Procesador cuántico: descripción, principio de funcionamiento
Sobre computación cuántica, al menos enLas teorías han estado hablando durante varias décadas. Los tipos modernos de máquinas que utilizan mecánicos no clásicos para procesar cantidades de datos potencialmente inimaginables se han convertido en un gran avance. Según los desarrolladores, su implementación resultó ser, quizás, la tecnología más compleja jamás creada. Los procesadores cuánticos operan en los niveles de la materia, sobre los cuales la humanidad aprendió hace solo 100 años. El potencial de tales cálculos es enorme. El uso de propiedades extrañas de los cuantos acelerará los cálculos, por lo que se resolverán muchas tareas que actualmente están más allá del poder de las computadoras clásicas. Y no solo en el campo de la química y la ciencia de los materiales. Wall Street también está interesado.
Inversión en el futuro
CME Group ha invertido en una empresa de Vancouver.1QB Information Technologies Inc., desarrollo de software para procesadores de tipo cuántico. Según los inversores, es probable que estos cálculos tengan el mayor impacto en las industrias que trabajan con grandes cantidades de datos sensibles al tiempo. Ejemplos de tales consumidores son las instituciones financieras. Goldman Sachs invirtió en D-Wave Systems, e In-Q-Tel está financiado por la CIA. La primera produce máquinas que hacen lo que se denomina "recocido cuántico", es decir, resuelve problemas de optimización de bajo nivel con un procesador cuántico. Intel también se dedica a invertir en esta tecnología, aunque considera que su implementación es una cuestión de futuro.
¿Por qué es esto necesario?
La razón por la cual la computación cuántica estan emocionante, radica en su perfecta combinación con el aprendizaje automático. Actualmente, esta es la aplicación principal para tales cálculos. Esto es en parte una consecuencia de la idea misma de una computadora cuántica: el uso de un dispositivo físico para buscar soluciones. A veces este concepto es explicado por el ejemplo del juego Angry Birds. Para simular la gravedad y la interacción de los objetos en colisión, la CPU de la tableta utiliza ecuaciones matemáticas. Los procesadores cuánticos ponen tal enfoque al revés. Ellos "tiran" algunos pájaros y observan lo que pasa. La tarea está escrita en el microchip: son pájaros, se lanzan, ¿cuál es el camino óptimo? Luego se verifican todas las soluciones posibles, o al menos una combinación muy grande de ellas, y se da una respuesta. En una computadora cuántica, el problema no lo resuelve un matemático, las leyes de la física funcionan en su lugar.
¿Cómo funciona?
Los principales bloques de construcción de nuestro mundo -mecánica cuántica Si observas las moléculas, la razón por la que se forman y se mantienen estables es la interacción de sus orbitales electrónicos. Todos los cálculos cuántico-mecánicos están contenidos en cada uno de ellos. Su número aumenta exponencialmente con el aumento en el número de electrones simulados. Por ejemplo, para 50 electrones, hay opciones posibles de 2 a 50 grados. Este es un número fenomenalmente grande, por lo que no se puede calcular hoy. Conectar la teoría de la información a la física puede indicar el camino para resolver tales problemas. Una computadora de 50 qubits puede hacer esto.
El amanecer de una nueva era.
Según Landon Downes, el presidente ycofundador de la compañía 1QBit, el procesador cuántico es la capacidad de usar la potencia de cómputo del mundo subatómico, que es de gran importancia para obtener nuevos materiales o crear nuevos medicamentos. Hay una transición del paradigma de los descubrimientos a una nueva era del diseño. Por ejemplo, la computación cuántica se puede usar para simular catalizadores que permiten que el carbono y el nitrógeno se eliminen de la atmósfera y, por lo tanto, ayudan a detener el calentamiento global.
A la vanguardia del progreso.
Comunidad de desarrolladores de esta tecnología.extremadamente agitado y ocupado. Equipos de todo el mundo en startups, corporaciones, universidades y laboratorios gubernamentales compiten para construir máquinas que utilizan diferentes enfoques para el procesamiento de información cuántica. Creó chips de qubit superconductores y qubits sobre iones atrapados, que participan en investigadores de la Universidad de Maryland y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE. UU. Microsoft está desarrollando un enfoque topológico llamado Estación Q, que apunta a usar un anión no abeliano, cuya existencia aún no se ha demostrado de manera definitiva.
Año de avance probable
Y esto es solo el comienzo. A finales de mayo de 2017, el número de procesadores de tipo cuántico, que definitivamente hacen algo más rápido o mejor que una computadora clásica, es cero. Tal evento establecerá la "superioridad cuántica", pero hasta ahora no ha sucedido. Aunque es probable que esto ocurra incluso este año. La mayoría de los expertos dicen que el claro favorito es el grupo de Google dirigido por el profesor de física de la Universidad de California en Santa Barbara, John Martini. Su objetivo es lograr la excelencia computacional con un procesador de 49 qubit. A fines de mayo de 2017, el equipo probó con éxito un chip de 22 qubit como paso intermedio para desmontar una supercomputadora clásica.
¿Cómo comenzó todo?
La idea de utilizar la mecánica cuántica paraProcesamiento de la información durante décadas. Uno de los eventos clave ocurrió en 1981, cuando IBM y MIT organizaron conjuntamente una conferencia sobre la física de la computación. El famoso físico Richard Feynman propuso construir una computadora cuántica. Según él, para la simulación se deben utilizar las herramientas de la mecánica cuántica. Y esta es una gran tarea porque no parece tan simple. En un procesador cuántico, el principio de funcionamiento se basa en varias propiedades extrañas de los átomos: superposición y entrelazamiento. Una partícula puede estar en dos estados al mismo tiempo. Sin embargo, cuando se mide, solo estará en uno de ellos. Y es imposible predecir cuál, excepto desde la perspectiva de la teoría de la probabilidad. Este efecto es la base de un experimento mental con el gato de Schrödinger, que está en la caja al mismo tiempo vivo y muerto hasta que el observador se escabulle allí. Nada en la vida cotidiana funciona de esa manera. Sin embargo, alrededor de 1 millón de experimentos llevados a cabo desde principios del siglo XX muestran que la superposición existe realmente. Y el siguiente paso es descubrir cómo usar este concepto.
Procesador Quantum: descripción del trabajo
Los bits clásicos pueden ser 0 o1. Si salta su línea a través de las “puertas lógicas” (AND, OR, NOT, etc.), puede multiplicar los números, dibujar imágenes, etc. El qubit también puede tomar los valores 0, 1 o ambos. Si, digamos, 2 qubits están enredados, entonces esto los hace perfectamente correlacionados. Un procesador de tipo cuántico puede utilizar puertas lógicas. T. n. La puerta de Hadamard, por ejemplo, coloca un qubit en un estado de perfecta superposición. Si la superposición y el entrelazamiento se combinan con puertas cuánticas inteligentemente ubicadas, el potencial de los cálculos subatómicos comienza a desarrollarse. 2 qubits le permiten explorar 4 estados: 00, 01, 10 y 11. El principio de funcionamiento de un procesador cuántico es tal que al realizar una operación lógica es posible trabajar con todas las posiciones a la vez. Y el número de estados disponibles es 2 por grado del número de qubits. Por lo tanto, si creas una computadora cuántica universal de 50 qubit, teóricamente puedes explorar todas las 1.125 combinaciones de cuatro billones al mismo tiempo.
Kudity
Procesador cuántico en Rusia ver variosde lo contrario Los científicos del Instituto de Física y Tecnología de Moscú y el Centro Quantum de Rusia han creado "qudits", que son varios qubits "virtuales" con varios niveles de "energía".
Amplitudes
Procesador de tipo cuántico tiene laLa ventaja es que la mecánica cuántica se basa en amplitudes. Las amplitudes son como la probabilidad, pero también pueden ser números negativos y complejos. Entonces, si necesita calcular la probabilidad de un evento, puede sumar las amplitudes de varias opciones para su desarrollo. La idea de la computación cuántica es tratar de ajustar el patrón de interferencia para que algunas rutas a las respuestas incorrectas tengan una amplitud positiva y otras negativas, y por lo tanto se compensen entre sí. Y los caminos que conducen a la respuesta correcta tendrían amplitudes que están en fase entre sí. El truco es que necesitas organizar todo, sin saber de antemano cuál es la respuesta correcta. Por lo tanto, la exponencialidad de los estados cuánticos en combinación con el potencial de interferencia entre amplitudes positivas y negativas es una ventaja de los cálculos de este tipo.
Algoritmo de Shor
Hay muchas tareas en las que una computadora no estácapaz de resolver. Por ejemplo, el cifrado. El problema es que no es tan fácil encontrar los factores primos de un número de 200 dígitos. Incluso si la computadora portátil funciona con un software excelente, es posible que tenga que esperar años para encontrar la respuesta. Por lo tanto, otro hito en la computación cuántica fue un algoritmo publicado en 1994 por Peter Shor, ahora profesor de matemáticas en el MIT. Su método es encontrar una gran cantidad de factores usando una computadora cuántica, que luego no existía. En esencia, el algoritmo realiza operaciones que indican áreas con la respuesta correcta. Al año siguiente, Shore descubrió una forma de corrección de errores cuánticos. Entonces, muchos se dieron cuenta de que este es un método de cálculo alternativo, que en algunos casos puede ser más poderoso. Luego hubo un aumento del interés de los físicos por la creación de qubits y puertas lógicas entre ellos. Y ahora, dos décadas después, la humanidad está a punto de crear una computadora cuántica de pleno derecho.
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