Сегодняшние квантовые компьютеры для квантовых вычислений такие же, как ENIAC для классических вычислений; задача состоит в том, чтобы заставить их двигаться так быстро


ENIAC был потрясающим. Пугающий. Этот компьютер, одна из первых машин общее назначение в истории он весил около 27 тонн, занимал 167 квадратных метров и использовал не менее 18 000 термоэмиссионных клапанов. Его разработчики Джон Мочли и Дж. Преспер Эккерт запустили его для решения реальной проблемы в конце 1945 года в Пенсильванском университете, и он оставался работоспособным до 1955 года.

Развитие, которое с тех пор претерпели классические компьютеры, поразительно. И прежде всего это было отмечено появлением компонента: транзистор. Он дебютировал в 1947 году тремя физиками из Bell Labs Джоном Бардином, Уильямом Шокли и Уолтером Браттейном. Простой способ определить его предлагает нам описать его как полупроводниковое электронное устройство, которое способно реагировать на входной сигнал, выдавая нам определенный выходной сигнал.

В любом случае, если не брать в расчет принцип его действия, в этой статье мы хотим вспомнить, что транзисторы положили конец гегемонии электронных ламп в мире электроники в целом и в компьютерных науках в частности. Его набег положил начало безумной гонке, в результате которой компьютеры стали меньше, мощнее и дешевле. А также более популярны.

Квантовый компьютер Так выглядят квантовые компьютеры, в состав которых входят сверхпроводящие кубиты. Они работают при температуре, очень близкой к абсолютному нулю, то есть -273,15 градуса по Цельсию.

Несомненно, что без изобретения транзистора мы бы не были там, где мы есть. Компьютеры и наши электронные устройства не были бы такими, какие они есть. Если мы задумаемся на мгновение, мы сможем увидеть параллелизм, существующий между нынешними квантовыми компьютерами и тем гигантским ENIAC, который в середине 20-го века ошеломил многих людей.

В некотором смысле прототипы квантовых машин, которые у нас есть, похожи на тот компьютер-пионер, и это наводит нас на мысль, что, возможно, квантовые вычисления ждут появления собственный «транзисторный эффект».

Критерий Рэлея объяснил: близость физического предела кремния напоминает нам, что это уравнение говорит нам, как далеко мы можем зайти.

Квантовые вычисления сложнее классических.

Развитие, которое квантовые вычисления претерпели за последние два десятилетия, было монументальным. Прошло чуть более двадцати пяти лет с тех пор, как испанский физик Игнасио Чирак и ветеран австрийского физика Петер Цоллер предложили теоретические основы этой дисциплины, но их хватило, так что у нас уже есть машины, способные решать некоторые практические задачи. Несмотря на все еще многочисленные ограничения.

Но еще многое предстоит сделать. На самом деле очень много. Когда появились транзисторы, рудименты классических вычислений они были формализованы благодаря работе таких колоссальных математиков, как Алан Тьюринг, Джон фон Нейман и других известных ученых.

Некоторые ученые, такие как израильский математик и профессор Йельского университета Гил Калаи, утверждают, что у нас никогда не будет полностью функциональных и исправляющих ошибки квантовых компьютеров.

Конечно, в середине 20-го века еще многое нужно было сделать для разработки компьютеров, которые у нас есть сегодня, но это было больше усовершенствовать технологию С кем нам уже было комфортнее флиртовать, чем решать большие задачи.

Однако квантовые вычисления по-прежнему создают огромные проблемы. Собственно, Титаник. Фактически, они настолько сложны, что некоторые ученые, такие как израильский математик и профессор Йельского университета Гил Калаи, утверждают, что у нас никогда не будет полнофункциональных квантовых компьютеров, способных исправлять свои собственные ошибки. И это как раз одна из самых больших проблем, над которыми работают исследователи квантовых вычислений: исправление ошибок.

Эффект квантовой суперпозиции сохраняется только до того момента, когда мы измеряем значение кубита. Когда мы проводим эту операцию перекрытие рушится и кубит принимает единственное значение, которое будет 0 или 1. Проблема в том, что, учитывая саму природу квантовых систем, очень трудно узнать, произошла ли ошибка.

Fitcubit По словам Джеймса Кларка, директора лаборатории квантовых вычислений Intel, для того, чтобы квантовый компьютер был значительно лучше классического, он должен работать примерно с 1000 кубитами.

Исследователи работают над интересной стратегией исправления ошибок: не измерять напрямую значение кубитов, участвующих в квантовой логической операции, чтобы не вызвать коллапса суперпозиции.

Идея состоит в том, чтобы проверить значение других кубитов, связанных с «основными» кубитами, но не участвующих в вычислениях, чтобы знать косвенно значение последнего. Жалко, что у этой стратегии есть большая проблема: чтобы она работала, нам нужно работать с большим количеством кубитов.

Это самый мощный ПК, который мы можем построить: мы проектируем современный компьютер со всем, что нам предлагают технологии в 2021 году.

Наличие кубитов более высокого качества позволит нам продлить срок службы квантовой информации.

И это подводит нас к следующему серьезному вызову: нам нужно кубиты более высокого качества. Квантовые данные, с которыми работают квантовые системы, уничтожаются за короткий период времени, поэтому наличие кубитов более высокого качества позволит нам продлить срок службы квантовой информации и выполнять с ней более сложные операции.

В настоящее время два направления исследований в области разработки кубитов, которые дают наилучшие результаты: сверхпроводящие цепи– это путь, по которому идут Google, IBM, Intel и другие компании, и ионы, взвешенные в электрических полях. Эта последняя стратегия также известна как ионные ловушки и в настоящее время менее развита, чем настройка сверхпроводящего кубита.

Intelcubit Пока что единственными двумя исследовательскими группами, заявившими о достижении квантового превосходства, были: одна из них возглавляет Джон Мартинис из Google, а другая – Цзянь-Вэй Пань из Китайского университета науки и технологий и Университета Цинхуа в Пекине.

Третья серьезная задача, которую поставили перед нами квантовые вычисления, – это не что иное, как необходимость реализовать новые квантовые алгоритмы что они могут помочь нам решить проблемы, которые мы не можем решить с помощью самых мощных классических суперкомпьютеров, которые у нас есть сегодня. Эти алгоритмы позволят квантовым компьютерам изменить мир к лучшему.

Многие исследователи уверены, что появятся полнофункциональные квантовые компьютеры.

Однако, несмотря на все, что мы только что обсудили, мы можем быть достаточно оптимистичными. Многие исследователи, а они абсолютно серьезные и целеустремленные ученые, убеждены, что квантовые компьютеры полностью функциональный прибудет. У них будут сотни или даже тысячи кубитов. А также исправления ошибок.

Путь впереди пугающий, но у нас есть важный технологический арсенал и очень солидная научная база в нашем распоряжении. Нам просто нужно скрестить пальцы. И исследуй дальше.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *