Kvantdator

En kvantdator  är en datorenhet som använder fenomenen kvantmekanik ( kvantöverlagring , kvantintrassling ) för att överföra och bearbeta data. En kvantdator (till skillnad från en konventionell) arbetar inte med bitar (som kan ta värdet antingen 0 eller 1), utan med kvantbitar som har värden på både 0 och 1 samtidigt. Teoretiskt tillåter detta bearbetning alla möjliga tillstånd samtidigt, vilket uppnår en betydande fördel ( kvantöverlägsenhet ) gentemot vanliga datorer i ett antal algoritmer [1] .

En fullfjädrad universell kvantdator är fortfarande en hypotetisk anordning, själva möjligheten att bygga som är förknippad med en seriös utveckling av kvantteorin inom området för många partiklar och komplexa experiment; utvecklingen inom detta område är förknippad med de senaste upptäckterna och landvinningarna inom modern fysik . I slutet av 2010-talet var endast ett fåtal experimentella system praktiskt implementerade, som exekverade fasta algoritmer med låg komplexitet.

Det första praktiska högnivåprogrammeringsspråket för denna typ av dator är Quipper , baserat på Haskell [2] (se Quantum programmering ).

Introduktion

Historien om kvantberäkning började i början av 1980-talet när fysikern Paul Benioff föreslog en kvantmekanisk modell av Turing-maskinen 1980.

Idén om kvantberäkning uttrycktes också av Yuri Manin 1980 [ 3] .

En av de första modellerna av en kvantdator föreslogs [4] av Richard Feynman 1981. Snart beskrev Paul Benioff den teoretiska grunden för att bygga en sådan dator [5] .

Dessutom föreslogs konceptet med en kvantdator 1983 av Steven Wiesner i en artikel som han hade försökt publicera i mer än ett decennium innan [6] [7] .

Behovet av en kvantdator uppstår när vi försöker studera komplexa mångapartikelsystem som liknar biologiska med hjälp av fysikens metoder. Utrymmet av kvanttillstånd av sådana system växer som en exponentiell från antalet verkliga partiklar som utgör dem, vilket gör det omöjligt att modellera deras beteende på klassiska datorer redan för . Därför uttryckte Wiesner och Feynman idén om att bygga en kvantdator.

En kvantdator använder inte vanliga (klassiska) algoritmer för beräkningar, utan processer av kvantkaraktär, de så kallade kvantalgoritmerna , med hjälp av kvantmekaniska effekter, såsom kvantparallellism och kvantentanglement .

Om en klassisk processor kan vara i exakt ett av tillstånden vid varje ögonblick ( Dirac-notation ), så är en kvantprocessor samtidigt i alla dessa grundläggande tillstånd vid varje ögonblick, och i varje tillstånd  har den sin egen komplexa amplitud . Detta kvanttillstånd kallas en " kvantöverlagring " av de givna klassiska tillstånden och betecknas som

Grundtillstånden kan också ha en mer komplex form. Sedan kan kvantöverlagringen illustreras till exempel på följande sätt: ”Föreställ dig en atom som skulle kunna genomgå radioaktivt sönderfall under en viss tidsperiod. Eller inte bli utsatt. Vi kan förvänta oss att denna atom bara har två möjliga tillstånd: "sönderfall" och "icke-sönderfall", <...> men inom kvantmekaniken kan en atom ha något slags kombinerat tillstånd - "sönderfall-icke-sönderfall", dvs. , varken det ena eller det andra , utan mellan. Detta tillstånd kallas "superposition"" [8] .

Ett kvanttillstånd kan förändras i tiden på två fundamentalt olika sätt:

  1. Unitary quantum operation (quantum gate, engelsk  quantum gate ), hädanefter helt enkelt en operation.
  2. Mätning (observation).

Om de klassiska tillstånden är de rumsliga positionerna för en grupp elektroner i kvantprickar som kontrolleras av ett externt fält , då är den enhetliga operationen lösningen av Schrödinger-ekvationen för denna potential.

Ett mått är en slumpmässig variabel som tar värden med sannolikheter, respektive. Detta är den kvantmekaniska Born-regeln . Mätning är det enda sättet att få information om ett kvanttillstånd, eftersom värdena är direkt otillgängliga för oss. Mätningen av ett kvanttillstånd kan inte reduceras till en enhetlig Schrödinger-evolution, eftersom den, till skillnad från den senare, är irreversibel. Vid mätning inträffar den så kallade kollapsen av vågfunktionen , vars fysiska natur inte är helt klar. Spontana skadliga tillståndsmätningar under beräkning leder till dekoherens, det vill säga avvikelse från enhetlig evolution, vilket är det främsta hindret för att bygga en kvantdator (se fysiska implementeringar av kvantdatorer ).

Kvantberäkning är en sekvens av enhetliga operationer av en enkel typ som kontrolleras av en klassisk styrdator (på en, två eller tre qubits ). I slutet av beräkningen mäts kvantprocessorns tillstånd, vilket ger det önskade resultatet av beräkningen.

Innehållet i begreppet "kvantparallellism" i beräkningar kan avslöjas på följande sätt: "Data i beräkningsprocessen är kvantinformation, som i slutet av processen omvandlas till klassisk information genom att mäta sluttillståndet i kvantregistret . Vinsten i kvantalgoritmer uppnås på grund av det faktum att när man tillämpar en kvantoperation, transformeras ett stort antal superpositionskoefficienter för kvanttillstånd, som i virtuell form innehåller klassisk information, samtidigt” [9] .

Teori

Qubit

Tanken med kvantberäkning är att ett kvantsystem av L tvånivåiga kvantelement (kvantbitar, kvantbitar ) har 2 L linjärt oberoende tillstånd, vilket betyder att, på grund av principen om kvantöverlagring , tillståndsutrymmet för en sådan kvantregistret är ett 2 L - dimensionellt Hilbert-rum . En operation i kvantberäkning motsvarar att rotera tillståndsvektorn för ett register i detta utrymme. Således använder en kvantberäkningsenhet med storleken L qubits faktiskt 2 L klassiska tillstånd samtidigt.

De fysiska systemen som implementerar qubits kan vara alla objekt som har två kvanttillstånd: polariseringstillstånd för fotoner , elektroniska tillstånd för isolerade atomer eller joner , spinntillstånd för atomkärnor, och så vidare.

En klassisk bit kan vara i en och endast en av tillstånden eller . En kvantbit, kallad qubit, är i tillståndet , så att | a |² och | b |² är sannolikheterna att få 0 respektive 1 när man mäter detta tillstånd; ; | a |² + | b |² = 1. Omedelbart efter mätningen går qubiten in i det grundläggande kvanttillståndet som motsvarar det klassiska resultatet.

Exempel:

Det finns en qubit i ett kvanttillstånd I det här fallet är sannolikheten att få vid mätning
0 är (4/5)² = 16/25 = 0,64,
ett är (−3/5)² = 9/25 = 0,36.
I det här fallet, när vi mätte, fick vi 0 med en sannolikhet på 0,64. Som ett resultat av mätningen går kvantbiten in i ett nytt kvanttillstånd , dvs nästa gång denna kvantbit mäts kommer vi att få 0 med enhetssannolikhet (det antas att enhetsoperationen som standard är identisk; i verkliga system är detta inte alltid fallet).

Ett exempel från kvantmekaniken: en foton är i ett tillstånd av överlagring av två polarisationer. Detta tillstånd är en vektor i ett tvådimensionellt plan, i vilket koordinatsystemet kan representeras som två vinkelräta axlar, så det finns projektioner på dessa axlar; mätningen kollapsar en gång för alla fotonen till ett av tillstånden eller , och sannolikheten för kollaps är lika med kvadraten på motsvarande projektion. Den totala sannolikheten erhålls från Pythagoras sats . När man byter till ett system med två kvantbitar kan mätningen av var och en av dem ge 0 eller 1. Därför har systemet 4 klassiska tillstånd: 00, 01, 10 och 11. Grundläggande kvanttillstånd som liknar dem: . Och slutligen har systemets allmänna kvanttillstånd formen . Nu | a |² är sannolikheten att mäta 00 osv. Observera att | a |² + | b |² + | c |² + | d |² = 1 som total sannolikhet.

Om vi ​​bara mäter den första qubiten av ett kvantsystem i tillståndet får vi:

I det första fallet kommer mätningen att ge staten , i det andra tillståndet .

Resultatet av en sådan mätning kan inte skrivas som en vektor i Hilbert- tillståndsrummet. Ett sådant tillstånd, där vår okunnighet om vad resultatet blir på den första qubiten, är inblandat, kallas ett blandat tillstånd . I vårt fall kallas ett sådant blandat tillstånd projektionen av det initiala tillståndet på den andra qubiten och skrivs som en densitetsmatris av formen , där tillståndstäthetsmatrisen definieras som .

I allmänhet har ett system med L qubits 2 L klassiska tillstånd (00000… ( L  nollor), …00001 ( L  -siffror), … , 11111… ( L enor  )), som var och en kan mätas med sannolikheter 0–1.

Således beräknas en operation på en grupp av qubits omedelbart över alla dess möjliga värden, i motsats till en grupp av klassiska bitar, när endast ett aktuellt värde kan användas. Detta ger en aldrig tidigare skådad parallellitet mellan beräkningar.

Beräkning

Ett förenklat beräkningsschema på en kvantdator ser ut så här: ett system av qubits tas , på vilket det initiala tillståndet registreras. Sedan ändras systemets eller dess delsystems tillstånd med hjälp av enhetliga transformationer som utför vissa logiska operationer . I slutet mäts värdet, och detta är resultatet av datorn. Rollen för trådarna i en klassisk dator spelas av qubits , och rollen för de logiska blocken i en klassisk dator spelas av enhetliga transformationer . Ett sådant koncept med en kvantprocessor och kvantlogiska grindar föreslogs 1989 av David Deutsch . Dessutom hittade David Deutsch 1995 ett universellt logikblock med vilket du kan utföra vilken kvantberäkning som helst.

Det visar sig att två grundläggande operationer räcker för att konstruera vilken beräkning som helst. Kvantsystemet ger ett resultat som är korrekt endast med viss sannolikhet. Men på grund av en liten ökning av operationer i algoritmen kan du godtyckligt få sannolikheten för att erhålla det korrekta resultatet till ett.

Med hjälp av grundläggande kvantoperationer är det möjligt att simulera driften av vanliga logiska element, som vanliga datorer är gjorda av. Därför kommer alla problem som är lösta nu, vilken kvantdator som helst att lösa, och det på nästan samma tid [10] .

De flesta moderna datorer fungerar på samma sätt: n bitar av minneslagringstillstånd och ändras av processorn varje klockcykel. I kvantfallet är ett system med n qubits i ett tillstånd som är en överlagring av alla bastillstånd, så att ändra systemet påverkar alla 2n bastillstånd samtidigt. Teoretiskt kan det nya schemat fungera mycket (exponentiellt antal gånger) snabbare än det klassiska. I praktiken visar till exempel Grovers kvantdatabassökningsalgoritm kvadratiska effektvinster mot klassiska algoritmer.

Algoritmer

Grundläggande kvantalgoritmer:

Det har visat sig att inte varje algoritm är kapabel till "kvantacceleration". Dessutom är möjligheten att erhålla kvantacceleration för en godtycklig klassisk algoritm mycket sällsynt [11] .

Ett exempel på implementeringen av CNOT-operationen på laddningstillstånden för en elektron i kvantpunkter

Vilken kvantoperation som helst kan implementeras genom att använda en logisk grind med kontrollerad negation ( CNOT ) och vända tillståndet för en enda kvantbit [12] [13] .

En qubit kan representeras som en elektron i en dubbelbrunnspotential, vilket betyder att den är i den vänstra brunnen och  i den högra. Detta kallas en laddningstillståndsqubit. Allmän bild av kvanttillståndet för en sådan elektron: . Dess tidsberoende är amplitudernas tidsberoende ; den ges av Schrödinger-ekvationen av formen , där Hamiltonian , på grund av samma typ av brunnar och Hermitianitet , har formen för någon konstant , så att vektorn är egenvektorn för denna Hamiltonian med egenvärdet 0 (det så- kallas grundtillstånd), och  är egenvektorn med värdet (det första exciterade tillståndet ). Det finns inga andra egentillstånd (med ett visst energivärde) här, eftersom vårt problem är tvådimensionellt.

Eftersom varje tillstånd över tiden övergår till tillståndet , för att implementera NOT-operationen (övergången och vice versa, räcker det bara med att vänta på tiden . Det vill säga, NOT- operationen implementeras helt enkelt genom den naturliga kvantutvecklingen av kvantbiten , förutsatt att den externa potentialen anger en dubbelbrunnsstruktur; detta görs med hjälp av kvantpunktsteknologi .

För att implementera CNOT måste två qubits (dvs två par brunnar) placeras vinkelrätt mot varandra och var och en av dem måste ha en separat elektron. Då kommer konstanten för det första (kontrollerbara) paret av brunnar att bero på tillståndet hos elektronen i det andra (kontrollerande) paret av brunnar: om det är närmare det första, så kommer det att vara mer, om längre, mindre. Därför bestämmer tillståndet för elektronen i det andra paret tiden för NOT i den första brunnen, vilket gör att du återigen kan välja önskad tidslängd för implementeringen av CNOT-operationen.

Detta schema är mycket ungefärligt och idealiserat; verkliga kretsar är mer komplicerade och implementeringen av dem utgör en utmaning för experimentell fysik.

Kvantteleportering

Teleporteringsalgoritmen implementerar den exakta överföringen av tillståndet för en qubit (eller system) till en annan. Det enklaste schemat använder 3 qubits: en teleporterbar qubit och ett intrasslat par , varav en qubit är på andra sidan. Observera att som ett resultat av driften av algoritmen kommer det initiala tillståndet för källan att förstöras - detta är ett exempel på driften av den allmänna principen om omöjligheten av kloning  - det är omöjligt att skapa en exakt kopia av kvantumet utan att förstöra originalet. Det kommer inte att vara möjligt att kopiera ett godtyckligt tillstånd, och teleportering är en ersättning för denna operation.

Teleportering låter dig överföra systemets kvanttillstånd med hjälp av konventionella klassiska kommunikationskanaler. Sålunda är det särskilt möjligt att erhålla det bundna tillståndet för ett system som består av delsystem som är avlägsna på stort avstånd. Detta gör det möjligt att bygga kommunikationssystem som i princip inte är mottagliga för avlyssning (på segmentet mellan "quantum"-enheter).

Möjliga tillämpningar

Tillämpningar för kryptografi

På grund av den enorma hastigheten för nedbrytning till primära faktorer, kommer en kvantdator att tillåta dekryptera meddelanden krypterade med den allmänt använda RSA- krypteringsalgoritmen . Hittills anses denna algoritm vara relativt tillförlitlig, eftersom ett effektivt sätt att faktorisera tal till primtalsfaktorer för en klassisk dator för närvarande är okänt. För att till exempel komma åt ett kreditkort[ förtydliga ] måste du faktorisera ett antal hundra siffror långa till två primtalsfaktorer (även för superdatorer skulle denna uppgift ta hundratals gånger längre än universums ålder ). Tack vare Shors kvantalgoritm blir denna uppgift ganska genomförbar om en kvantdator byggs. I detta avseende är forskning om post-kvantkryptografi  , kryptografiska algoritmer som ger konfidentialitet inför kvantattacker, av särskild relevans.

Tillämpningen av kvantmekanikens idéer har redan öppnat en ny era inom kryptografi, eftersom metoderna för kvantkryptografi öppnar nya möjligheter inom området för meddelandeförmedling [14] . Prototyper av system av detta slag är under utveckling [15] .

Forskning inom artificiell intelligens

Kvantmaskininlärning gör det möjligt att manipulera stora mängder data i ett enda pass och modellera ett exponentiellt stort neuralt nätverk [16] . 2013 tillkännagav Google Corporation öppnandet av ett laboratorium för kvantforskning inom området artificiell intelligens [10] . Volkswagen Group bedriver forskning om användningen av kvantdatorer för utveckling av ett obemannat fordon och nya typer av batterier (med hjälp av Google och D-Wave kvantdatorer ). I november 2018 tillkännagav koncernen utvecklingen av ett trafikkontrollsystem (med integration av obemannade fordon i det) som använder D-Wave kvantdatorer . [17]

Molekylär modellering

Det antas att det med hjälp av kvantdatorer kommer att vara möjligt att noggrant modellera molekylära interaktioner och kemiska reaktioner. Kemiska reaktioner är kvantifierade till sin natur. För klassiska datorer är beräkning av beteendet hos endast relativt enkla molekyler tillgänglig [18] . Enligt experter öppnar simulering på kvantdatorer nya möjligheter för utvecklingen av den kemiska industrin , i synnerhet när det gäller skapandet av läkemedel [19] .

Fysiska implementeringar av kvantdatorer

Att bygga en kvantdator i form av en verklig fysisk enhet är ett grundläggande problem i fysiken under XXI-talet. Från och med början av 2018 har endast begränsade versioner av en kvantdator byggts (de största konstruerade kvantregistren har flera dussin kopplade kvantbitar [20] [21] [22] ). Det finns skeptiska åsikter om ett antal möjligheter för kvantberäkning:

Den praktiska implementeringen av en kvantdator bygger på att på mikroskopisk nivå och med storslagen precision manipulera ett fysiskt system med flera element med kontinuerliga frihetsgrader. Uppenbarligen, för ett tillräckligt stort system, kvant eller klassiskt, blir denna uppgift omöjlig, varför sådana system går från området för mikroskopisk fysik till området för statistisk fysik. Krävs systemet med N  = 10 3 ÷10 5 kvantspinn för att överträffa en klassisk dator när det gäller att lösa ett begränsat antal speciella problem, tillräckligt stora i denna mening? Kan vi någonsin lära oss att kontrollera de 10 300 (minst) amplituder som bestämmer kvanttillståndet för ett sådant system? Mitt svar är nej, aldrig .

— M. I. Dyakonov , "Kommer vi någonsin att ha en kvantdator?" [23]

Principer för fysisk implementering

De viktigaste teknologierna för en kvantdator:

  1. Solid-state kvantprickar på halvledare : antingen laddningstillstånd (närvaro eller frånvaro av en elektron vid en viss punkt) eller riktningen för elektronen och/eller kärnspinnet i en given kvantpunkt används som logiska kvantbitar. Styrning via externa potentialer eller laserpuls .
  2. Supraledande element ( Josephson junctions , SQUIDs , etc.). Närvaron/frånvaron av ett Cooper-par i en viss rumslig region används som logiska qubits . Styrning: extern potential / magnetiskt flöde.
  3. Joner i vakuum Paul fäller (eller atomer i optiska fällor ). Jorden/exciterade tillståndet för den yttre elektronen i jonen används som logiska qubits. Kontroll: klassiska laserpulser längs fällans axel eller riktade mot individuella joner + vibrationslägen för jonensemblen. Detta system föreslogs 1994 av Peter Zoller och Juan Ignacio Sirac [13] [24] .
  4. Blandade teknologier: användning av förberedda intrasslade tillstånd av fotoner för att styra atomära ensembler eller som kontroller för klassiska datornätverk.
  5. Optisk teknik: använder generering av kvanttillstånd av ljus, snabb och inställbar kontroll av dessa tillstånd och deras detektering. [25] [26]

De viktigaste problemen i samband med skapandet och tillämpningen av kvantdatorer:

Ju fler qubits är i ett bundet tillstånd, desto mindre stabilt är systemet. För att uppnå "quantum supremacy" krävs en dator med många dussintals kopplade qubits som fungerar stabilt och med få fel. Frågan om i vilken utsträckning en sådan anordning kan skalas (det så kallade "skalningsproblemet") är föremål för ett snabbt växande nytt fält - många- partikelkvantmekanik . Den centrala frågan här handlar om karaktären av dekoherens (mer exakt, om kollapsen av vågfunktionen ), som fortfarande är öppen. Olika tolkningar av denna process kan hittas i böckerna [27] [28] [29] .

Vid sekelskiftet 20-2000 skapade många vetenskapliga laboratorier en-qubit-kvantprocessorer (i huvudsak kontrollerade tvånivåsystem där man kunde anta möjligheten att skala till många qubits).

Experimentella prover

I slutet av 2001 meddelade IBM att de framgångsrikt hade testat en 7-qubit kvantdator implementerad med hjälp av kärnmagnetisk resonans . Shors algoritm exekverades på den och faktorerna för siffran 15 hittades [30] .

2005 byggde en grupp Yu Pashkin (kandidat för fysikaliska och matematiska vetenskaper, senior forskare vid Superconductivity Laboratory i Moskva) med hjälp av japanska specialister en två-qubit kvantprocessor baserad på supraledande element [31] .

I november 2009 lyckades fysiker från National Institute of Standards and Technology (USA) för första gången sätta ihop en programmerbar kvantdator bestående av två qubits [32] .

I februari 2012 tillkännagav IBM betydande framsteg i den fysiska implementeringen av kvantberäkningar med supraledande qubits anslutna till kiselmikrokretsar, vilket enligt företaget kommer att tillåta arbetet med att påbörja skapandet av en kvantdator [33] .

I april 2012 lyckades ett team av forskare från University of Southern California , Delft University of Technology , Iowa State University och University of California, Santa Barbara , bygga en två-qubit kvantdator på en dopad diamantkristall . Datorn arbetar i rumstemperatur och är teoretiskt skalbar. Som två logiska qubits användes riktningarna för elektronspinnet respektive kvävekärnan . För att ge skydd mot påverkan av dekoherens utvecklades ett helt system som bildade en mikrovågsstrålningspuls av en viss varaktighet och form. Med hjälp av denna dator implementerades Grovers algoritm för fyra varianter av uppräkning, vilket gjorde det möjligt att få rätt svar vid första försöket i 95 % av fallen [34] [35] .

I juli 2017 skapade en grupp fysiker under ledning av Mikhail Lukin , medgrundare av Russian Quantum Center och professor vid Harvard University, en programmerbar 51-qubit kvantsimulator [36] . Detta är det mest komplexa systemet i sitt slag som fanns vid den tiden. Författarna testade simulatorns prestanda genom att simulera ett komplext system av många partiklar - detta gjorde det möjligt för fysiker att förutsäga några tidigare okända effekter [37] . Ungefär samtidigt skapade en annan grupp forskare från University of Maryland , ledd av Christopher Monro , en 53-qubit-simulator baserad på joner i en optisk fälla [38] [39] . Båda dessa system är dock inte en universell dator, utan är designade för att lösa ett problem [40] [38] .

I november 2017 byggde och testade IBM-forskare framgångsrikt en prototypprocessor med 50 qubits [41] [42] [43] .

I januari 2018 tillkännagav Intels vd Brian Krzanich skapandet av ett supraledande kvantchip, kodnamnet "Tangle Lake", med 49 qubits. Enligt hans prognos kommer kvantdatorer att hjälpa till vid skapandet av droger, finansiell modellering och väderprognoser. Intel utvecklar kvantdatorer i två riktningar: skapandet av enheter baserade på supraledare och kiselmikrokretsar med "spin qubits" [44] [45]

I mars 2018 meddelade Google att de hade lyckats bygga en 72-qubit Bristlecone kvantprocessor med låg sannolikhet för beräkningsfel. Företaget avslöjade inte enhetens detaljerade egenskaper, men hävdar att den låter dig uppnå "kvantöverlägsenhet". Enligt Googles experter måste följande villkor vara uppfyllda för att en kvantdator ska kunna lösa problem som är otillgängliga för "vanliga" datorer: den måste innehålla minst 49 qubits, "djupet" ( eng.  kretsdjup ) måste överstiga 40 qubits, och sannolikheten för ett fel i ett två-qubit logiskt element bör inte överstiga 0,5 %. Representanter för företaget uttryckte hopp om att de i framtiden kommer att kunna uppnå dessa indikatorer. [46] [47]

I december 2018 tillkännagavs utvecklingen av ett optiskt mikrochip, som är planerat att användas som en integrerad del av en kvantdator i framtiden. [25] [26]

I januari 2019 introducerade IBM världens första kommersiella kvantdator IBM Q System One [48] [49] .

I oktober 2019 meddelade Google att de hade lyckats bygga den 53-qubit Sycamore supraledande kvantprocessorn och visat "kvantöverlägsenhet" gentemot konventionella datorer [50] [51] [52] .

I december 2020 publicerade forskare vid University of Science and Technology i Kina ett dokument som hävdade att deras Jiuzhang kvantdator kunde uppnå kvantöverlägsenhet. På bara några minuter lyckades han genomföra en operation som skulle ha lösts på traditionellt sätt i cirka två miljarder år. Datorn arbetar på basis av optiska kvantdatorer (qubits är baserade på fotoner) med hjälp av "bosonisk sampling". [53]

2021 skapade kinesiska forskare under ledning av Pan Jianwei två prototyper av kvantdatorer:

I slutet av 2021 introducerade IBM sin nya kvantprocessor baserad på supraledande qubits, kallad Eagle ("Eagle") , som är en del av ett program för att skapa supersnabba datorer. Det nya chippet har 127 qubits, dubbelt så stort som tidigare IBM-kvantprocessorer [56] .

Adiabatiska D-Wave-datorer

Sedan 2007 har det kanadensiska företaget D-Wave Systems tillkännagett skapandet av olika versioner av en kvantdator: från 16-qubit till 2000-qubit. D-Wave-datorer är lämpliga för att lösa endast en snäv klass av problem. Vissa forskare har uttryckt tvivel om att företagets datorer verkligen uppnår betydande "kvantacceleration", men D-Wave-datorer (som erbjuds till priser på 10-15 miljoner USD ) köptes av Google , Lockheed Martin och Temporal Defense Systems , såväl som NASA och Los Angeles, Alamos National Laboratory . [57] [58]

I december 2015 bekräftade Googles experter att D-Wave-datorn, enligt deras forskning, använder kvanteffekter. Samtidigt, i en "1000-qubit"-dator, är qubits faktiskt organiserade i kluster med 8 qubits vardera. Detta gjorde det dock möjligt att uppnå 100 miljoner gånger snabbare prestanda (jämfört med en konventionell dator) i en av algoritmerna. [59]

I februari 2022 lanserade Jülich Research Center i Tyskland en kvantsuperdator med över 5 000 qubits. Datorn skapades på basis av det kanadensiska D-Wave-systemet med fjärråtkomst till molnet. Denna kvantutveckling är designad för att lösa optimerings- och provtagningsproblem. För att förverkliga den kommersiella tillämpningen av kvantberäkningar skapade det tyska centret Jülich User Infrastructure for Quantum Computing (JUNIQ) för att ge tillgång till denna typ av datoranvändning till olika användargrupper och företag i Europa. [60]

Anteckningar

  1. ↑ Alexander Ershov. Quantum Supremacy  // Populär mekanik . - 2018. - Nr 5 . - S. 54-59 .
  2. ↑ Sophie Hebden. Nytt språk hjälper kvantkodare att bygga fantastiska appar . New Scientist (5 juli 2014). Hämtad 20 juli 2014. Arkiverad från originalet 14 augusti 2014.
  3. ↑ Manin Yu. I. Beräknarbar och icke-beräknbar. - M . : Sov. Radio, 1980. - S. 15. - 128 sid. - (Kybernetik).
  4. ↑ Feynman RP Simulering av fysik med datorer  //  International Journal of Theoretical Physics. - 1982. - Vol. 21 , iss. 6 . - s. 467-488 . - doi : 10.1007/BF02650179 . Artikeln är texten till en rapport vid en konferens vid MIT 1981.
  5. ↑ P. Benioff. Kvantmekaniska hamiltoniska modeller av tureringsmaskiner  //  Journal of Statistical Physics : journal. - 1982. - Vol. 29 , nr. 3 . - s. 515-546 . - doi : 10.1007/BF01342185 . - .
  6. ↑ S. Weisner Konjugerad kodning  (engelska)  // Association for Computing Machinery , Special Interest Group in Algorithms and Computation Theory. - 1983. - Vol. 15 . - S. 78-88 .
  7. ↑ Zelinger A. Fotonernas dans: Från Einstein till  kvantteleportation . - New York: Farrar, Straus & Giroux, 2010. - P.  189 , 192. - ISBN 0-374-23966-5 .
  8. ↑ Leah Henderson och Vlatko Vedral, Quantum entanglement Arkiverad 15 juni 2018 på Wayback Machine // Center for Quantum Information and Foundations, Cambridge.
  9. ↑ Holevo A. Kvantinformatik: dåtid, nutid, framtid  // I vetenskapens värld. - 2008. - Utgåva. 7 .
  10. ↑ 1 2 Google kommer att skapa artificiell intelligens på en kvantdator Arkiverad 17 mars 2017 på Wayback Machine .
  11. ↑ Ozhigov Y. Quantum Computers accelererar klassiskt med sannolikhet noll // Chaos Solitons and Fractals, 10 (1999) 1707-1714.
  12. ↑ Tycho Sleater, Harald Weinfurter. Realiserbara Universal Quantum Logic Gates  // Physical Review Letters. - 1995-05-15. - T. 74 , nej. 20 . - S. 4087-4090 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.74.4087 .
  13. ↑ 1 2 J. I. Cirac, P. Zoller. Kvantberäkningar med kallfångade joner  // Physical Review Letters. - 1995-05-15. - T. 74 , nej. 20 . - S. 4091-4094 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.74.4091 . Arkiverad från originalet den 26 januari 2021.
  14. ↑ Valiev, K. A. Kvantinformatik: datorer, kommunikation och kryptografi Arkivkopia daterad 5 mars 2016 på Wayback Machine // Bulletin of the Russian Academy of Sciences. - 2000. - Volym 70. - Nr 8. - S. 688-695.
  15. ↑ Prototyper av kvantdatorer skapas Arkivkopia daterad 16 september 2008 på Wayback Machine // lenta.ru.
  16. ↑ Den primära uppgiften för kvantdatorer är att förbättra artificiell intelligens Arkiverad kopia av 12 mars 2018 på Wayback Machine , geektimes.ru, 4 mars 2018.
  17. ↑ Volkswagen utvecklar kvantdator för att optimera vägtrafiken Arkiverad 11 november 2018 på Wayback Machine .
  18. ↑ Sex exempel när kvantdatorer kommer att hjälpa oss mycket Arkivexemplar av 12 mars 2018 på Wayback Machine , hi-news.ru, 4 juli 2017
  19. ↑ Kruglyak Yu. A. Kvantmodellering i kvantkemi på kvantdatorer. - Odessa: TES, 2020. - ISBN ISBN: 978-617-7711-56-7.
  20. ↑ 14 kvantbitar: Fysiker går bortom gränserna för vad som för närvarande är möjligt inom  kvantberäkning . University of Innsbruck, Phys.org (1 april 2011). Hämtad 28 juni 2015. Arkiverad från originalet 30 juni 2015.
  21. ↑ Lisa Zyga. Det nya största antalet som räknas in på en kvantenhet är 56 153  . Phys.org (28 november 2014). Hämtad 28 juni 2015. Arkiverad från originalet 11 december 2017.
  22. ↑ Google har skapat en 72-qubit kvantdator Arkiverad 12 mars 2018 på Wayback Machine .
  23. ↑ M. I. Dyakonov . Kommer vi någonsin att ha en kvantdator? . Commission to Combat Pseudoscience (2018). Hämtad 6 december 2018. Arkiverad från originalet 6 december 2018.
  24. ↑ Ferdinand Schmidt-Kaler, Hartmut Haeffner, Mark Riebe, Stephan Gulde, Gavin PT Lancaster. Realisering av Cirac-Zoller-kontrollerad-NOT-kvantporten  (engelska)  // Nature. - 2003-04-01. — Vol. 422 . - s. 408-411 . - doi : 10.1038/nature01494 . Arkiverad från originalet den 14 juli 2018.
  25. ↑ 1 2 Framsteg har gjorts i att skapa en optisk kvantdator . Hämtad 3 november 2019. Arkiverad från originalet 3 november 2019.
  26. ↑ 1 2 10 DECEMBER 2018 Ny optisk enhet tar kvantberäkning ett steg närmare Arkiverad 3 november 2019 på Wayback Machine
  27. ↑ R. Penrose . Path to Reality Arkiverad 31 maj 2012 på Wayback Machine .
  28. ↑ X. Breuer, F. Petruccione . Teorin om öppna kvantsystem . Arkiverad 15 december 2013 på Wayback Machine
  29. ↑ Yu. I. Ozhigov . Konstruktiv fysik . Arkiverad 2 september 2013 på Wayback Machine // rcd.ru.
  30. ↑ Största kvantdator hittills  (eng.)  (otillgänglig länk) . Geek.com (24 december 2001). Tillträdesdatum: 28 juni 2015. Arkiverad från originalet 1 juli 2015.
  31. ↑ http://dml.riken.jp/pub/nori/pdf/PhysicaC_426_1552_Coherent_manipulations.pdf Arkiverad 8 mars 2013 på Wayback Machine .
  32. ↑ Den första universella programmerbara kvantdatorn presenterades Arkiverad 6 april 2015 på Wayback Machine .
  33. ↑ IBM rapporterar Quantum Computer Progress Arkiverad 7 mars 2012 på Wayback Machine // oszone.net .
  34. ↑ Defekter i diamantens kristallgitter gjorde det möjligt att skapa en "glänsande" kvantdator Arkiverad 13 april 2012 på Wayback Machine .
  35. ↑ Kvantdator byggd inuti diamant - artikel med hänvisning till originalverket i Nature Archived April 13, 2012 at the Wayback Machine .
  36. ↑ Hannes Bernien, Sylvain Schwartz, Alexander Keesling, Harry Levine, Ahmed Omran. Undersöka många kroppsdynamik på en 51-atoms kvantsimulator   // Nature . — 2017/11. - T. 551 , nr. 7682 . - S. 579-584 . — ISSN 1476-4687 . - doi : 10.1038/nature24622 . — arXiv : 1707.04344 . Arkiverad från originalet den 14 februari 2018.
  37. ↑ Vladimir Korolev. Rysk-amerikanska fysiker har skapat en rekordsnabbt komplex kvantdator på 51 qubit . nplus1.ru. Hämtad 15 juli 2017. Arkiverad från originalet 14 juli 2017.
  38. ↑ 1 2 J. Zhang, G. Pagano, PW Hess, A. Kyprianidis, P. Becker. Observation av en dynamisk fasövergång med många kroppar med en 53-qubit kvantsimulator   // Nature . — 2017/11. — Vol. 551 , utg. 7682 . - s. 601-604 . — ISSN 1476-4687 . - doi : 10.1038/nature24654 . - arXiv : 1708.01044 . Arkiverad från originalet den 30 november 2017.
  39. ↑ Vladimir Korolev. Fysiker har skapat en rekordstor kvantdator på 53 qubit . nplus1.ru. Hämtad 14 januari 2018. Arkiverad från originalet 14 januari 2018.
  40. ↑ Kvantsimulatorn med 51 qubits är den största någonsin  , New Scientist . Arkiverad från originalet den 18 juli 2017. Hämtad 21 juli 2017.
  41. ↑ Framtiden är quantum Arkiverad 9 januari 2018 på Wayback Machine . IBM Blog Research.
  42. ↑ IBM höjer ribban med en 50-Qubit Quantum Computer Arkiverad 19 november 2017. . MIT Technology Review.
  43. ↑ IBM har skapat den mest kraftfulla kvantdatorn  (ryska) , Korrespondent.net  (12 november 2017). Arkiverad från originalet den 13 november 2017. Hämtad 13 november 2017.
  44. ↑ CES 2018: Intels framsteg inom kvant- och neuromorfisk beräkning Arkiverad 10 januari 2018 på Wayback Machine , 3dnews.ru, 9 januari 2018.
  45. ↑ 2018 CES: Intel Advances Quantum and Neuromorphic Computing Research Arkiverad 26 februari 2018 på Wayback Machine , Intels webbplats 8 januari 2018.
  46. ↑ Google byggde en 72-qubit kvantdator Arkiverad 6 mars 2018 på Wayback Machine , N+1, 5 mars 2018
  47. ↑ En förhandsvisning av Bristlecone, Googles nya kvantprocessor arkiverad 11 mars 2018 på Wayback Machine , Google Research Blog, 5 mars 2018.
  48. ↑ IBM Quantum Update: Q System One-lansering, nya samarbetspartners och QC-centerplaner . HPCwire (10 januari 2019). Hämtad 11 april 2022. Arkiverad från originalet 12 november 2020.
  49. ↑ Chan. IBM avslöjar världens första kvantdator som företag faktiskt kan använda för att lösa tidigare omöjliga problem . Business Insider (13 januari 2019). Hämtad 11 april 2022. Arkiverad från originalet 28 januari 2021.
  50. ↑ Nature 23 oktober 2019 Frank Arute, Kunal Arya, et al. Quantum supremacy med en programmerbar supraledande processor Arkiverad 23 oktober 2019 på Wayback Machine 574, sidorna 505-510 (2019)
  51. ↑ Quantum Supremacy Using a Programmable Superconducting Processor Arkiverad 23 oktober 2019 på Wayback Machine Onsdag 23 oktober 2019 Upplagt av John Martinis, Chief Scientist Quantum Hardware och Sergio Boixo, Chief Scientist Quantum Computing Theory, Google AI Quantum
  52. ↑ Meduza 20:05, 24 oktober 2019 Alexander Ershov Hurra, Googles fysiker har uppnått kvantöverlägsenhet! Eller de kanske inte gjorde det! Vi vet inte, de vet inte, ingen vet - det är därför det är quantum ... Arkiverad 26 oktober 2019 på Wayback Machine
  53. ↑ Kinesiska fysiker andra i världen för att uppnå kvantöverlägsenhet Arkiverad 7 december 2020 på Wayback Machine , Meduza , 7 december 2020.
  54. ↑ Kina uppnår kvantöverlägsenhet på två tekniska linjer  // Xinhua.
  55. ↑ Kinafokus: Kinesiska forskare utvecklar en ny kvantdator med 113 detekterade fotoner  // Xinhua..
  56. ↑ Ett steg in i framtiden: IBM avslöjar nytt kvantdatorchip Arkiverat 18 november 2021 på Wayback Machine , BBC , 17 november 2021.
  57. ↑ D-Wave säljer Quantum Computer till Lockheed Martin Arkiverad 15 mars 2018 på Wayback Machine .
  58. ↑ Kunder arkiverade 24 juli 2018 på Wayback Machine , D-Waves webbplats.
  59. ↑ 3Q: Scott Aaronson om Googles nya kvantberäkningspapper Arkiverad 24 maj 2016 på Wayback Machine 11 december 2015.
  60. ↑ Europas första kvantsuperdator med mer än 5 000 qubits lanserad . iXBT.com . Hämtad 28 februari 2022. Arkiverad från originalet 28 februari 2022.

Litteratur

Artiklar Böcker

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
 Informatikens huvudriktningar
Matematiska grunder
Teori om algoritmer
Algoritmer ,
datastrukturer
Programmeringsspråk ,
kompilatorer
Samtidighet
och parallell beräkning ,
distribuerade system
Programvaruteknik
_
System arkitektur
Telekommunikation , nätverk
Databas
Artificiell intelligens
Datorgrafik

Interaktion mellan människa och dator
vetenskaplig beräkning
Obs: Datavetenskap kan också delas in i olika ämnen eller grenar enligt ACM Computing Classification System .