Għaxar snin wara ħadd ma jaf meta

Għal persuna inqas infurmata li tkun qrat mazz sħiħ ta 'pubblikazzjonijiet dwar kompjuters quantum, wieħed jista' jieħu l-impressjoni li dawn huma magni "off-the-shelf" li jaħdmu bl-istess mod bħall-kompjuters ordinarji. Xejn ma jista 'jkun aktar ħażin. Xi wħud saħansitra jemmnu li għad m'hemmx kompjuters quantum. U oħrajn jistaqsu għalxiex se jintużaw, peress li mhumiex iddisinjati biex jissostitwixxu sistemi zero-one.

Ħafna drabi nisimgħu li l-ewwel kompjuters quantum reali u li jaħdmu sew se jidhru f'madwar għaxar snin. Madankollu, kif innota Linley Gwennap, analista ewlieni tal-Grupp Linley, fl-artiklu, “meta n-nies jgħidu li kompjuter quantum se jidher f’għaxar snin, ma jafux meta se jiġri.”

Minkejja din is-sitwazzjoni vaga, l-atmosfera ta 'kompetizzjoni għall-hekk imsejħa. dominanza quantum. Mħassba dwar ix-xogħol quantum u s-suċċess taċ-Ċiniżi, l-amministrazzjoni tal-Istati Uniti f'Diċembru li għadda għaddiet l-Att dwar l-Inizjattiva Quantum Nazzjonali (1). Id-dokument huwa maħsub biex jipprovdi appoġġ federali għar-riċerka, l-iżvilupp, id-dimostrazzjoni, u l-applikazzjoni tal-komputazzjoni u t-teknoloġiji quantum. F'għaxar snin maġiċi, il-gvern tal-Istati Uniti se jonfoq biljuni biex jibni infrastruttura tal-komputazzjoni kwantistika, ekosistemi, u jirrekluta nies. L-iżviluppaturi ewlenin kollha ta 'kompjuters quantum - D-Wave, Honeywell, IBM, Intel, IonQ, Microsoft u Rigetti, kif ukoll il-ħallieqa ta' algoritmi quantum 1QBit u Zapata laqgħu dan. Inizjattiva Nazzjonali Quantum.

Pijunieri D-WAve

Fl-2007, D-Wave Systems introduċiet ċippa ta' 128 qubit (2), jissejjaħ l-ewwel kompjuter quantum fid-dinja. Madankollu, ma kien hemm l-ebda ċertezza jekk setgħetx tissejjaħ hekk - intwera biss ix-xogħol tiegħu, mingħajr ebda dettalji tal-kostruzzjoni tiegħu. Fl-2009, D-Wave Systems żviluppaw magna tat-tiftix tal-immaġni "quantum" għal Google. F'Mejju 2011, Lockheed Martin akkwistat kompjuter quantum minn D-Wave Systems. D-mewġa waħda għal $ 10 miljun, filwaqt li jiffirma kuntratt ta 'ħafna snin għall-operat tiegħu u l-iżvilupp ta' algoritmi relatati.

Fl-2012, din il-magna wriet il-proċess li tinstab il-molekula tal-proteina helical bl-inqas enerġija. Riċerkaturi minn D-Wave Systems jużaw sistemi b'numri differenti qubits, wettaq numru ta 'kalkoli matematiċi, li wħud minnhom kienu ferm lil hinn mill-kapaċitajiet tal-kompjuters klassiċi. Madankollu, kmieni fl-2014, John Smolin u Graham Smith ippubblikaw artiklu li sostna li l-magna D-Wave Systems ma kinitx magna. Ftit wara, Physics of Nature ppreżentat ir-riżultati ta 'esperimenti li juru li D-Wave One għadu ...

Test ieħor f'Ġunju 2014 ma wera l-ebda differenza bejn kompjuter klassiku u magna D-Wave Systems, iżda l-kumpanija wieġbet li d-differenza kienet notevoli biss għal kompiti aktar kumplessi minn dawk solvuti fit-test. Fil-bidu tal-2017, il-kumpanija żvelat magna li apparentement tikkonsisti minn 2 elf qubitsli kien 2500 darba aktar mgħaġġla mill-algoritmi klassiċi mgħaġġla. U għal darb'oħra, xahrejn wara, grupp ta 'xjentisti wera li dan il-paragun ma kienx preċiż. Għal ħafna xettiċi, is-sistemi D-Wave għadhom mhumiex kompjuters quantum, iżda tagħhom simulazzjonijiet bl-użu ta' metodi klassiċi.

Is-sistema D-Wave tar-raba 'ġenerazzjoni tuża ittemprar quantumu l-istati tal-qubit huma realizzati minn ċirkwiti quantum superkonduttivi (ibbażati fuq l-hekk imsejħa junctions Josephson). Huma joperaw f'ambjent qrib iż-żero assolut u jiftaħru sistema ta '2048 qubits. Fl-aħħar tal-2018, D-Wave introduċiet fis-suq BOUNCE, jiġifieri, tiegħek ambjent ta' applikazzjoni quantum f'ħin reali (KAE). Is-soluzzjoni tal-cloud tippermetti lill-klijenti esterni jaċċessaw quantum computing f'ħin reali.

Fi Frar 2019, D-Wave ħabbret il-ġenerazzjoni li jmiss  Pegasus. Tħabbar li hija "l-aktar sistema kwantistika kummerċjali estensiva fid-dinja" bi ħmistax-il konnessjoni għal kull qubit minflok sitta, b' aktar minn 5 qubits u tixgħel it-tnaqqis tal-istorbju f'livell mhux magħruf qabel. L-apparat għandu jidher għall-bejgħ f'nofs is-sena d-dieħla.

Qubits, jew superpożizzjonijiet flimkien ma' tħabbil

Proċessuri tal-kompjuter standard jiddependu fuq pakketti jew biċċiet ta 'informazzjoni, kull wieħed jirrappreżenta tweġiba waħda iva jew le. Il-proċessuri Quantum huma differenti. Huma ma jaħdmux f'dinja zero-one. għadma tal-minkeb, l-iżgħar u indiviżibbli unità ta 'informazzjoni kwantistika hija s-sistema bidimensjonali deskritta Spazju Hilbert. Għalhekk, huwa differenti mit-taħbit klassiku peress li jista 'jkun fih kwalunkwe superpożizzjoni żewġ stati quantum. Il-mudell fiżiku ta 'qubit ħafna drabi jingħata bħala eżempju ta' partiċella bi spin ½, bħal elettron, jew il-polarizzazzjoni ta 'foton wieħed.

Biex tisfrutta l-qawwa tal-qubits, trid tqabbadhom permezz ta 'proċess imsejjaħ konfużjoni. Ma 'kull qubit miżjud, il-qawwa tal-ipproċessar tal-proċessur jirdoppja innifsek, peress li n-numru ta 'tħabbil huwa akkumpanjat mit-tħabbil ta' qubit ġdid bl-istati kollha diġà disponibbli fil-proċessur (3). Iżda l-ħolqien u l-kombinazzjoni ta 'qubits u mbagħad tgħidilhom biex iwettqu kalkoli kkomplikati mhix biċċa xogħol faċli. Huma jibqgħu estremament sensittivi għall-influwenzi esternili jistgħu jwasslu għal żbalji ta’ kalkolu u, fl-agħar każ, għat-tħassir ta’ qubits imħabblin, i.e. dekoerenzali hija s-saħta reali tas-sistemi quantum. Hekk kif jiżdiedu qubits addizzjonali, l-effetti negattivi tal-forzi esterni jiżdiedu. Mod wieħed biex tittratta din il-problema huwa li tippermetti addizzjonali qubits "KONTROLL"li l-unika funzjoni tiegħu hija li jiċċekkja u jikkoreġi l-output.

3. Rappreżentazzjoni simbolika tas-sistema IBM ta '50 qubit

Madankollu, dan ifisser li se jkunu meħtieġa kompjuters quantum aktar b'saħħithom, utli għas-soluzzjoni ta 'problemi kumplessi, bħad-determinazzjoni ta' kif il-molekuli tal-proteini jintwew jew is-simulazzjoni tal-proċessi fiżiċi ġewwa l-atomi. ħafna qubits. Tom Watson mill-Università ta’ Delft fl-Olanda dan l-aħħar qal lil BBC News:

-

Fil-qosor, jekk il-kompjuters quantum għandhom jitilgħu, għandek bżonn toħroġ b'mod faċli biex tipproduċi proċessuri qubit kbar u stabbli.

Peress li l-qubits huma instabbli, huwa estremament diffiċli li tinħoloq sistema b'ħafna minnhom. Mela jekk, fl-aħħar mill-aħħar, il-qubits bħala kunċett għall-komputazzjoni quantum ifallu, ix-xjenzati għandhom alternattiva: il-qubit quantum gates.

Tim mill-Università ta 'Purdue ippubblika studju f'npj Quantum Information li jagħti dettalji dwar il-ħolqien tagħhom. Ix-xjentisti jemmnu li kuditskuntrarjament għall-qubits, jistgħu jeżistu f'aktar minn żewġ stati, bħal 0, 1, u 2, u għal kull stat miżjud, il-qawwa komputazzjonali ta' qudit wieħed tiżdied. Fi kliem ieħor, għandek bżonn tikkodifika u tipproċessa l-istess ammont ta 'informazzjoni. inqas glorja minn qubits.

Biex jinħolqu xtiebi quantum li fihom qudits, it-tim ta 'Purdue ikkodifika erba' qudits f'żewġ fotoni mħabblin f'termini ta 'frekwenza u ħin. It-tim għażel fotoni għaliex ma jaffettwawx l-ambjent daqshekk faċilment, u l-użu ta 'dominji multipli ippermetta għal aktar taħbil b'inqas fotoni. Il-bieb lest kellu qawwa ta 'proċessar ta' 20 qubits, għalkemm kien jeħtieġ biss erba 'qudits, bi stabbiltà addizzjonali minħabba l-użu ta' fotoni, li jagħmilha sistema promettenti għal kompjuters quantum futuri.

Nases tas-silikon jew tal-joni

Għalkemm mhux kulħadd jaqsam din l-opinjoni, l-użu tas-silikon biex jinbnew kompjuters quantum jidher li għandu benefiċċji kbar, peress li t-teknoloġija tas-silikon hija stabbilita sew u diġà hemm industrija kbira assoċjata magħha. Is-silikon jintuża fil-proċessuri quantum ta 'Google u IBM, għalkemm huwa mkessaħ fihom għal temperaturi baxxi ħafna. Mhuwiex materjal ideali għal sistemi quantum, iżda x-xjenzati qed jaħdmu fuqu.

Skont pubblikazzjoni riċenti f'Nature, tim ta 'riċerkaturi uża enerġija microwave biex jallinja żewġ partiċelli elettroni sospiżi fis-silikon u mbagħad użahom biex iwettqu serje ta' kalkoli tat-test. Il-grupp, li kien jinkludi, b'mod partikolari, xjenzati mill-Università ta 'Wisconsin-Madison "sospensjoni" qubits ta' elettroni wieħed fi struttura tas-silikon, li l-ispin tagħha kien determinat mill-enerġija tar-radjazzjoni microwave. F'superpożizzjoni, elettron simultanjament idur madwar żewġ assi differenti. Iż-żewġ qubits imbagħad ġew magħquda u pprogrammati biex iwettqu kalkoli tat-test, u wara r-riċerkaturi qabblu d-dejta ġġenerata mis-sistema ma 'dejta riċevuta minn kompjuter standard li jwettaq l-istess kalkoli tat-test. Wara li tikkoreġi d-data, programmabbli proċessur tas-silikon quantum ta 'żewġ bit.

Għalkemm il-perċentwal ta' żbalji għadu ferm ogħla milli fl-hekk imsejħa nases tal-joni (apparati li fihom partiċelli ċċarġjati bħal joni, elettroni, protoni huma maħżuna għal xi żmien) jew kompjuters  ibbażat fuq superkondutturi bħal D-Wave, il-kisba tibqa' notevoli peress li l-iżolament tal-qubits mill-istorbju estern huwa estremament diffiċli. L-ispeċjalisti jaraw opportunitajiet għall-iskala u t-titjib tas-sistema. U l-użu tas-silikon, mil-lat teknoloġiku u ekonomiku, huwa ta 'importanza ewlenija hawnhekk.

Madankollu, għal ħafna riċerkaturi, is-silikon mhuwiex il-futur tal-kompjuters quantum. F'Diċembru tas-sena li għaddiet, dehret informazzjoni li l-inġiniera tal-kumpanija Amerikana IonQ użaw l-itterbju biex joħolqu l-aktar kompjuter quantum produttiv fid-dinja, li qabeż is-sistemi D-Wave u IBM.

Ir-riżultat kien magna li kien fiha atomu wieħed f'nassa tal-joni (4) juża qubit tad-dejta wieħed għall-kodifikazzjoni, u l-qubits huma kkontrollati u mkejla bl-użu ta 'impulsi tal-laser speċjali. Il-kompjuter għandu memorja li tista 'taħżen 160 qubits ta' data. Jista 'wkoll iwettaq kalkoli simultanjament fuq 79 qubits.

4. Skema tan-nassa tal-jone IonQ

Ix-xjentisti minn IonQ wettqu test standard tal-hekk imsejjaħ Algoritmu Bernstein-Vaziranian. Il-kompitu tal-magna kien li guess numru bejn 0 u 1023. Kompjuters klassiċi jieħdu ħdax-il guess għal numru 10-bit. Kompjuters quantum jużaw żewġ approċċi biex raden ir-riżultat b'ċertezza ta '100%. Fl-ewwel tentattiv, il-kompjuter quantum IonQ ħaseb medja ta '73% tan-numri mogħtija. Meta l-algoritmu jitmexxa għal kwalunkwe numru bejn 1 u 1023, ir-rata ta 'suċċess għal kompjuter normali hija 0,2%, filwaqt li għal IonQ hija 79%.

L-esperti IonQ jemmnu li s-sistemi bbażati fuq nases tal-joni huma superjuri għall-kompjuters quantum tas-silikon li qed jibnu Google u kumpaniji oħra. Il-matriċi ta '79 qubit tagħhom tegħleb il-proċessur quantum Bristlecone ta' Google b'7 qubits. Ir-riżultat IonQ huwa wkoll sensazzjonali meta niġu għall-uptime tas-sistema. Skont il-ħallieqa tal-magna, għal qubit wieħed, jibqa 'f'99,97%, li jfisser rata ta' żball ta '0,03%, filwaqt li l-aħjar riżultati tal-kompetizzjoni kellhom medja ta' madwar 0,5%. Ir-rata ta 'żball ta' 99,3 bits għall-apparat IonQ għandha tkun 95%, filwaqt li ħafna mill-kompetizzjoni ma taqbiżx il-XNUMX%.

Ta 'min iżżid li, skond ir-riċerkaturi ta' Google supremazija kwantistika – il-punt li fih kompjuter quantum jegħleb il-magni l-oħra kollha disponibbli – diġà jista’ jintlaħaq b’kompjuter quantum b’49 qubit, sakemm ir-rata ta’ żball fuq il-gradi ta’ żewġ qubit tkun taħt 0,5%. Madankollu, il-metodu tan-nassa tal-jone fil-komputazzjoni kwantistika għadu jiffaċċja ostakli kbar biex jingħelbu: ħin ta 'eżekuzzjoni bil-mod u daqs enormi, kif ukoll l-eżattezza u l-iskalabbiltà tat-teknoloġija.

Stronghold ta 'ciphers fil ruins u konsegwenzi oħra

F'Jannar 2019 fis-CES 2019, il-Kap Eżekuttiv tal-IBM, Ginni Rometty, ħabbar li IBM diġà kienet qed toffri sistema ta' kompjuters quantum integrata għal użu kummerċjali. Kompjuters quantum IBM5) jinsabu fiżikament fi New York bħala parti mis-sistema IBM Q Sistema Waħda. Bl-użu tan-Netwerk Q u ċ-Ċentru tal-Kompjutazzjoni Q Quantum, l-iżviluppaturi jistgħu faċilment jużaw is-softwer Qiskit biex jiġbru algoritmi tal-kwantum. Għalhekk, il-qawwa tal-kompjuters tal-kompjuters quantum IBM hija disponibbli bħala servizz tal-cloud computing, bi prezz raġonevoli.

D-Wave ilu wkoll jipprovdi servizzi bħal dawn għal xi żmien issa, u atturi ewlenin oħra (bħal Amazon) qed jippjanaw offerti simili ta' quantum cloud. Microsoft marret lil hinn bl-introduzzjoni Q# lingwa ta 'programmar (pronunzjata bħala) li tista 'taħdem ma' Visual Studio u taħdem fuq laptop. Il-programmaturi għandhom għodda biex jissimulaw algoritmi quantum u joħolqu pont tas-softwer bejn il-kompjuter klassiku u quantum.

Madankollu, il-mistoqsija hija, għal xiex jistgħu l-kompjuters u l-qawwa tal-kompjuter tagħhom fil-fatt ikunu utli? Fi studju ppubblikat f’Ottubru li għadda fil-ġurnal Science, xjenzati mill-IBM, l-Università ta’ Waterloo u l-Università Teknika ta’ Munich ippruvaw japprossimaw it-tipi ta’ problemi li l-kompjuters quantum jidhru l-aktar adattati biex isolvu.

Skont l-istudju, tali apparati jkunu jistgħu jsolvu kumplessi alġebra lineari u problemi ta' ottimizzazzjoni. Jidher vag, iżda jista 'jkun hemm opportunitajiet għal soluzzjonijiet aktar sempliċi u orħos għal kwistjonijiet li bħalissa jeħtieġu ħafna sforz, riżorsi u ħin, u xi kultant huma lil hinn mill-firxa tagħna.

5. IBM quantum kompjuter

Kompjuter quantum utli ibdel dijametrikament il-qasam tal-kriptografija. Bis-saħħa tagħhom, il-kodiċijiet tal-kriptaġġ jistgħu jiġu kkrekkjati malajr u, possibilment, teknoloġija blockchain se tinqered. Il-kriptaġġ RSA issa jidher li huwa difiża b'saħħitha u indestructible li tipproteġi l-biċċa l-kbira tad-dejta u l-komunikazzjonijiet fid-dinja. Madankollu, kompjuter quantum b'saħħtu biżżejjed jista 'faċilment xaqq l-encryption RSA bl-għajnuna L-algoritmu ta' Shora.

Kif tipprevjenih? Xi wħud jirrakkomandaw li jiżdied it-tul taċ-ċwievet ta 'kodifikazzjoni pubbliċi għad-daqs meħtieġ biex tingħeleb id-deċifrar tal-kwantum. Għal oħrajn, għandu jintuża waħdu biex jiżgura komunikazzjonijiet siguri. Grazzi għall-kriptografija kwantistika, l-att stess ta 'interċettazzjoni tad-dejta jikkorrompihom, u wara li l-persuna li tinterferixxi mal-partiċella ma tkunx tista' tikseb informazzjoni utli minnha, u r-riċevitur ikun imwissi dwar l-attentat ta 'eavesdropping.

Applikazzjonijiet potenzjali tal-komputazzjoni kwantistika huma wkoll imsemmija ta' spiss. analiżi ekonomika u tbassir. Bis-saħħa tas-sistemi quantum, mudelli kumplessi ta 'mġieba tas-suq jistgħu jiġu estiżi biex jinkludu ħafna aktar varjabbli minn qabel, li jwasslu għal dijanjosi u tbassir aktar preċiżi. Billi fl-istess ħin jiġu pproċessati eluf ta' varjabbli minn kompjuter quantum, ikun possibbli wkoll li jitnaqqsu l-ħin u l-ispiża meħtieġa għall-iżvilupp. drogi ġodda, soluzzjonijiet tat-trasport u loġistika, ktajjen tal-provvista, mudelli tal-klimakif ukoll biex isolvu ħafna problemi oħra ta’ kumplessità ġiganteski.

il-liġi ta' Nevena

Id-dinja tal-kompjuters qodma kellha l-liġi ta’ Moore tagħha stess, filwaqt li l-kompjuters quantum iridu jkunu ggwidati mill-hekk imsejħa il-liġi ta' Nevena. Huwa għandu ismu lil wieħed mill-aktar speċjalisti tal-quantum prominenti fil-Google, Hartmut Nevena (6), li jiddikjara li bħalissa qed isiru avvanzi fit-teknoloġija tal-komputazzjoni kwantistika veloċità esponenzjali doppja.

Dan ifisser li minflok tirdoppja l-prestazzjoni b'iterazzjonijiet suċċessivi, kif kien il-każ fil-kompjuters klassiċi u l-liġi ta 'Moore, it-teknoloġija quantum ittejjeb il-prestazzjoni ħafna aktar malajr.

L-esperti jbassru l-miġja tas-superjorità quantum, li tista 'tiġi tradotta mhux biss fis-superjorità tal-kompjuters quantum fuq kwalunkwe klassiku, iżda wkoll b'modi oħra - bħala l-bidu ta' era ta 'kompjuters quantum utli. Dan se jwitti t-triq għal skoperti fil-kimika, l-astrofiżika, il-mediċina, is-sigurtà, il-komunikazzjonijiet, u aktar.

Madankollu, hemm ukoll opinjoni li tali superjorità qatt mhu se teżisti, għall-inqas mhux fil-futur qrib. Verżjoni aktar ħafifa ta 'xettiċiżmu hija dik il-kompjuters quantum qatt mhu se jissostitwixxu l-kompjuters klassiċi minħabba li mhumiex iddisinjati biex jagħmlu dan. Ma tistax tissostitwixxi iPhone jew PC b'magna quantum, bħalma ma tistax tissostitwixxi żraben tat-tennis... ma' aircraft carrier nukleari.. Kompjuters klassiċi jħalluk tilgħab, tiċċekkja l-email, tisserfja l-web, u tmexxi programmi. Il-kompjuters quantum fil-biċċa l-kbira tal-każijiet iwettqu simulazzjonijiet li huma kumplessi wisq għal sistemi binarji li jaħdmu fuq bits tal-kompjuter. Fi kliem ieħor, konsumaturi individwali kważi ma jiksbu l-ebda benefiċċju mill-kompjuter quantum tagħhom stess, iżda l-benefiċjarji reali tal-invenzjoni se jkunu, pereżempju, NASA jew l-Istitut tat-Teknoloġija ta 'Massachusetts.

Iż-żmien se jgħid liema approċċ huwa aktar xieraq - IBM jew Google. Skont il-liġi ta’ Neven, ninsabu biss ftit xhur ‘il bogħod milli naraw turija sħiħa ta’ superjorità quantum minn tim jew ieħor. U dan m’għadux prospett “f’għaxar snin, jiġifieri ħadd ma jaf meta.”