Sapuluh taun ti harita teu aya anu terang iraha

Pikeun jalma anu kirang terang anu parantos maca seueur publikasi ngeunaan komputer kuantum, anjeun tiasa nampi gambaran yén ieu mangrupikeun mesin "off-the-rak" anu dianggo dina cara anu sami sareng komputer biasa. Euweuh bisa leuwih salah. Sababaraha malah yakin yén teu acan aya komputer kuantum. Jeung batur heran naon maranéhna bakal dipaké, sabab teu dirancang pikeun ngaganti sistem enol-hiji.

Urang sering ngadangu yén komputer kuantum anu nyata sareng leres fungsina bakal muncul dina sakitar dasawarsa. Tapi, sakumaha Linley Gwennap, lulugu analis di Linley Group, nyatet dina artikel, "nalika jalma nyebutkeun yén komputer kuantum bakal muncul dina sapuluh taun, maranéhna teu nyaho iraha éta bakal kajadian."

Sanajan kaayaan samar ieu, atmosfir kompetisi pikeun disebut. dominasi kuantum. Prihatin ngeunaan karya kuantum sareng kasuksésan Cina, administrasi AS Désémber kamari ngaluluskeun UU Inisiatif Kuantum Nasional (1). Dokumén ieu dimaksudkeun pikeun nyayogikeun dukungan féderal pikeun panalungtikan, pamekaran, demonstrasi, sareng aplikasi komputasi kuantum sareng téknologi. Dina sapuluh taun magis, pamaréntah AS bakal méakkeun milyaran ngawangun infrastruktur komputasi kuantum, ékosistem, sarta recruiting jalma. Sadaya pamekar utama komputer kuantum - D-Wave, Honeywell, IBM, Intel, IonQ, Microsoft sareng Rigetti, ogé panyipta algoritma kuantum 1QBit sareng Zapata ngabagéakeun ieu. Inisiatif Kuantum Nasional.

D-WAve panaratas

Dina 2007, D-Wave Systems ngawanohkeun chip 128-qubit (2), disebutna komputer kuantum munggaran di dunya. Nanging, teu aya kapastian naha éta tiasa disebat éta - ngan ukur karyana anu dipidangkeun, tanpa detil konstruksina. Taun 2009, D-Wave Systems ngembangkeun mesin pencari gambar "kuantum" pikeun Google. Dina Méi 2011, Lockheed Martin kaala komputer kuantum ti D-Wave Systems. D-gelombang hiji pikeun $ 10 juta, bari nandatanganan kontrak multi-taun pikeun operasi sarta ngembangkeun algoritma patali.

Dina 2012, mesin ieu nunjukkeun prosés manggihan molekul protéin hélik kalawan énergi panghandapna. Panaliti ti D-Wave Systems ngagunakeun sistem anu nomerna béda qubits, ngalaksanakeun sababaraha itungan matematik, sababaraha diantarana jauh saluareun kamampuan komputer klasik. Tapi, dina awal 2014, John Smolin sareng Graham Smith nyebarkeun tulisan anu nyatakeun yén mesin D-Wave Systems sanés mesin. Teu lila ti harita, Fisika Alam nampilkeun hasil percobaan ngabuktikeun yén D-Wave One masih ...

test sejen dina Juni 2014 némbongkeun euweuh bédana antara komputer Palasik jeung mesin D-Wave Systems, Tapi parusahaan direspon yén bédana éta ngan noticeable pikeun tugas leuwih kompleks tinimbang nu direngsekeun dina tés. Dina awal 2017, pausahaan unveiled mesin pura diwangun ku 2 rébu qubitnu 2500 kali leuwih gancang batan algoritma klasik panggancangna. Jeung deui, dua bulan ti harita, sakelompok élmuwan ngabuktikeun yén ngabandingkeun ieu teu akurat. Pikeun loba skeptics, sistem D-Wave masih teu komputer kuantum, tapi maranéhna simulasi ngagunakeun métode klasik.

Sistem D-Wave generasi kaopat ngagunakeun annealings kuantumjeung kaayaan qubit diwujudkeun ku sirkuit kuantum superconducting (dumasar kana nu disebut simpang Josephson). Aranjeunna beroperasi dina lingkungan anu caket sareng enol mutlak sareng gaduh sistem 2048 qubits. Dina ahir 2018, D-Wave diwanohkeun ka pasar JUMP, nyaeta, Anjeun lingkungan aplikasi kuantum real-time (KAEH). Solusi awan nyadiakeun klien éksternal kalawan aksés real-time kana komputasi kuantum.

Dina Pébruari 2019, D-Wave ngumumkeun generasi saterusna  Pegasus. Diumumkeun janten "sistem kuantum komersil anu paling éksténsif di dunya" kalayan lima belas sambungan per qubit tinimbang genep, kalayan leuwih 5 qubits sareng ngaktipkeun réduksi bising dina tingkat anu teu dipikanyaho. Alatna kedah diical dina pertengahan taun payun.

Qubits, atawa superpositions tambah entanglement

Prosesor komputer standar ngandelkeun pakét atanapi potongan inpormasi, masing-masing ngagambarkeun jawaban enya atanapi henteu. prosesor kuantum béda. Aranjeunna teu dianggo dina dunya nol-hiji. tulang siku, Unit pangleutikna jeung teu bisa dibagi informasi kuantum nyaéta sistem dua diménsi digambarkeun spasi Hilbert. Ku alatan éta, éta béda ti ngamen klasik nu bisa jadi di superposition wae dua kaayaan kuantum. Modél fisik qubit paling sering dirumuskeun salaku conto partikel kalayan spin ½, sapertos éléktron, atanapi polarisasi hiji foton.

Pikeun ngamangpaatkeun kakuatan qubits, anjeun kedah nyambungkeun aranjeunna ngaliwatan prosés anu disebut kabingungan. Kalawan unggal qubit ditambahkeun, kakuatan processing processor ganda maneh sorangan, Kusabab jumlah entanglements dipirig ku entanglement of a qubit anyar kalawan sagala nagara bagian geus sadia dina processor (3). Tapi nyiptakeun sareng ngahijikeun qubit teras nyarioskeun aranjeunna ngalaksanakeun itungan rumit sanés tugas anu gampang. Aranjeunna cicing sensitip pisan kana pangaruh éksternalnu bisa ngakibatkeun kasalahan itungan jeung, dina kasus awon, mun buruk qubits entangled, i.e. dekohérénsinu mangrupakeun kutukan nyata sistem kuantum. Salaku qubits tambahan ditambahkeun, épék ngarugikeun tina kakuatan éksternal ngaronjat. Salah sahiji cara pikeun ngatasi masalah ieu nyaéta ngaktipkeun tambahan qubits "KONTROL"anu ngan ukur fungsina pikeun mariksa sareng ngabenerkeun kaluaran.

3. Répréséntasi simbolis tina sistem IBM 50-qubit

Nanging, ieu hartosna yén komputer kuantum anu langkung kuat bakal diperyogikeun, mangpaat pikeun ngarengsekeun masalah anu kompleks, sapertos nangtukeun kumaha molekul protéin ngalipet atanapi simulasi prosés fisik di jero atom. loba qubits. Tom Watson ti Universitas Delft di Walanda nembé nyarios ka BBC News:

-

Pondokna, upami komputer kuantum badé angkat, anjeun kedah nyiptakeun cara anu gampang pikeun ngahasilkeun prosesor qubit anu ageung sareng stabil.

Kusabab qubits teu stabil, sesah pisan ngadamel sistem sareng seueur di antarana. Janten upami, tungtungna, qubits salaku konsép pikeun komputasi kuantum gagal, para ilmuwan ngagaduhan alternatif: gerbang kuantum qubit.

Tim ti Universitas Purdue medarkeun panilitian di npj Quantum Information ngadetailkeun kreasina. Élmuwan yakin éta kuditsBeda sareng qubit, aranjeunna tiasa aya dina langkung ti dua nagara, sapertos 0, 1, sareng 2, sareng pikeun tiap kaayaan tambihan, kakuatan komputasi tina hiji qudit ningkat. Kalayan kecap sanésna, anjeun kedah encode sareng ngolah jumlah inpormasi anu sami. kurang kamulyaan ti qubits.

Pikeun nyieun gerbang kuantum nu ngandung qudits, tim Purdue nangkodkeun opat qudits jadi dua foton entangled dina hal frékuénsi jeung waktu. Tim éta milih foton sabab henteu gampang mangaruhan lingkungan, sareng ngagunakeun sababaraha domain ngamungkinkeun pikeun langkung entanglement sareng langkung sakedik foton. Gerbang rengse miboga kakuatan ngolah 20 qubits, sanajan ngan merlukeun opat qudits, kalawan stabilitas tambahan alatan pamakéan foton, sahingga sistem ngajangjikeun pikeun komputer kuantum hareup.

Silicon atawa ion bubu

Sanaos henteu sadayana ngabagi pendapat ieu, panggunaan silikon pikeun ngawangun komputer kuantum sigana ngagaduhan kauntungan anu ageung, sabab téknologi silikon parantos mapan sareng parantos aya industri ageung anu aya hubunganana sareng éta. Silicon dipaké dina prosesor kuantum Google jeung IBM, sanajan geus leuwih tiis kana hawa pisan low di aranjeunna. Éta sanés bahan idéal pikeun sistem kuantum, tapi para ilmuwan nuju ngusahakeunana.

Numutkeun publikasi panganyarna dina Alam, tim peneliti ngagunakeun énergi gelombang mikro pikeun align dua partikel éléktron ditunda silikon lajeng dipaké pikeun ngalakukeun runtuyan itungan test. Grup, nu kaasup, hususna, élmuwan ti Universitas Wisconsin-Madison "ditunda" qubits éléktronik tunggal dina struktur silikon, spin nu ditangtukeun ku énergi radiasi gelombang mikro. Dina superposisi, hiji éléktron sakaligus diputer sabudeureun dua sumbu béda. Dua qubit ieu lajeng digabungkeun jeung diprogram pikeun ngalakukeun itungan test, nu satutasna panalungtik ngabandingkeun data dihasilkeun ku sistem jeung data ditampa ti komputer standar ngajalankeun itungan test sarua. Saatos koréksi data, programmable a processor silikon kuantum dua-bit.

Sanajan persentase kasalahan masih jauh leuwih luhur ti nu disebut perangkap ion (alat nu muatanana partikel kayaning ion, éléktron, proton disimpen pikeun sawatara waktu) atawa komputer.  dumasar kana superkonduktor sapertos D-Wave, prestasina tetep luar biasa sabab ngasingkeun qubit tina noise éksternal sesah pisan. Spesialis ningali kasempetan pikeun skala sareng ningkatkeun sistem. Sareng panggunaan silikon, tina sudut pandang téknologi sareng ékonomi, penting pisan di dieu.

Nanging, pikeun seueur peneliti, silikon sanés masa depan komputer kuantum. Dina Désémber taun ka tukang, inpormasi muncul yén insinyur perusahaan Amérika IonQ ngagunakeun ytterbium pikeun nyiptakeun komputer kuantum anu paling produktif di dunya, ngalangkungan sistem D-Wave sareng IBM.

Hasilna nyaéta mesin anu ngandung hiji atom tunggal dina bubu ion (4) ngagunakeun hiji qubit data pikeun encoding, sarta qubits dikawasa jeung diukur ngagunakeun pulsa laser husus. Komputer ngabogaan mémori nu bisa nyimpen 160 qubits data. Éta ogé tiasa ngalakukeun itungan sakaligus dina 79 qubits.

4. Skéma bubu ion IonQ

Élmuwan ti IonQ ngalaksanakeun tés standar anu disebut Algoritma Bernstein-Vaziranian. Tugas mesin éta nebak angka antara 0 jeung 1023. Komputer klasik nyandak sabelas guesses pikeun angka 10-bit. Komputer kuantum ngagunakeun dua pendekatan pikeun nebak hasilna kalawan 100% kapastian. Dina usaha munggaran, komputer kuantum IonQ nebak rata-rata 73% tina angka anu dipasihkeun. Nalika algoritma dijalankeun pikeun nomer naon waé antara 1 sareng 1023, tingkat kasuksésan pikeun komputer biasa nyaéta 0,2%, sedengkeun pikeun IonQ nyaéta 79%.

Ahli IonQ yakin yén sistem dumasar kana perangkap ion langkung unggul tibatan komputer kuantum silikon anu didamel ku Google sareng perusahaan sanés. Matriks 79-qubitna ngaleuwihan prosesor kuantum Bristlecone Google ku 7 qubit. Hasil IonQ ogé sensasional dina waktos waktos sistem. Numutkeun panyipta mesin, pikeun qubit tunggal, éta tetep 99,97%, anu hartosna tingkat kasalahan 0,03%, sedengkeun hasil anu pangsaéna tina kompetisi rata-rata sakitar 0,5%. Laju kasalahan dua-bit pikeun alat IonQ kedahna 99,3%, sedengkeun sabagéan ageung pesaing henteu langkung ti 95%.

Éta patut nambahkeun éta, nurutkeun peneliti Google supremasi kuantum - titik di mana komputer kuantum outperforms sadaya mesin sadia lianna - geus bisa ngahontal ku komputer kuantum kalawan 49 qubits, disadiakeun yén laju kasalahan dina gerbang dua-qubit handap 0,5%. Sanajan kitu, metoda bubu ion dina komputasi kuantum masih nyanghareupan hurdles utama pikeun nungkulan: waktos palaksanaan slow sarta ukuran badag, kitu ogé akurasi sarta scalability tina téhnologi.

Stronghold of ciphers dina ruruntuhan jeung konsékuansi séjén

Dina Januari 2019 di CES 2019, CEO IBM Ginni Rometty ngumumkeun yén IBM parantos nawiskeun sistem komputasi kuantum terpadu pikeun panggunaan komérsial. komputer kuantum IBM5) sacara fisik ayana di New York salaku bagian tina sistem IBM Q System Hiji. Nganggo Q Network sareng Q Quantum Computational Center, pamekar tiasa kalayan gampang ngagunakeun parangkat lunak Qiskit pikeun nyusun algoritma kuantum. Ku kituna, daya komputasi komputer kuantum IBM sadia sakumaha jasa komputasi awan, hargana lumayan.

D-Wave ogé parantos nyayogikeun jasa sapertos ayeuna, sareng pamaén utama sanés (sapertos Amazon) ngarencanakeun panawaran awan kuantum anu sami. Microsoft indit salajengna kalawan bubuka Q # basa programming (diucapkeun kawas) nu bisa digawekeun ku Visual Studio tur ngajalankeun on laptop. Programer gaduh alat pikeun simulasi algoritma kuantum sareng nyiptakeun jembatan parangkat lunak antara komputasi klasik sareng kuantum.

Nanging, patarosanna, naon komputer sareng kakuatan komputasina tiasa mangpaat? Dina ulikan diterbitkeun Oktober panungtungan dina jurnal Élmu, élmuwan ti IBM, Universitas Waterloo jeung Universitas Téknis Munich nyoba ngadeukeutan jenis masalah anu komputer kuantum sigana paling cocog pikeun ngajawab.

Numutkeun kana panilitian, alat sapertos kitu bakal tiasa ngabéréskeun kompleks aljabar linier jeung masalah optimasi. Ieu disada samar, tapi meureun aya kasempetan pikeun solusi basajan tur murah pikeun masalah anu ayeuna merlukeun loba usaha, sumberdaya jeung waktu, sarta kadangkala saluareun jangkauan urang.

5. komputer kuantum IBM

Mangpaat komputasi kuantum diametrically ngarobah widang kriptografi. Hatur nuhun ka aranjeunna, kode enkripsi tiasa gancang diretas sareng, sigana, téhnologi blockchain bakal ancur. Enkripsi RSA ayeuna sigana janten pertahanan anu kuat sareng teu tiasa dirusak anu ngajagaan kalolobaan data sareng komunikasi di dunya. Nanging, komputer kuantum anu cukup kuat tiasa gampang rengat enkripsi RSA kalayan bantuan Algoritma Shora.

Kumaha carana nyegah eta? Sababaraha ngajengkeun nambahan panjang konci enkripsi publik kana ukuran diperlukeun pikeun nungkulan dékripsi kuantum. Pikeun anu sanés, éta kedah dianggo nyalira pikeun mastikeun komunikasi anu aman. Hatur nuhun kana kriptografi kuantum, tindakan intercepting data bakal ngaruksak aranjeunna, nu satutasna jalma interfering jeung partikel moal bisa meunang informasi mangpaat ti dinya, sarta panarima bakal warned ngeunaan usaha eavesdropping.

Poténsi aplikasi komputasi kuantum ogé sering disebatkeun. analisis ékonomi jeung forecasting. Hatur nuhun kana sistem kuantum, modél kompleks paripolah pasar tiasa dilegakeun ka kalebet seueur variabel langkung seueur tibatan sateuacanna, ngarah kana diagnosis sareng prediksi anu langkung akurat. Ku sakaligus ngolah rébuan variabel ku komputer kuantum, éta ogé tiasa ngirangan waktos sareng biaya anu diperyogikeun pikeun pangwangunan. ubar anyar, angkutan jeung logistik solusi, ranté suplai, model iklimkitu ogé pikeun ngarengsekeun loba masalah sejenna pajeulitna gigantic.

hukum Nevena urang

Dunya komputer heubeul miboga hukum Moore sorangan, sedengkeun komputer kuantum kudu dipandu ku nu disebut hukum Nevena urang. Anjeunna ngahutang ngaranna ka salah sahiji spesialis kuantum pang menonjol di Google, Hartmut Nevena (6), anu nyatakeun yén kamajuan dina téknologi komputasi kuantum ayeuna nuju dilakukeun speed éksponénsial ganda.

Ieu ngandung harti yén tinimbang ngagandakeun kinerja kalawan iterasi berturut-turut, sakumaha dina kasus komputer klasik jeung hukum Moore, téhnologi kuantum ngaronjatkeun kinerja leuwih gancang.

Para ahli ngaduga datangna kaunggulan kuantum, nu bisa ditarjamahkeun teu ukur kana kaunggulan komputer kuantum leuwih sagala klasik, tapi ogé ku cara séjén - salaku awal jaman komputer kuantum mangpaat. Ieu bakal muka jalan pikeun terobosan dina kimia, astrofisika, ubar, kaamanan, komunikasi, sareng seueur deui.

Sanajan kitu, aya ogé hiji pamadegan yén kaunggulan misalna moal aya, sahenteuna moal di mangsa nu bakal datang foreseeable. A versi milder of skepticism éta komputer kuantum moal ngaganti komputer klasik sabab teu dirancang pikeun ngalakukeunana. Anjeun teu tiasa ngagentos iPhone atanapi PC sareng mesin kuantum, sapertos anjeun henteu tiasa ngagentos sapatu ténis ... sareng pamawa pesawat nuklir.. Komputer klasik ngamungkinkeun anjeun maénkeun kaulinan, pariksa email, internetan wéb, sareng ngajalankeun program. Komputer kuantum dina kalolobaan kasus ngalakukeun simulasi anu kompleks teuing pikeun sistem binér anu dijalankeun dina bit komputer. Dina basa sejen, pamakéna individu bakal meunang ampir euweuh kauntungan tina komputer kuantum sorangan, tapi beneficiaries nyata penemuan bakal, contona, NASA atawa Massachusetts Institute of Technology.

Waktos bakal nyarioskeun pendekatan mana anu langkung pas - IBM atanapi Google. Numutkeun hukum Neven, urang ngan ukur sababaraha bulan deui ningali demonstrasi pinuh ku kaunggulan kuantum ku hiji tim atanapi anu sanés. Sareng ieu henteu deui prospek "dina sapuluh taun, nyaéta, teu aya anu terang iraha."