлиять и на другие. Таким образом, развязка игры может оказаться весьма неожиданной.
Системные недостатки квантового компьютера
Впрочем, у квантовых компьютеров есть и системные недостатки, даже если не брать в расчет сложность физической реализации. Во-первых, как уже упоминалось, результат квантовых вычислений носит вероятностный характер. Во-вторых, внешние воздействия, например, магнитные поля, могут разрушить квантовую систему или внести в неё искажения. Не стоит забывать и о сложностях считывания состояния квантовых регистров. Однако все эти сложности не пугают не только ученых, но и коммерческие компании, все активнее интересующиеся темой КК.
Первые попытки создания квантового компьютера
Конечно, реализация полноценного квантового компьютера считается одной из фундаментальных задач физики XXI века, но определенные позитивные сдвиги в этом вопросе уже есть. В 1998 году ученые из Массачусетского технологического института смогли разделить один кубит между тремя ядерными спинами в каждой молекуле жидкого аланина или молекулы трихлороэтилена (напомню, в квантовых компьютерах носителями информации могут быть атомы, ионы, фотоны или электроны). В марте 2000 года ученые из Национальной лаборатории в Лос Аламосе объявили об успешном создании квантового компьютера с 7 кубитами. Годом позже, в 2001, специалисты IBM продемонстрировали вычисление алгоритма Шора на 7-кубитном компьютере.
В 2005 году группой исследователей из Московской лаборатории сверхпроводимости под руководством Ю. Пашкина при помощи японских специалистов был построен 2-кубитный квантовый компьютер на сверхпроводящих элементах. Запомнился 2005 год и другим достижением – ученым из института квантовой оптики и квантовой информации при Иннсбрукском университете удалось создать кубайт (регистр из 8 кубитов). В ноябре 2009 года физикам из Национального института стандартов и технологий в США удалось создать 2-кубитный программируемый квантовый компьютер.
Кстати, предложенное Пашиным использование сверхпроводимости для квантовых компьютеров оказалось весьма перспективным. В феврале 2012 году специалисты компании IBM заявили о серьезном прорыве в деле создания кубитов на сверхпроводящих элементах. Рабочая температура подобных квантовых компьютеров составляет десятки микрокельвин. Соответственно, ему нужна крайне эффективная система охлаждения, работающая на специальной смеси изотопов гелия-3 и гелия-4. Впрочем, технологически получение столь низких температур отлично проработано уже сейчас.
В апреле 2012 группе исследователей из Южно-Калифорнийского университета, Технологического университета Дельфта, университета штата Айова и Калифорнийского университета Санта-Барбара, удалось построить двухкубитный квантовый компьютер на кристалле алмаза (с примесями), который может работать при комнатной температуре и теоретически является масштабируемым.
Разработки компании D-Wave Systems
Отдельно внимания заслуживает компания D-Wave Systems, которая в 2007 году продемонстрировала 16-кубитный компьютер Orion, а в ноябре того же года – 28-кубитный компьютер.
В мае 2011 года ей же был показан 128-кубитный компьютер D-Wave One, а в конце 2012 года – компьютер на 512 кубитов. При этом D-Wave One является коммерчески доступным продуктом, его цена составляет $11 млн. Впрочем, даже если не обращать внимания на высокую цену, сфера применения компьютеров D-Wave пока достаточно ограничена, в основном речь идет о задачах дискретной оптимизации.
Причем многие исследователи не считают компьютеры D-Wave подлинными квантовыми вычислительными машинами, заявляя об излишне скромном приросте производительности относительно классических систем и сомневаются в наличии в компьютерах D-Wave запутанности кубитов, что является одним из фундаментальных принципов построения квантовых компьютеров. Впрочем, в январе 2014 года ученые D-Wave опубликовали статью, доказывающую наличие в компьютерах D-Wave квантовой когерентности и запутанности между отдельными подгруппами кубитов (размером 2 и 8 элементов) в процессоре во время проведения вычислений.
Где могут пригодиться квантовые компьютеры?
Основное применение квантовых вычислений — это искусственный интеллект. ИИ основан на принципах обучения в процессе извлечения опыта, становится все точнее по мере работы обратной связи, пока, наконец, не обзаводится «интеллектом», пусть и компьютерным. То есть самостоятельно обучается решению задач определенного типа.
Например, Lockheed Martin планирует использовать свой квантовый компьютер D-Wave для испытаний программного обеспечения для автопилота, которое слишком сложное для классических компьютеров, а Google использует квантовый компьютер для разработки ПО, которое сможет отличать автомобили от дорожных знаков. Мы уже достигли точки, за которой ИИ создает больше ИИ, и его сила и величина будет только расти.
Другой пример — это точное моделирование молекулярных взаимодействий, поиск оптимальных конфигураций для химических реакций. Такая «квантовая химия» настолько сложная, что с помощью современных цифровых компьютеров можно проанализировать только простейшие молекулы.
Квантовые компьютеры могут производить такой факторинг экспоненциально эффективнее цифровых компьютеров, делая современные методы защиты устаревшими. Разрабатываются новые методы криптографии, которые, впрочем, требуют времени: в августе 2015 года NSA начало собирать список устойчивых к квантовым вычислениям криптографических методов, которые могли бы противостоять квантовым компьютерам, и в апреле 2016 Национальный институт стандартов и технологий начал публичный процесс оценки, который продлится от четырех до шести лет.
Хартмут Невен, директор по разработкам в Google, отметил, что квантовые компьютеры могут также помочь в создании более совершенных климатических моделей, которые могли бы дать нам более глубокое представление о том, как люди влияют на окружающую среду. На основе этих моделей мы выстраиваем наши представления о будущем потеплении, и они помогают нам определять шаги, которые требуются для предотвращения стихийных бедствий.
Как ни странно, глубокое изучение физики с применением квантовых компьютеров может привести… к изучению новой физики. Модели физики элементарных частиц зачастую чрезвычайно сложные, требуют пространных решений и задействуют много вычислительного времени для численного моделирования. Они идеально подойдут для квантовых компьютеров, и ученые уже положили на них глаз.
Насколько мы близки к созданию квантового компьютера?
Конечно, спорить об истинности квантовой сущности компьютеров D-Wave можно сколько угодно, но нельзя не признать, что интерес к квантовым компьютерам есть как у ученых по всему миру, так и крупных корпораций. В том числе и у Google (команда проекта Google Quantum AI), собирающейся при помощи квантовых компьютеров решить задачи, которые невозможно или нецелесообразно решать при помощи классических вычислительных устройств.
Гонка в самом разгаре. Ведущие компании мира пытаются создать первый квантовый компьютер, в основе которого лежит технология, давно обещающая ученым помочь в разработке дивных новых материалов, идеальном шифровании данных и точном прогнозировании изменений климата Земли. Такая машина наверняка появится не раньше чем через десять лет, но это не останавливает IBM, Microsoft, Google, Intel и других. Они буквально поштучно выкладывают квантовые биты – или кубиты – на процессорном чипе. Но путь к квантовым вычислениям включает много больше, чем манипуляции с субатомными частицами.
Сейчас эта сфера активно развивается, хотя пока и не имеет практического применения. Но через эту стадию прошли многие технологии, ставшие неотъемлемой частью нашей жизни. Тем более, что ученые смотрят в будущее с большим оптимизмом.
blog.allo.ua
Квантовый компьютер – объясните для «чайников»?
Квантовый компьютер
Некоторые ученые считают, что законы квантовой физики могут описывать, как работает мозг. Если ученые смогут описать математически этот механизм , тогда эти знания будут использованы для развития искусственного интеллекта. Квантовый компьютер является одним из первых этапов этого пути.
Есть много выдающихся ученых, которые работали над этой идеей в течение нескольких десятилетий. Венгерский математик Дж. Фон Нейман был первым, кто обратил внимание на возможность разработки квантовой логики. Кроме того, Ричард Фейнман, лауреат Нобелевской премии по физике, считал, что квантовые вычисления - очень перспективная область науки и вдохновил многих специалистов на изучение этого метода расчетов. Дэвид Дойч, британский физик из Оксфордского университета, разработал теоретическую модель квантового компьютера. Питер Шор, выдающийся американский ученый, предложил квантовый алгоритм, который вызвал большой практический интерес различных разведывательных служб. Американский математик Л. Гровер создал квантовый алгоритм быстрого поиска в нерегулируемой базе данных.
Как работает квантовый компьютер? Квантовый компьютер - это вычислительное устройство, которое хранит и обрабатывает информацию на уровне отдельных атомов и элементарных частиц. Квантовая физика - лучший способ математически описать физические явления, которые происходят на субатомном уровне. Элементарные частицы постоянно взаимодействуют и влияют друг на друга; их положение и свойства меняются , поэтому без наблюдения мы можем определить только вероятность их потенциальных состояний. При наблюдении, субатомная физическая система подвергается внешнему влиянию, каждая из элементарных частиц и целая система приобретают конкретные свойства- характеристики. Вероятностные свойства сворачивается (коллапсируют), и каждый элемент этой системы выбирает определенное состояние. Существуют математические формулы, которые описывают этот процесс с высокой точностью. Мир элементарных частиц подчиняется принципу квантовой неопределенности и может быть описан, в частности, с помощью волновой функции и принципа суперпозиции. Согласно вышеуказанному принципу субатомная частица может восприниматься как существующая в нескольких состояниях одновременно.
Трудно воспринимать и понимать квантовую физику с помощью обычного мышления. Но одна аналогия может помочь проиллюстрировать эту теорию простым способом. Представим себе человека, у которого есть две перчатки: справа и слева. Он кладет каждую перчатку в отдельную коробку: правая перчатка помещается в первую коробку, а левая перчатка - во вторую , не показывая вам, какая перчатка находится в какой коробке. Другими словами, вы не знаете, в какой коробке находится какая перчатка. Затем этот человек просит вас определить, какая перчатка лежит в какой коробке. Вероятность того, что либо левая, либо правая перчатка находится в первой коробке, равна 0,5. То же самое верно для второй перчатки. Сумма вероятностей всегда равна единице. Следовательно, для вас обе и левая и правая перчатки существуют в двух состояниях одновременно в каждой из двух коробок . Открывая только одну из двух коробок, вы разрушаете неопределенность путем наблюдения (или, как говорят физики, «путем измерения»). Если вы найдете левую перчатку в первой коробке, это означает, что правая перчатка должна быть во второй коробке. Другими словами, вам не нужно открывать вторую коробку, чтобы определить, какая перчатка в ней лежит. Сделав наблюдение (измерение) первой коробки, вы можете узнать, какая перчатка находится во второй коробке, как- будто вы открыли ее. О возможностях вашего мозга Как думает человек, если не знает ни одного языка?Правда ли, что мужчины и женщины по-разному развиваются? Как мозг понимает, какая шутка смешная, а какая нет?Узнать больше
Давайте перейдем к компьютерам. Обычные компьютеры хранят информацию в определенных ячейках; каждая из которых имеет или не имеет электрический заряд. Каждая ячейка соответствует минимальному количеству информации. Бит может принимать значение либо 0, либо 1. Хорошим примером бит является электрический выключатель лампы, значение которого равно либо 0 (лампа выключена), либо 1 (лампа горит).
Квантовый компьютер хранит информацию в кубите (квантовый бит). Как объяснялось ранее, работа квантового компьютера основана на квантовой теории. Перед измерением кубит может существовать в двух состояниях одновременно: 0 и 1 с определенной степенью вероятности. Помните перчатки и коробки? Проводя аналогию, мы можем предположить, что кубит - это поле. Два возможных состояния кубита аналогичны двум возможным состояниям перчаток.
Как в классических, так и в квантовых компьютерах биты и кубиты объединены в большие единицы памяти , регистры. Обычный двух битовый регистр может принимать четыре значения - 00, 01, 10 или 11, но только один из них в любой момент времени. Но в двух кубитовом регистре все четыре возможных значения существуют одновременно. Фактически, регистр с размером N кубитов может одновременно иметь 2n значений.
Важно понимать, почему квантовые вычисления более эффективны для конкретных вычислений, при которых одновременно обрабатываются большие объемы информации. Представим себе, что нам нужно выполнить 100 логических операций со 100 битами информации. В обычном компьютере нам потребуется одна единица времени для выполнения каждой логической операции. Таким образом, весь процесс займет 100 единиц времени для завершения работы. Однако в квантовом компьютере все 100 кубитов информации могут обрабатываться за одну единицу времени, потому что все кубиты взаимодействуют друг с другом одновременно, а не дискретно. Итак, этот пример иллюстрирует, как квантовые вычисления могут увеличить скорость вычисления в сто раз. Такие операции будут полезны для задач определенных типов, например, для поиска требуемых данных в очень большой базе данных, содержащей единые записи.
Сегодня существуют прототипы квантовых компьютеров. Однако они все еще имеют только небольшие регистры, которые состоят из нескольких квантовых бит. К сожалению, существующие системы не способны обеспечить надежные вычисления, поскольку они либо плохо контролируются, либо очень чувствительны к шуму. Однако никаких физических ограничений на построение квантового компьютера нет. Разработчикам необходимо только преодолеть некоторые технологические трудности.
Источник:
self-knowing.com
http://video.mit.edu/watch/explained-quantum-computing-26355/
https://www.youtube.com/watch?v=g_IaVepNDT4
thequestion.ru
Как это работает? | Квантовый компьютер
Как же работает квантовый компьютер — об этом в сегодняшнем выпуске!
Квантовый компьютер — это вычислительное устройство, которое использует явления квантовой механики для передачи и обработки данных. Идея квантовых вычислений была независимо предложена Юрием Маниным и Ричардом Фейнманом в начале 80-х годов прошлого века. С тех пор была проделана колоссальная работа по созданию квантового компьютера. Однако полноценный универсальный квантовый компьютер все еще является гипотетическим устройством, возможность разработки которого связана с серьёзным развитием квантовой теории. К настоящему моменту были созданы единичные экспериментальные системы с алгоритмом небольшой сложности. Как же работает квантовый компьютер — об этом в сегодняшнем выпуске!
Основное отличие квантового компьютера от классического заключается в представлении информации. В обычных компьютерах, работающих на основе транзисторов и кремниевых чипов, для обработки информации используется бинарный код. Бит, как известно, имеет два базовых состояния — ноль и единицу, и может находиться только в одном из них. Что же касается квантового компьютера, то его работа основывается на принципе суперпозиции, а вместо битов используются квантовые биты, именуемые кубитами. У кубита также имеется два основных состояния: ноль и единица. Однако благодаря суперпозиции кубит может принимать значения, полученные путем их комбинирования, и находиться во всех этих состояниях одновременно. В этом заключается параллельность квантовых вычислений, то есть отсутствие необходимости перебирать все возможные варианты состояний системы. Кроме того, для описания точного состояния системы квантовому компьютеру не нужны огромные вычислительные мощности и объемы оперативной памяти, так как для расчета системы из 100 частиц достаточно лишь 100 кубитов, а не триллион триллионов бит.
Также стоит отметить, что изменение состояния определенного кубита в квантовом компьютере ведет к изменению состояния других частиц, что является еще одним отличием от обычного компьютера. И этим изменением можно управлять. Процесс работы квантового компьютера был предложен британским физиком-теоретиком Дэвидом Дойчем в 1995 году, когда он создал цепочку, способную выполнять любые вычисления на квантовом уровне. Согласно его схеме, для начала берется набор кубитов и записываются их начальные параметры. Затем выполняются необходимые преобразования с использованием логических операций и записывается полученное значение, которое и является результатом, выдаваемым компьютером. В роли проводов выступают кубиты, а преобразования совершают логические блоки.
По словам ученых, квантовые компьютеры будут в миллионы раз мощнее нынешних. Уже сейчас описаны самые разнообразные алгоритмы работы квантового компьютера, и даже разрабатываются специальные языки программирования. По прогнозу исследователей Cisco Systems, полноценный рабочий квантовый компьютер появится к середине следующего десятилетия. Лидером в этой области является Япония: более 70% всех исследований приходится на эту страну.
server13.site
Как это работает? | Квантовый компьютер
Квантовый компьютер — это вычислительное устройство, которое использует явления квантовой механики для передачи и обработки данных. Идея квантовых вычислений была независимо предложена Юрием Маниным и Ричардом Фейнманом в начале 80-х годов прошлого века. С тех пор была проделана колоссальная работа по созданию квантового компьютера. Однако полноценный универсальный квантовый компьютер все еще является гипотетическим устройством, возможность разработки которого связана с серьёзным развитием квантовой теории. К настоящему моменту были созданы единичные экспериментальные системы с алгоритмом небольшой сложности. Как же работает квантовый компьютер — об этом в сегодняшнем выпуске!
Основное отличие квантового компьютера от классического заключается в представлении информации. В обычных компьютерах, работающих на основе транзисторов и кремниевых чипов, для обработки информации используется бинарный код. Бит, как известно, имеет два базовых состояния — ноль и единицу, и может находиться только в одном из них. Что же касается квантового компьютера, то его работа основывается на принципе суперпозиции, а вместо битов используются квантовые биты, именуемые кубитами. У кубита также имеется два основных состояния: ноль и единица. Однако благодаря суперпозиции кубит может принимать значения, полученные путем их комбинирования, и находиться во всех этих состояниях одновременно. В этом заключается параллельность квантовых вычислений, то есть отсутствие необходимости перебирать все возможные варианты состояний системы. Кроме того, для описания точного состояния системы квантовому компьютеру не нужны огромные вычислительные мощности и объемы оперативной памяти, так как для расчета системы из 100 частиц достаточно лишь 100 кубитов, а не триллион триллионов бит.
Также стоит отметить, что изменение состояния определенного кубита в квантовом компьютере ведет к изменению состояния других частиц, что является еще одним отличием от обычного компьютера. И этим изменением можно управлять. Процесс работы квантового компьютера был предложен британским физиком-теоретиком Дэвидом Дойчем в 1995 году, когда он создал цепочку, способную выполнять любые вычисления на квантовом уровне. Согласно его схеме, для начала берется набор кубитов и записываются их начальные параметры. Затем выполняются необходимые преобразования с использованием логических операций и записывается полученное значение, которое и является результатом, выдаваемым компьютером. В роли проводов выступают кубиты, а преобразования совершают логические блоки.
По словам ученых, квантовые компьютеры будут в миллионы раз мощнее нынешних. Уже сейчас описаны самые разнообразные алгоритмы работы квантового компьютера, и даже разрабатываются специальные языки программирования. По прогнозу исследователей Cisco Systems, полноценный рабочий квантовый компьютер появится к середине следующего десятилетия. Лидером в этой области является Япония: более 70% всех исследований приходится на эту страну.
Мой мир
Вконтакте
Одноклассники
hinews.mediasole.ru
Как работает современный квантовый компьютер? - INTEEU.COM
Современные инновационные технологии и наука движутся вперёд, и те вещи, которые когда—то объективно были невозможными, в настоящий момент воплощаются в реальность. Такое мистическое понятие, как параллельный мир, реально становится общеупотребительным в условиях современной действительности. К такому раскладу событий ведут активные работы по прототипу квантового компьютера. Всем известно что 70 % научных разработок на формат квантовых вычислений приходится на Японию, то она является лидером в этой области. Понять смысл и важность создания квантового компьютера может любой, кто связан с физикой, а именно квантовой; по крайней мере, квантовая физика бегло изучается в старших классах, поэтому эта идея будет понятна всем, кто окончил среднюю школу.
Рождение идеи квантового компьютера стало возможным благодаря открытиям в области физики двух известных Нобелевских лауреатов: Макса Планка и Альберта Эйнштейна. Первый из них открыл квант (1918), а последний – фотон (1921). Однако теория квантового компьютера родилась десятилетиями спустя – 1980 году, а активно вступила в фазу реализации эта инновация на практике лишь в 1998 году. На протяжении прошедших 10 лет актуализированы важные результаты в сфере квантовых вычислений. Многочисленные исследовательские центры по всему миру занимаются изучением и разработкой квантовых машин, но с продвижением науки вперёд также появляются всё новые «белые пятна«, для решение которых необходимо провести огромные работы и массу времени. Для того чтобы обеспечить правильную деятельность квантовой инновационной системы, необходимо тщательно следить за точностью измерений и внешними тонкими воздействиями, малейшие влияния которых могут привести к искажению вычислений.
Чтобы понять механизм работы квантового компьютера, прежде всего необходимо понимать, как в сущности функционирует обычный компьютер. Любой компьютер работает с информацией, представленной в двоичном формате, то есть в виде нулей и единиц. Таким образом, объём информации измеряется в битах (которые могут иметь два состояния: «0» и «1»). Хранение информации в квантовом компьютере основано на понятии спина. Для людей, окончивших среднюю школу, но не особо разбирающихся в физике, мир состоит их трёх элементарных частиц, которые имеют массу и заряд. Но любой учёный—физик скажет, что элементарных частиц намного больше (они открываются и по сегодняшний день), а их характеристики не ограничиваются только лишь массой и зарядом: кроме этого частицы имеют так называемый спин. Направление спина для разных частиц имеет либо значение 0, либо 1. Это напоминает работу транзистора, только тут главный элемент имеет называние кубит (квантовым битом). Кубитами могут быть фотоны, отдельные атомы, заряжённые ионы или ядра. Основа принципа – наличие двух квантовых состояний. В обыкновенном компьютере биты изменяются независимо друг от друга, то есть изменение некоторого бита никак не влияет на другие биты. В квантовом же компьютере это не так: изменение состояния одной частицы приводит к изменению другой. Вследствие возможности управлять данным процессом большое количество таких кубитов приобретает огромную вычислительную мощь. Однако создание полноценного экземпляра квантового компьютера – не такая простая задача; над ней сегодня работает большое количество физиков—теоретиков. На данный момент существуют только миниатюрные версии квантовых компьютеров, имеющие небольшое количество кубитов. Первый из таких компьютеров имел 16 кубитов, а в данный момент известны работающие с 512 кубитами вычислительные машины. Они уже применяются для повышения эффективности сложных вычислений; для данных целей разработан уникальный язык программирования Quipper.
Разработка потребительских квантовых компьютеров с достаточно большим числом кубитов перевернёт всю информационную сферу. Крупнейшие компании мира, такие как Google, инвестируют миллионы долларов на использование инновационных технологий современного мира в области квантовых вычислений в том числе на активное их внедрение в действительность. Во—первых, на квантовых компьютерах смогут эффективно функционировать программы машинного обучения. Во—вторых, возникнет необходимость в исследовании новых способов шифрования, так как квантовый компьютер сможет моментально взломать любой современный шифр. Честно говоря, современные инновации технологии квантовых алгоритмов отразятся на всех сферах жизни человека. Они заставят человечество по—новому взглянуть на квантовый мир, который ранее оставался загадкой.
Нашли ошибку в тексте? Выделите ее и нажмите Ctrl + Enter
www.inteeu.com
Как это работает? | Квантовый компьютер
Квантовый компьютер — это вычислительное устройство, которое использует явления квантовой механики для передачи и обработки данных. Идея квантовых вычислений была независимо предложена Юрием Маниным и Ричардом Фейнманом в начале 80-х годов прошлого века. С тех пор была проделана колоссальная работа по созданию квантового компьютера. Однако полноценный универсальный квантовый компьютер все еще является гипотетическим устройством, возможность разработки которого связана с серьёзным развитием квантовой теории. К настоящему моменту были созданы единичные экспериментальные системы с алгоритмом небольшой сложности. Как же работает квантовый компьютер — об этом в сегодняшнем выпуске!
Основное отличие квантового компьютера от классического заключается в представлении информации. В обычных компьютерах, работающих на основе транзисторов и кремниевых чипов, для обработки информации используется бинарный код. Бит, как известно, имеет два базовых состояния — ноль и единицу, и может находиться только в одном из них. Что же касается квантового компьютера, то его работа основывается на принципе суперпозиции, а вместо битов используются квантовые биты, именуемые кубитами. У кубита также имеется два основных состояния: ноль и единица. Однако благодаря суперпозиции кубит может принимать значения, полученные путем их комбинирования, и находиться во всех этих состояниях одновременно. В этом заключается параллельность квантовых вычислений, то есть отсутствие необходимости перебирать все возможные варианты состояний системы. Кроме того, для описания точного состояния системы квантовому компьютеру не нужны огромные вычислительные мощности и объемы оперативной памяти, так как для расчета системы из 100 частиц достаточно лишь 100 кубитов, а не триллион триллионов бит.
Также стоит отметить, что изменение состояния определенного кубита в квантовом компьютере ведет к изменению состояния других частиц, что является еще одним отличием от обычного компьютера. И этим изменением можно управлять. Процесс работы квантового компьютера был предложен британским физиком-теоретиком Дэвидом Дойчем в 1995 году, когда он создал цепочку, способную выполнять любые вычисления на квантовом уровне. Согласно его схеме, для начала берется набор кубитов и записываются их начальные параметры. Затем выполняются необходимые преобразования с использованием логических операций и записывается полученное значение, которое и является результатом, выдаваемым компьютером. В роли проводов выступают кубиты, а преобразования совершают логические блоки.
По словам ученых, квантовые компьютеры будут в миллионы раз мощнее нынешних. Уже сейчас описаны самые разнообразные алгоритмы работы квантового компьютера, и даже разрабатываются специальные языки программирования. По прогнозу исследователей Cisco Systems, полноценный рабочий квантовый компьютер появится к середине следующего десятилетия. Лидером в этой области является Япония: более 70% всех исследований приходится на эту страну.
www.nanonewsnet.ru
