Sepuluh taun sabanjure ora ana sing ngerti kapan

Wong sing kurang ngerti sing wis maca pirang-pirang publikasi babagan komputer kuantum bisa uga duwe kesan yen iki minangka mesin "off-the-shelf" sing bisa digunakake kanthi cara sing padha karo komputer biasa. Ora ana sing luwih salah. Sawetara malah percaya yen durung ana komputer kuantum. Lan liyane wonder apa padha bakal digunakake, amarga padha ora dirancang kanggo ngganti sistem nul siji.

Kita asring krungu manawa komputer kuantum sing nyata lan bisa digunakake kanthi bener bakal katon ing sekitar sepuluh taun. Nanging, minangka Linley Gwennap, kepala analis ing Linley Group, nyathet ing artikel kasebut, "nalika wong ujar manawa komputer kuantum bakal katon sajrone sepuluh taun, dheweke ora ngerti kapan kedadeyan kasebut."

Senadyan kahanan samar iki, atmosfer kompetisi kanggo disebut. dominasi kuantum. Prihatin babagan karya kuantum lan kemajuan wong Tionghoa, pamrentah AS ngliwati Undhang-undhang Inisiatif Kuantum Nasional Desember kepungkur.1). Dokumen kasebut dimaksudake kanggo nyedhiyakake dhukungan federal kanggo riset, pangembangan, demonstrasi, lan aplikasi komputasi kuantum lan teknologi. Ing sepuluh taun ajaib, pamrentah AS bakal mbuwang milyaran mbangun infrastruktur komputasi kuantum, ekosistem, lan merekrut wong. Kabeh pangembang utama komputer kuantum - D-Wave, Honeywell, IBM, Intel, IonQ, Microsoft lan Rigetti, uga pencipta algoritma kuantum 1QBit lan Zapata nampani iki. Inisiatif Kuantum Nasional.

D-WAve Pioneers

Ing taun 2007, D-Wave Systems ngenalake chip 128-qubit (2), diarani komputer kuantum pisanan ing donya. Nanging, ora ana kepastian apa bisa diarani - mung karyane sing ditampilake, tanpa rincian konstruksi. Ing taun 2009, D-Wave Systems ngembangake mesin telusur gambar "kuantum" kanggo Google. Ing Mei 2011, Lockheed Martin angsal komputer kuantum saka D-Wave Systems. D-gelombang siji kanggo $ 10 yuta, nalika mlebu kontrak multi-taun kanggo operasi lan pangembangan algoritma related.

Ing 2012, mesin iki nduduhake proses nemokake molekul protein heliks kanthi energi paling murah. Peneliti saka D-Wave Systems nggunakake sistem kanthi nomer beda qubit, nindakake sawetara pitungan matematika, sawetara sing adoh ngluwihi kemampuan komputer klasik. Nanging, ing awal 2014, John Smolin lan Graham Smith nerbitake artikel sing nyatakake yen mesin D-Wave Systems dudu mesin. Ora suwe, Fisika Alam nampilake asil eksperimen sing mbuktekake manawa D-Wave One isih ...

Tes liyane sing ditindakake ing wulan Juni 2014 ora ana bedane antarane komputer klasik lan mesin D-Wave Systems, nanging perusahaan kasebut nanggapi yen prabédan kasebut mung katon kanggo tugas sing luwih rumit tinimbang sing ditanggulangi ing tes kasebut. Ing wiwitan taun 2017, perusahaan kasebut mbukak mesin sing meh kalebu 2 ewu qubitkang 2500 kaping luwih cepet saka algoritma klasik paling cepet. Lan maneh, rong sasi sabanjure, klompok ilmuwan mbuktekake manawa perbandingan iki ora akurat. Kanggo akeh sing mamang, sistem D-Wave isih dudu komputer kuantum, nanging simulasi nggunakake metode klasik.

Sistem D-Wave generasi kaping papat nggunakake anil kuantumlan negara qubit diwujudake kanthi sirkuit kuantum superkonduktor (adhedhasar sing diarani persimpangan Josephson). Dheweke beroperasi ing lingkungan sing cedhak karo nol mutlak lan duwe sistem 2048 qubit. Ing pungkasan taun 2018, D-Wave ngenalake pasar MUNTUL, yaiku, Panjenengan lingkungan aplikasi kuantum wektu nyata (KAE). Solusi maya ngidini klien eksternal ngakses komputasi kuantum kanthi wektu nyata.

Ing Februari 2019, D-Wave ngumumake generasi sabanjure  Pegasus. Iki diumumake minangka "sistem kuantum komersial paling ekstensif ing donya" kanthi limalas sambungan saben qubit tinimbang enem, kanthi liwat 5 qubit lan nguripake pangurangan gangguan ing tingkat sing sadurunge ora dingerteni. Piranti kasebut kudu didol ing tengah taun ngarep.

Qubits, utawa superpositions plus entanglement

pemroses komputer standar gumantung ing paket utawa bagéyan informasi, saben makili siji ya utawa ora jawaban. Prosesor kuantum beda. Dheweke ora kerja ing jagad nol siji. balung sikut, unit informasi kuantum sing paling cilik lan ora bisa dibagi yaiku sistem rong dimensi sing diterangake papan hilbert. Mulane, iku bedo saka klasik ngalahaken bisa ing sembarang superposisi rong negara kuantum. Model fisik qubit paling asring diwenehi minangka conto partikel kanthi spin ½, kayata elektron, utawa polarisasi foton tunggal.

Kanggo nggunakake kekuwatan qubit, sampeyan kudu nyambungake liwat proses sing diarani bingung. Kanthi saben ditambahake qubit, daya Processing saka prosesor ganda dhewe, amarga jumlah entanglements diiringi entanglement saka qubit anyar karo kabeh negara wis kasedhiya ing prosesor (3). Nanging nggawe lan nggabungake qubit lan banjur menehi pitunjuk supaya nindakake petungan sing rumit dudu tugas sing gampang. Padha tetep arang banget sensitif pengaruh njabakang bisa mimpin kanggo kasalahan pitungan lan, ing kasus paling awon, kanggo bosok qubits entangled, i.e. dekoherensiyaiku kutukan nyata sistem kuantum. Minangka qubits tambahan ditambahake, efek salabetipun saka pasukan external mundhak. Salah sawijining cara kanggo ngatasi masalah iki yaiku ngaktifake tambahan qubit "KONTROL"fungsi mung kanggo mriksa lan mbenerake output.

3. Perwakilan simbolis saka sistem IBM 50-qubit

Nanging, iki tegese komputer kuantum sing luwih kuat bakal dibutuhake, migunani kanggo ngrampungake masalah rumit, kayata nemtokake cara molekul protein melu utawa simulasi proses fisik ing njero atom. qubit banget. Tom Watson saka Universitas Delft ing Walanda bubar ngandhani BBC News:

-

Cekakipun, yen komputer kuantum bakal njupuk mati, sampeyan kudu nggawe cara gampang kanggo gawé prosesor qubit gedhe lan stabil.

Amarga qubit ora stabil, angel banget kanggo nggawe sistem kanthi akeh. Dadi yen, ing pungkasan, qubit minangka konsep kanggo komputasi kuantum gagal, para ilmuwan duwe alternatif: gerbang kuantum qubit.

Tim saka Universitas Purdue nerbitake studi ing npj Quantum Information sing njlentrehake kreasine. Para ilmuwan percaya yen kuditsora kaya qubit, bisa ana ing luwih saka rong negara-contone, 0, 1, lan 2-lan kanggo saben negara sing ditambahake, daya komputasi siji qudit mundhak. Ing tembung liyane, sampeyan kudu encode lan ngolah jumlah informasi sing padha. kurang kamulyan tinimbang qubit.

Kanggo nggawe gerbang kuantum sing ngemot qudit, tim Purdue nyandikan papat qudits dadi rong foton sing ana ing frekuensi lan wektu. Tim kasebut milih foton amarga ora gampang mengaruhi lingkungan, lan nggunakake macem-macem domain ngidini luwih akeh keterlibatan karo foton sing luwih sithik. Gerbang sing wis rampung nduweni daya pangolahan 20 qubit, sanajan mung mbutuhake patang qudit, kanthi stabilitas tambahan amarga nggunakake foton, dadi sistem sing apik kanggo komputer kuantum ing mangsa ngarep.

Silicon utawa ion traps

Sanajan ora saben wong duwe pendapat iki, panggunaan silikon kanggo nggawe komputer kuantum katon duwe kaluwihan gedhe, amarga teknologi silikon wis mapan lan industri gedhe wis ana gandhengane. Silicon digunakake ing prosesor kuantum Google lan IBM, sanajan digawe adhem nganti suhu sing sithik banget. Iki dudu bahan sing cocog kanggo sistem kuantum, nanging para ilmuwan ngupayakake.

Miturut publikasi anyar ing Nature, tim peneliti nggunakake energi gelombang mikro kanggo nyelarasake rong partikel elektron sing digantung ing silikon lan banjur digunakake kanggo nindakake serangkaian petungan tes. Klompok kasebut, sing kalebu, utamane, para ilmuwan saka Universitas Wisconsin-Madison "nundha" qubit elektronik tunggal ing struktur silikon, spin kasebut ditemtokake dening energi radiasi gelombang mikro. Ing superposisi, sawijining elektron bebarengan muter ngubengi rong sumbu sing beda. Kaloro qubit kasebut banjur digabungake lan diprogram kanggo nindakake petungan tes, sawise para panaliti mbandhingake data sing diasilake dening sistem kasebut karo data sing ditampa saka komputer standar sing nindakake petungan tes sing padha. Sawise mbenerake data, programmable prosesor silikon kuantum loro-dicokot.

Sanajan persentase kesalahan isih luwih dhuwur tinimbang sing diarani jebakan ion (piranti sing nyimpen partikel sing diisi kanggo sawetara wektu, kayata ion, elektron, proton) utawa komputer.  adhedhasar superkonduktor kayata D-Wave, prestasi kasebut tetep luar biasa amarga ngisolasi qubit saka gangguan eksternal angel banget. Spesialis ndeleng kesempatan kanggo skala lan nambah sistem. Lan panggunaan silikon, saka sudut pandang teknologi lan ekonomi, penting banget ing kene.

Nanging, kanggo akeh peneliti, silikon dudu masa depan komputer kuantum. Ing Desember taun kepungkur, informasi katon yen insinyur perusahaan Amerika IonQ nggunakake ytterbium kanggo nggawe komputer kuantum paling produktif ing donya, ngluwihi sistem D-Wave lan IBM.

Hasile yaiku mesin sing ngemot siji atom ing jebakan ion (4) nggunakake qubit data siji kanggo enkoding, lan qubits dikontrol lan diukur nggunakake pulsa laser khusus. Komputer nduweni memori sing bisa nyimpen 160 qubit data. Uga bisa nindakake petungan bebarengan ing 79 qubits.

4. Skema trap ion IonQ

Ilmuwan saka IonQ nganakake tes standar sing diarani Algoritma Bernstein-Waziraniego. Tugas mesin iki kanggo guess nomer antarane 0 lan 1023. Komputer klasik njupuk sewelas guess kanggo nomer 10-dicokot. Komputer kuantum nggunakake rong pendekatan kanggo ngira asil kanthi kepastian 100%. Ing upaya pisanan, komputer kuantum IonQ ngira rata-rata 73% saka nomer kasebut. Nalika algoritma mbukak kanggo nomer apa wae antarane 1 lan 1023, tingkat sukses kanggo komputer khas yaiku 0,2%, dene kanggo IonQ yaiku 79%.

Pakar IonQ percaya yen sistem adhedhasar jebakan ion luwih unggul tinimbang komputer kuantum silikon sing dibangun Google lan perusahaan liyane. Matriks 79-qubit kasebut ngluwihi prosesor kuantum Bristlecone Google kanthi 7 qubit. Asil IonQ uga sensasional nalika nerangake wektu aktif sistem. Miturut pangripta mesin kasebut, kanggo qubit siji, tetep ana ing 99,97%, tegese tingkat kesalahan 0,03%, dene asil paling apik saka kompetisi rata-rata udakara 0,5%. Tingkat kesalahan loro-bit kanggo piranti IonQ kudu 99,3%, dene sing paling saingan ora ngluwihi 95%.

Perlu ditambahake, miturut peneliti Google supremasi kuantum - titik ing ngendi komputer kuantum ngluwihi kabeh mesin liyane sing kasedhiya - wis bisa digayuh karo komputer kuantum kanthi 49 qubit, yen tingkat kesalahan ing gerbang loro qubit kurang saka 0,5%. Nanging, metode jebakan ion ing komputasi kuantum isih ngadhepi alangan utama sing kudu diatasi: wektu eksekusi alon lan ukuran gedhe, uga akurasi lan skalabilitas teknologi kasebut.

Benteng cipher ing reruntuhan lan akibat liyane

Ing Januari 2019 ing CES 2019, CEO IBM Ginni Rometty ngumumake yen IBM wis nawakake sistem komputasi kuantum terpadu kanggo panggunaan komersial. komputer kuantum IBM5) sacara fisik dumunung ing New York minangka bagéan saka sistem IBM Q Sistem Siji. Nggunakake Q Network lan Q Quantum Computational Center, pangembang bisa kanthi gampang nggunakake piranti lunak Qiskit kanggo nyusun algoritma kuantum. Mangkono, daya komputasi saka komputer kuantum IBM kasedhiya minangka layanan komputasi awan, regane cukup.

D-Wave uga wis sawetara wektu nyedhiyakake layanan kasebut, lan pemain utama liyane (kayata Amazon) ngrancang penawaran awan kuantum sing padha. Microsoft tindak luwih karo introduksi basa pemrograman Q# (pocapan kaya) sing bisa digunakake karo Visual Studio lan mbukak ing laptop. Programer duwe alat kanggo simulasi algoritma kuantum lan nggawe jembatan piranti lunak antarane komputasi klasik lan kuantum.

Nanging, pitakonane, apa komputer lan daya komputasi bisa migunani? Ing panaliten sing diterbitake Oktober pungkasan ing jurnal Science, para ilmuwan saka IBM, Universitas Waterloo lan Universitas Teknis Munich nyoba ngira-ngira jinis masalah sing koyone paling cocog karo komputer kuantum.

Miturut panaliten, piranti kasebut bakal bisa ngrampungake kompleks aljabar linear lan masalah optimasi. Kayane ora jelas, nanging bisa uga ana kesempatan kanggo solusi sing luwih gampang lan murah kanggo masalah sing saiki mbutuhake tenaga, sumber daya lan wektu, lan kadhangkala ora bisa digayuh.

5. IBM komputer kuantum

Komputasi kuantum sing migunani diametrically ngganti lapangan kriptografi. Thanks kanggo wong-wong mau, kode enkripsi bisa cepet retak lan, bisa uga, teknologi blockchain bakal numpes. Enkripsi RSA saiki katon minangka pertahanan sing kuwat lan ora bisa dirusak sing nglindhungi sebagian besar data lan komunikasi ing saindenging jagad. Nanging, komputer kuantum sing cukup kuat bisa gampang crack enkripsi RSA kanthi pitulung saka Algoritma Shora.

Carane nyegah? Sawetara advokat nambah dawa kunci enkripsi umum menyang ukuran sing dibutuhake kanggo ngatasi dekripsi kuantum. Kanggo liyane, iku kudu digunakake piyambak kanggo njamin komunikasi aman. Thanks kanggo kriptografi kuantum, tumindak nyegat data kasebut bakal ngrusak, sawise wong sing ngganggu partikel kasebut ora bakal entuk informasi sing migunani, lan panampa bakal dielingake babagan upaya eavesdropping.

Aplikasi potensial saka komputasi kuantum uga kerep disebutake. analisis ekonomi lan prakiraan. Thanks kanggo sistem kuantum, model komplèks prilaku pasar bisa ditambahi kanggo nyakup luwih akeh variabel tinimbang sadurunge, ndadékaké diagnosis lan prediksi sing luwih akurat. Kanthi bebarengan ngolah ewu variabel kanthi komputer kuantum, uga bisa nyuda wektu lan biaya sing dibutuhake kanggo pangembangan. obatan anyar, transportasi lan solusi logistik, chain sumber, model iklimuga kanggo ngrampungake akeh masalah liyane saka kerumitan gigantic.

hukum Marigold

Donya komputer lawas duwe hukum Moore dhewe, nalika komputer kuantum kudu dipandu dening apa sing disebut. hukum Marigold. Dheweke duwe utang marang salah sawijining spesialis kuantum sing paling misuwur ing Google, Hartmut Nevena (6), sing nyatakake yen kemajuan teknologi komputasi kuantum saiki ditindakake kacepetan eksponensial pindho.

Iki tegese tinimbang ngganda kinerja kanthi iterasi sing terus-terusan, kaya sing kedadeyan ing komputer klasik lan hukum Moore, teknologi kuantum nambah kinerja luwih cepet.

Para ahli prédhiksi tekané keunggulan kuantum, sing bisa diterjemahaké ora mung dadi kaunggulan komputer kuantum tinimbang sing klasik, nanging uga kanthi cara liya - minangka wiwitan jaman komputer kuantum sing migunani. Iki bakal mbukak dalan kanggo terobosan ing kimia, astrofisika, obat, keamanan, komunikasi, lan liya-liyane.

Nanging, ana uga panemu yen kaunggulan kasebut ora bakal ana, paling ora ing mangsa ngarep. Versi skeptisisme sing luwih entheng yaiku komputer kuantum ora bakal ngganti komputer klasik amarga padha ora dirancang kanggo nglakoni. Sampeyan ora bisa ngganti iPhone utawa PC karo mesin kuantum, kaya sampeyan ora bisa ngganti sepatu tenis karo operator pesawat nuklir.. Komputer klasik ngidini sampeyan main game, mriksa email, njelajah web, lan mbukak program. Komputer kuantum ing akeh kasus nindakake simulasi sing rumit banget kanggo sistem binar sing mlaku ing bit komputer. Ing tembung liyane, konsumen individu meh ora entuk manfaat saka komputer kuantum dhewe, nanging sing entuk manfaat nyata saka penemuan kasebut, contone, NASA utawa Institut Teknologi Massachusetts.

Wektu bakal nemtokake pendekatan sing luwih cocok - IBM utawa Google. Miturut hukum Neven, kita mung sawetara sasi kanggo ndeleng demonstrasi lengkap babagan keunggulan kuantum dening siji tim utawa liyane. Lan iki ora ana maneh prospek "ing sepuluh taun, yaiku, ora ana sing ngerti kapan."