क्वांटम प्रोसेसर: विवरण, परिचालन सिद्धान्त

क्वांटम गणनाको बारेमा, कम से कम सिद्धान्तमा, धेरै दश वर्षको लागि बोल्छ। आधुनिक प्रकारको मशीनहरू जुन डेटाको सम्भाव्य असीमित मात्रामा प्रक्रिया गर्न गैर-क्लासिकल मेकानिक्स प्रयोग गर्दछ एउटा ठूलो सफलता बनिरहेको छ। विकासकर्ताहरूको अनुसार, तिनीहरूको कार्यान्वयन हुन सकियो, सायद, सबैभन्दा जटिल प्रविधि कहिल्यै सिर्जना गरिएको। क्वांटम प्रोसेसरहरूले स्तरको स्तरमा काम गर्छन् जुन मानवताले मात्र 100 वर्ष पहिले सिकेको छ। यस्तो गणनाको सम्भावना ठूलो छ। क्वांटाको रेश्मी गुणहरू प्रयोग गरेर गणनाहरू गतिमा पुर्याउनेछ, त्यसोभए यति धेरै कार्यहरू जुन क्लासिक कम्प्युटरहरूको लागि पहुँचबाट बाहिर छन् समाधान गरिनेछ। र केवल रसायन विज्ञान र सामग्री विज्ञान क्षेत्रमा छैन। भल स्ट्रीट पनि रुचि देखाउँदैछ।

भविष्यमा लगानी गर्दै

सीएनई समूहले वैंकूवर कम्पनी 1QB सूचना टेक्नोलजीज इंकमा लगानी गरेको छ, जुन क्वांटम-प्रकार प्रोसेसरको लागि सफ्टवेयर विकास गर्दछ। लगानीकर्ताहरूको अनुसार, यस्ता गणनाहरूमा उद्योगहरूमा सबैभन्दा ठूलो प्रभाव हुने सम्भावना छ जुन ठूलो मात्रामा समय-संवेदनशील डेटासँग काम गर्दछ। यस्ता ग्राहकहरूको उदाहरण वित्तीय संस्थानहरू हुन्। गोल्डमैन सैक्स डी-वेभ सिस्टम्समा लगानी गरिएको छ, र इन-क्यू-टेलि सीआईए द्वारा वित्त पोषित छ। पहिलो उत्पादनहरू जुन "क्वांटम annealing," भनिन्छ, जुन क्वांटम प्रोसेसरको मद्दतमा निम्न-स्तर अनुकूलन कार्यहरू सुल्झाउँछ। इंटेल पनि यो प्रविधिमा लगानी गर्दैछ, यद्यपि यो यसको कार्यान्वयन भविष्यको कुरा मानिन्छ।

यो किन आवश्यक छ?

क्वांटम कम्प्युटिङ यति रोमाञ्चक छ किनकी मिसिनको शिक्षाको साथ उनीहरूको आदर्श संयोजनमा। हाल, यो गणनाको लागि मुख्य अनुप्रयोग हो। यो भागमा क्वांटम कम्प्यूटरको धेरै विचारको परिणाम हो - समाधान खोज्न भौतिक यन्त्रको प्रयोग। कहिलेकाहीं यो अवधारणा खेल गुस्सा पक्षीको उदाहरणमा वर्णन गरिएको छ। ग्रुपिंग वस्तुहरूको गुरुत्वाकर्षण र अन्तरक्रियाको अनुकरण गर्न, ट्याब्लेटको CPU गणित समीकरणहरूको प्रयोग गर्दछ। क्वांटम प्रोसेसरले त्यस्तो तरिकालाई माथि उल्लेखित राख्यो। तिनीहरू "केही चराहरू" फेंकन्छन् र हेर्नुहोस् के हुन्छ। माइक्रोचिपले कार्य रेकर्ड गर्दछ : तिनीहरू चिन्तित छन् , तिनीहरू फेंकन्छन्, इष्टतम प्रकृया के हो? त्यसोभए, सबै सम्भावित समाधानहरू, वा कम्तिमा एउटा धेरै ठूलो संयोजन परीक्षण गरिन्छ र जवाफ दिइएको छ। क्वांटम कम्प्यूटरमा, समस्या गणितज्ञ द्वारा नहीं हल गरिएको छ, यसको सट्टा भौतिकी कामका नियमहरु।

यसले कसरी काम गर्दछ?

हाम्रो संसारको आधारभूत भवन ब्लक क्वांटम मेकानिकल हो। यदि हामी अणुहरू हेर्छौं, तिनीहरू किन गठन गरिन्छन् र स्थिर रहन्छन् उनीहरूको इलेक्ट्रोनिक कक्षाको अन्तरक्रिया हो। सबै क्वांटम मेकानिकल गणनाहरू प्रत्येकमा समावेश छन्। तिनीहरूको सङ्ख्या सिमुलेटेड इलेक्ट्रोन्सको संख्यामा विस्तारै बढ्छ। उदाहरणका लागि, 50 इलेक्ट्रोनहरूको लागि त्यहाँ सम्भव प्रकारको 50 औं पावरमा 2 हो। यो एक असाधारण ठूलो संख्या हो, त्यसैले तपाई आज यसलाई गणना गर्न सक्नुहुन्न। भौतिकीलाई जानकारी सिद्धान्तको जडानले यस्ता समस्याहरू सुल्झाउने तरिका संकेत गर्न सक्छ। 50-किट कम्प्युटरले गर्न सक्दछ।

नयाँ युगको डन

Landon Downes को अनुसार, 1QBit को राष्ट्रपति र सह-संस्थापक, एक क्वांटम प्रोसेसर को उपरोक्तिक दुनिया को कम्प्यूटिंग शक्ति को उपयोग गर्ने अवसर हो, जो नयाँ सामाग्री प्राप्त गर्न वा नयाँ ड्रग्स बनाउन को लागी एकदम महत्वपूर्ण छ। त्यहाँ खोजहरु को डिजाइन को एक नयाँ युग को खोजहरु को प्रतिमान देखि एक संक्रमण छ। उदाहरणका लागि, क्वांटम कम्प्युटेशनहरू प्रयोग गर्न सकिन्छ कि उत्प्रेरकहरूलाई अनुकरण गर्न वायुमण्डलबाट कार्बन र नाइट्रोजनको निकासीलाई अनुमति दिन्छ, यसैले ग्लोबल वार्मिंग रोक्न सहयोग पुर्याउँछ।

प्रगतिको अगाडि

यो प्रविधिको विकासकर्ता समुदाय अत्यन्त उत्साहित छ र सक्रिय कार्यसँग व्यस्त छ। संसारभरका टोलीहरूले स्टार्टअपहरू, निगमहरू, विश्वविद्यालयहरू र सरकारी प्रयोगशालाहरूमा मिसिनहरू निर्माण गर्दैछन् जुन क्वांटम सूचनाको प्रसोधनमा विभिन्न मार्गहरू प्रयोग गर्छन्। Superconducting Qubit चिप्स र फंस भएका आयनों मा क्यूबिटहरु को मैरील्याण्ड विश्वविद्यालय को शोधकर्ताओं र संयुक्त राज्य को मानक र प्रौद्योगिकी को राष्ट्रीय संस्थान द्वारा बनाईएको थियो। माइक्रोसफ्ट स्टेसन क्यू भनिन्छ, जो एक शीर्षोलोजी दृष्टिकोण विकसित गर्दैछ, जुन एक गैर-अबिलियानियन आयन को प्रयोग गर्न को लागी छ, जसको अस्तित्व अझै सम्म पूर्ण रूप देखि सिद्ध गरिएको छैन।

सम्भावित सफलताको वर्ष

र यो केवल शुरुवात हो। मई 2017 को अन्त्यको रूपमा, क्वांटम-प्रकार प्रोसेसरहरूको संख्या जुन एक विशिष्ट क्लासिक कम्प्युटर भन्दा छिटो वा राम्रो केहि गर्छ शून्य। यस्तो घटनाले "क्वांटम श्रेष्ठता" स्थापना गर्नेछ, तर अहिलेसम्म यो भयो। यद्यपि सम्भवतः यो यो वर्ष पनि हुन सक्छ। अधिकांश अनुहारहरूले स्पष्ट मनपर्ने भनेको सांता बारबरामा क्यालिफोर्निया विश्वविद्यालयको भौतिकीको प्रोफेसर जन मार्टिनीले नेतृत्व गरेको Google टोली हो। यसको लक्ष्य एक 49-बिट CPU को मद्दत संग कम्प्यूटिटिकल श्रेष्ठता प्राप्त गर्न को लागी छ। मई 2017 को अन्त सम्म, टीम ले एक क्लासिक सुपर कम्प्युटर disassembling को लागि एक मध्यवर्ती चरण को रूप मा एक 22 चिप चिप चिपचिपा।

यो कसरी सुरु भयो?

प्रसोधन जानकारीको लागि क्वांटम मेकानिक्स प्रयोग गर्ने विचार दश वर्षको लागि गरिएको छ। 1 9 81 मा मुख्य घटनाहरु मध्ये एक घटना भयो, जब आईबीएम र एमआईटी ने कम्प्यूटेशनल भौतिकी मा एक सम्मेलन को रूप मा संगठित गर्यो। प्रसिद्ध भौतिकी रिचर्ड फेनमानमले क्वांटम कम्प्युटर निर्माण गर्ने प्रस्ताव गरे। उनले भने, यो मोडेलको लागि क्वांटम मेकानिक्सको अर्थ आवश्यक छ। र यो एक महान कार्य हो, किनकि यो धेरै सरल छैन। एक क्वांटम प्रोसेसरमा, आपरेशन को सिद्धान्त को परमाणु को धेरै अजीब गुण - superposition and entanglement मा आधारित छ। कण एक साथ दुई राज्यों मा हुन सक्छ। यद्यपि, मापन गर्दा, यो केवल तिनीहरूमध्ये एकमा हुनेछ। र सम्भावना यो सम्भव छ कि, सम्भावना सिद्धान्त को दृष्टिकोण को बाहेक। यो प्रभाव Schrodinger बिल्ली संग सोच प्रयोग को आधार हो, जो एक नै समय मा बक्से मा छ र पर्यवेक्षक ले वहाँ सम्म sneaks सम्म मृत। रोजगारीको जीवनमा केहि पनि काम गर्दैन। यद्यपि, बीसौं शताब्दीको सुरुदेखि नै 1 मिलियन प्रयोगहरू देखाउँछन् कि सुपरस्पेस अवस्थित छ। र अर्को चरण यो अवधारणा कसरी प्रयोग गर्ने पत्ता लगाइनेछ।

क्वांटम प्रोसेसर: कामको विवरण

शास्त्रीय बिट्सले मान 0 वा 1 लिन सक्छ। यदि तपाईं "तार्किक गेट्स" (AND, OR, NOT, etc) को माध्यम ले छोड्नु भयो भने, तपाईं संख्याहरू गुणा गर्न सक्नुहुन्छ, छविहरू आकर्षित गर्न सक्नुहुन्छ। 1 वा दुवै एकै समयमा। यदि भन्नुहोस्, 2 क्यूबिटहरू अङ्कित छन्, त्यसपछि यसले तिनीहरूलाई पूर्णतया सहबद्ध बनाउँछ। क्वांटम-प्रकार प्रोसेसरले तर्क गेटहरू प्रयोग गर्न सक्छ। टी। उदाहरणका लागि ह्यामरमर्ड वाल्व, एकदम सही सुपरस्पेशनको स्थितिमा क्वबट राख्छ। यदि superposition र entanglement चतुरतापूर्वक स्थित क्वांटम गेट्स संग संयुक्त छ भने, त्यसपछि उपatomic computations को क्षमता खुलासा सुरु हुन्छ। 2 qubits को 4 राज्यों को जांच गर्न को लागि अनुमति दि्छ: 00, 01, 10 र 11. क्वांटम प्रोसेसर को सिद्धान्त यस्तो छ कि एक तार्किक संचालन को निष्पादन संभव छ कि एक पल्ट मा सबै पदों संग काम गर्न को लागी। र उपलब्ध राज्यहरूको संख्या 2 क्यूबिटहरूको संख्याको शक्ति हो। त्यसोभए, यदि हामी 50-क्विक विश्वव्यापी क्वांटम कम्प्यूटर बनाउँछौं, त्यसोभए सैद्धान्तिक रूपले यो सबै 1,125 क्वाड्रिल संयोजनको साथमा जाँच गर्न सम्भव छ।

कुडिट्स

रूसमा क्वांटम प्रोसेसर केहि फरक देखिन्छ। एमआईपीटी र रूसी क्वांटम सेन्टरबाट वैज्ञानिकहरूले "कुडिट" सिर्जना गरेका छन्, जुन "ऊर्जा" स्तरका विभिन्न "भर्चुअल" क्वबिटहरू हुन्।

अमूल्य

एक क्वांटम-प्रकार प्रोसेसरले लाभ पाएको छ कि क्वांटम मेकानिक्स एप्सप्लिभमा आधारित छ। अल्पविरामहरू सम्भावना समान छन्, तर तिनीहरू पनि नकारात्मक र जटिल संख्या हुन सक्छन्। त्यसोभए, यदि तपाइँ घटनाको सम्भावनाको गणना गर्न आवश्यक छ भने, तपाइँ उनीहरूको विकासका लागि सबै सम्भावित विकल्पहरूको एप्सहरू थप्न सक्नुहुनेछ। क्वांटम गणनाको विचार भनेको हस्तक्षेप ढाँचा समायोजन गर्ने प्रयास हो कि गलत उत्तरहरूको केही तरिका सकारात्मक आयाम र केही - एक नकारात्मक एक छ, र त्यसैले तिनीहरू एकअर्कालाई क्षति पुर्याउनेछ। र सही जवाफको लागि नेतृत्व गर्ने मार्गहरू एकअर्कासँग चरणमा हुने उत्पीडनहरू हुनेछन्। चाल भनेको यो आवश्यक छ कि कुन जवाफ सही छ बिना सबै केहि व्यवस्थित गर्न आवश्यक छ। त्यसोभए, सकारात्मक र नकारात्मक आलोचनाहरु बीच हस्तक्षेप सम्भावना संग संयोजन मा क्वांटम राज्यहरु को विस्तार को यस प्रकार को गणना को एक फायदा हो।

शोरको एल्गोरिदम

त्यहाँ थुप्रै कार्यहरू छन् जुन कम्प्यूटर समाधान गर्न सक्षम छैन। उदाहरणका लागि एन्क्रिप्शन। समस्या यो 200 अंकको संख्यामा साधारण बहुविधकर्ताहरू फेला पार्न सजिलो छैन। यद्यपि यदि ल्याप्टप उत्कृष्ट सफ्टवेयरसँग काम गरिरहेको छ भने, तपाईंले उत्तर खोज्न वर्षहरू पर्खनु पर्दछ। यसैले, क्वांटम कम्प्युटिंग मा एक अन्य एल्गोरिथ्म एल्गोरिदम 1 99 4 मा पीटर शोर द्वारा प्रकाशित भएको थियो, अब एमटीआई मा गणित को प्रोफेसर। उनको तरिका एक क्वांटम कम्प्यूटरको सहयोगमा ठूलो संख्याको बहुविधकर्ताहरू फेला पार्न चाहन्छ, जुन तब अवस्थित थिएन। वास्तवमा, एल्गोरिदमले सञ्चालनहरू प्रदर्शन गर्दछ जसले सही जवाफको साथ क्षेत्रहरूलाई संकेत गर्दछ। निम्न वर्ष, शानले क्वांटम त्रुटि सुधारको विधि पत्ता लगायो। त्यसपछि धेरैले यो महसुस गर्यो कि यो कम्प्युटिङको एक वैकल्पिक तरिका हो, जुन केही अवस्थामा अधिक शक्तिशाली हुन सक्छ। त्यसपछि क्यान्सर र तार्किक द्वारहरू तिनीहरूका बीच भौतिकीहरूको भागमा चासो बढाए। र अब, दुई दशक पछि, मानवता पूर्ण क्वांटम कम्प्यूटर बनाउन को कगार मा छ।