Tidslinje för kvantberäkning

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 21 september 2021; kontroller kräver 5 redigeringar .

Idén om quantum computing föreslogs oberoende av Yuri Manin och Richard Feynman i början av 1980-talet. Sedan dess har ett enormt arbete gjorts för att bygga en fungerande kvantdator.

1960 -talet

• 1968 - Steven Wiesner utvecklade konjugatkodning [1] .

1970 -talet

• 1970 - James Park formulerade den första kända uteslutningssatsen [2] .

• 1973  - Alexander Holevo publicerade en artikel där han visade att n qubits inte kan bära mer information än samma antal klassiska bitar (detta resultat är känt som Holevo-satsen eller Holevo- begränsningen ). Samma år visade Charles H. Bennet kvantberäkningens reversibilitet.

• 1975  - R. P. Poplavsky publicerar "Thermodynamic Models of Information Processes" (på ryska), där han visar den beräkningsmässiga omöjligheten att simulera kvantsystem på klassiska datorer på grund av superpositionsprincipen.

• 1976  - Den polske fysikern och matematikern Roman Stanisław Ingarden publicerar en artikel med titeln "Quantum Information Theory" i Reports on Mathematical Physics vol. 10, 43-72, 1976 (erhållen 1975). Detta är ett av de första försöken att skapa en kvantinformationsteori , eftersom det visades av Shannon att klassisk informationsteori inte bara kan generaliseras till kvantfallet. Ändå kan en sådan teori konstrueras på ett sådant sätt att det är en viss generalisering av Shannon-teorin, med hänsyn till kvantmekanikens och öppna systems och kvantobserverbara formalism.

1980 -talet

• 1980
  • Paul Benioff beskriver den första kvantmekaniska modellen av en dator. I detta arbete visade Benioff att en dator kunde arbeta i enlighet med kvantmekanikens lagar, och beskrev beskrivningen av Turing-maskiner med Schrödinger-ekvationen, vilket lade grunden för framtida arbete inom kvantberäkningsområdet. Artikel [3] lämnades in i juni 1979 och publicerades i april 1980.
  • Yuri Manin föreslog idén om kvantberäkning [4] .
• 1981
  • Richard Feynman , i sin berömda föreläsning "Det finns tillräckligt med utrymme där nere", vid den första konferensen om beräkningsfysik som hölls vid MIT i maj, noterade att det är omöjligt att modellera utvecklingen av ett kvantsystem effektivt på en klassisk dator. Han föreslog en grundläggande modell för en kvantdator som skulle vara kapabel till en sådan simulering [5] .
  • Tommaso Toffoli introducerade Toffoli-porten , som är en populär kvantport för att bygga reversibla kretsar i kvantdatorer .
• 1982
  • Paul Benioff föreslog det första teoretiska schemat för driften av en kvantdator [6] .
  • Wutters och Zurek [7] och oberoende Dieks [8] bevisade no-cloning theorem .
• 1984  - Charles Bennett och Gilles Brassard föreslog det första kvantnyckelfördelningsprotokollet  - BB84 .
• 1985  - David Deutsch beskrev först kvantturingmaskinen .

1990 -talet

• 1991
  • Arthur Eckert vid Oxford University beskrev ett säkert kommunikationssystem baserat på effekten av kvantintrassling .
• 1993
  • Dan Simon vid University of Montreal, uppfann en orakelberäkningsmetod där en kvantdator är exponentiellt snabbare än en konventionell dator. Denna algoritm berörde först huvudidéerna som senare skulle förkroppsligas i Peter Shors kvantfaktoriseringsalgoritm .
• 1994
  • Peter Shor , på Bell Labs , upptäckte den oerhört viktiga kvantalgoritmen som nu bär hans namn . Denna algoritm tillåter kvantdatorer att snabbt faktorisera stora heltal. Denna algoritm löste samtidigt två viktiga problem - heltalsfaktoriseringsproblemet och det diskreta logaritmproblemet . Således gör Shor's Algorithm det teoretiskt möjligt att bryta de kryptosystem som för närvarande används . Denna upptäckt väckte stort intresse för kvantdatorer.
  • National Institute of Standards and Technology anordnade det första amerikanska regeringsseminariet om kvantberäkning hösten 1994 i Gaithersburg .
  • Juan Ignacio Sirac och Peter Zoller föreslog en metod för hur man experimentellt implementerar en kontrollerad negationsprocedur baserad på fångade joner (för mer om detta, se en: Trapped ion quantum computer ).
• 1995
  • Det amerikanska försvarsdepartementet stod värd för ett stort seminarium om kvantberäkning och kvantkryptografi. Workshopen hölls i februari 1995 vid University of Arizona i Tucson och deltog i ett antal framstående amerikanska fysiker (Charles M. Bowden, Jonathan P. Dowling och Henry O. Everitt).
  • Peter Shor och Andrew Stein föreslog oberoende av varandra det första kvantfelskorrigeringsschemat.
  • Christopher Monroe och David Wineland var pionjärer för den kontrollerade negationsproceduren baserad på fångade joner , efter den teknik som föreslogs av Sirac och Zoller ett år tidigare.
  • Ben Schumacher från Kenyon College myntade termen q-bit ( qubit ) [9] . Qubits är sammankopplade. 3 orelaterade (godtyckliga) bitar innehåller 3 bitar information, 3 relaterade (ordnade) bitar innehåller, förutom 3 bitar, även information om anslutningen: den andra är associerad med den första och tredje, den tredje - med den första och andra , totalt 7 stycken.
• 1996
  • Kvantdatabassökningsalgoritmen uppfanns av Love Grover på Bell Labs . Grovers algoritm låter dig uppnå en kvadratisk ökning av hastigheten på beräkningar jämfört med en konventionell dator. En sådan hastighetsökning är inte lika dramatisk som i fallet med Shors algoritm för att faktorisera tal, men å andra sidan kan Grovers algoritm appliceras på ett mycket bredare spektrum av problem. Alla problem som kan reduceras till en oinformerad sökmetod (brute force search) kommer också att ha en kvadratisk hastighetsförstärkning. [tio]
  • David P. DiVincenzo från IBM har föreslagit en lista över de minimikrav som krävs för att bygga en kvantdator.
• 1997
  • David Corey, Amr Fahmy och Timothy Havel, samt samtidigt Neil Gershenfeld och Isaac Chang från MIT , publicerade artiklar som för första gången beskriver möjligheten att praktiskt implementera en kvantdator baserad på effekten av volymspinresonans eller termiska ensembler. Denna teknik är baserad på fenomenet kärnmagnetisk resonans (NMR), ett fenomen som även har funnits i medicin, vilket ger mänskligheten magnetisk resonanstomografi .
  • Aleksey Kitaev beskrev principerna för topologisk kvantberäkning som en metod för att bekämpa dekoherens.
  • Daniel Loss och David P. DiVincenzo föreslog en Loss-DiVincenzo kvantdator som använder det inneboende vinkelmomentet för individuella elektroner fångade i kvantprickar som qubits .
• 1998
  • Första experimentella demonstrationen av utförande av kvantalgoritm: En två-qubit kärnmagnetisk resonanskvantdator (NMR-dator) användes för att exekvera Deutsch-Joji-kvantalgoritmen . [elva]
  • Den första fungerande tre-qubit NMR-datorn.
  • Första körningen av Grover's Algorithm på en NMR-dator.
• 1999
  • Samuel L. Brownstein och hans kollegor har visat att det i inget NMR-experiment existerar ett blandat tillstånd av kvantintrassling . Emellertid är ett blandat tillstånd av kvantentanglement ett nödvändigt villkor för kvantacceleration av beräkningar, och därmed var det ett bevis på att NMR-datorer inte har någon fördel jämfört med konventionella datorer. Frågan om ett blandat tillstånd av kvantintrassling verkligen är absolut nödvändigt för att uppnå kvantberäkningsacceleration är fortfarande öppen.

2000 -talet

• 2000
  • Den första fungerande fem qubit NMR-datorn demonstrerades vid Münchens tekniska universitet .
  • Den första exekveringen av ordersökning (som är en viktig del av Shors algoritm ) demonstreras vid IBM Research Center och vid Stanford University .
  • Den första fungerande sju-qubit NMR-datorn demonstrerades vid Los Alamos National Laboratory
• 2001
  • Den första fullständiga exekveringen av Shors algoritm demonstrerades vid IBM Research Center och vid Stanford University . Siffran 15 faktoriserades av en kvantdator med en uppsättning av 1018 identiska molekyler, var och en innehållande sju aktiva kärnspinn .
• 2007
  • Det kanadensiska företaget D-Wave Systems tillkännagav skapandet av en 28-qubit specialiserad kvantdator utan att specificera problemet som ska lösas [12] .
• 2009
  • För första gången lyckades National Institute of Standards and Technology (USA) sätta ihop en programmerbar kvantdator bestående av två qubits [12] .

2010 -talet

• 2011
  • D- Wave Systems sålde för 11 miljoner dollar en dator med en 128-qubit-kretsuppsättning som endast utför en uppgift - diskret optimering [12] .
• 2012
  • En grupp forskare från University of Southern California , Delft University of Technology , University of Iowa och University of California i Santa Barbara lyckades bygga en två-qubit kvantdator på en dopad diamantkristall (kylning med flytande helium försvann ) [ 12] .
  • D- Wave Systems tillkännagav skapandet av en specialiserad 512-qubit-dator för att lösa problemet med att hitta den tredimensionella formen av ett protein från en känd aminosyrasekvens med hjälp av quantum annealing -metoden [12] .

• 2015
  • Optiskt adresserbara kärnspinn i fasta ämnen med en koherenstid på 6 timmar. [13]
  • Kvantinformation kodades med enkla elektriska impulser. [fjorton]
  • En kod har skrivits för att upptäcka kvantfel med hjälp av ett kvadratiskt gitter med fyra supraledande kvantbitar. [femton]
  • En logisk gate med två qubits kisel har utvecklats. [16]

• 2016
  • Google, med hjälp av en uppsättning av 9 supraledande qubits utvecklade av Martinis-gruppen och University of California, Santa Barbara , simulerade en vätemolekyl. [17]

• 2017
  • Microsoft har introducerat ett kvantprogrammeringsspråk integrerat i Visual Studio . Program kan köras antingen på en 32 qubit datorsimulator lokalt eller på en 32 qubit datorsimulator i Microsoft Azure-molnet . [arton]
  • Forskare har skapat ett mikrochip som genererar två intrasslade qubits, med 10 olika tillstånd, för 100 mätningar totalt. [19]
  • Intel har utvecklat ett 17-qubit-chip. [tjugo]
• 2018
  • Intel har utvecklat ett 49-qubit-chip. [21]
  • MIT har upptäckt en ny form av ljus som består av två eller tre kvantkopplade fotoner (baserade på polaritoner ) som potentiellt skulle kunna användas i kvantdatorer. [22] [23]
• 2019
  • IBM introducerade världens första kommersiella kvantdator, IBM Q System One .

2020 -talet

• 2020
  • Kinas intrasslade foton kvantdator Jiuzhan har uppnått kvantöverhöghet . På 200 sekunder beräknades ett problem som skulle ta världens snabbaste klassiska dator att beräkna mer än en halv miljard år [24] .
• 2021
  • Kinesiska forskare har byggt världens största integrerade kvantkommunikationsnätverk genom att kombinera mer än 700 optiska fibrer med två QKD-jord-till-satellitlänkar för ett totalt avstånd mellan nätverksnoder på upp till ~4600 km [25] [26] .
  • Forskare vid MIT har presenterat en programmerbar kvantsimulator som kan arbeta med 256 qubits [27] .

Anteckningar

1. ↑ Stephen Wiesner . Konjugerad kodning. - 1983. - Vol. 15. - S. 78-88.
2. ↑ Konceptet om övergång i kvantmekaniken (1970)
3. ↑ Paul Benioff. Datorn som ett fysiskt system: En mikroskopisk kvantmekanisk Hamiltonsk modell av datorer som representeras av Turing-maskiner  //  Journal of Statistical Physics. — 1980-05. — Vol. 22 , iss. 5 . - s. 563-591 . — ISSN 0022-4715 . - doi : 10.1007/BF01011339 .
4. ↑ Manin Yu. I. Beräknarbar och icke-beräknbar. - M . : Sov. Radio, 1980. - S. 15. - 128 sid. - (Kybernetik).
5. ↑ Simulera fysik med datorer Arkiverad kopia (länk ej tillgänglig) . Hämtad 13 september 2012. Arkiverad från originalet 16 juni 2010. (obestämd) 
6. ↑ Benioff P. Kvantmekaniska hamiltonska modeller av tureringsmaskiner  //  Journal of Statistical Physics : journal. - 1982. - Vol. 29 , nr. 3 . - s. 515-546 . - doi : 10.1007/BF01342185 . - .
7. ↑ Wootters WK, Zurek WH Ett enda kvantum kan inte klonas   // Nature . - 1982. - Vol. 299 , nr. 5886 . - s. 802-803 . - doi : 10.1038/299802a0 .
8. ↑ Dieks D. Kommunikation med EPR-enheter  //  Fysik Bokstäver A : journal. - 1982. - Vol. 92 , nr. 6 . - S. 271-272 . - doi : 10.1016/0375-9601(82)90084-6 . - .
9. ↑ Benjamin Schumacher. Kvantkodning  // Fysisk granskning A. - 1995-04-01. - T. 51 , nej. 4 . — S. 2738–2747 . - doi : 10.1103/PhysRevA.51.2738 .
10. ↑ Lov K. Grover. En snabb kvantmekanisk algoritm för databassökning  // Proceedings of the twenty-eightth annual ACM symposium on Theory of Computing. - New York, NY, USA: Association for Computing Machinery, 1996-07-01. — S. 212–219 . — ISBN 978-0-89791-785-8 . - doi : 10.1145/237814.237866 .
11. ↑ Isaac L. Chuang, Neil Gershenfeld, Mark Kubinec. Experimentell implementering av snabb kvantsökning  // Physical Review Letters. - 1998-04-13. - T. 80 , nej. 15 . — S. 3408–3411 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.80.3408 .
12. ↑ 1 2 3 4 5 Ivanov AI Kvantdatorer: dåtid, nutid och framtid  // Informationssäkerhet. Insida  : tidning. - 2015. - Nr 2 . - S. 52-58 . — ISSN 2413-3582 . (ryska)
13. ↑ 7 januari 2015 Nature (journal) Optiskt adresserbara kärnsnurr i ett fast ämne med sex timmars koherenstid  (eng.)  : journal. — Vol. 517 .
14. ↑ 13 april 2015 Genombrott öppnar dörren till prisvärda kvantdatorer . Hämtad 16 april 2015.
15. ↑ 29 april 2015 Demonstration av en kod för detektering av kvantfel med ett kvadratiskt gitter med fyra supraledande kvantbitar . Hämtad 1 maj 2015.
16. ↑ 6 oktober 2015 Avgörande hinder övervunnet inom kvantberäkning . Hämtad 6 oktober 2015.
17. ↑ Scalable Quantum Simulation of Molecular Energies, P. J. J. O'Malley et al. Phys. Varv. X 6, 031007 (18 juli 2016). Hämtad: 15 augusti 2016. (obestämd)
18. ↑ Microsoft gör spel för nästa våg av beräkningar med kvantberäkningsverktygssatsen  . arstechnica.com . Hämtad: 5 oktober 2017.
19. ↑ Qudits: Kvantberäkningens verkliga framtid?  (engelska) . IEEE spektrum . Hämtad: 29 juni 2017.
20. ↑ Intel levererar 17- Qubit supraledande chip med avancerad paketering till QuTech  . Intel Newsroom . Hämtad: 23 oktober 2017.
21. ↑ CES 2018: Intel gör framsteg inom kvant- och neuromorfa datorer
22. ↑ Hignett, Katherine Physics skapar ny form av ljus som skulle kunna driva kvantberäkningsrevolutionen . Newsweek (16 februari 2018). Hämtad: 17 februari 2018. (obestämd)
23. ↑ Liang, Qi-Yu et al. Observation av tre-fotonbundna tillstånd i ett icke-linjärt kvantmedium  // Science  :  journal. - 2018. - 16 februari ( vol. 359 , nr 6377 ). - s. 783-786 . - doi : 10.1126/science.aao7293 .
24. ↑ Ljusbaserad kvantdator Jiuzhang uppnår kvantöverlägsenhet | vetenskapsnyheter
25. ↑ Världens första integrerade  kvantkommunikationsnätverk , phys.org . Hämtad 11 februari 2021.
26. ↑ Chen, Yu-Ao; Zhang, Qiang; Chen, Teng Yun; Cai, Wen-Qi; Liao, Sheng-Kai; Zhang, Jun; Chen, Kai; Yin, Juan; Ren, Ji-Gang; Chen, Zhu; Han, Sheng-Long; Yu, Qing; Liang, Ken; Zhou, Fei; Yuan, Xiao; Zhao, Mei-Sheng; Wang, Tian-Yin; Jiang, Xiao; Zhang, Liang; Liu, Wei-Yue; Li, Yang; Shen, Qi; Cao, Yuan; Lu, Chao-Yang; Shu, Rong; Wang, Jian-Yu; Li, Li; Liu, Nai-Le; Xu, Feihu; Wang, Xiang-Bin; Peng, Cheng-Zhi; Pan, Jian-Wei (januari 2021). "Ett integrerat rymd-till-jord-kvantkommunikationsnätverk över 4 600 kilometer" . natur _ _ ]. 589 (7841): 214-219. DOI : 10.1038/s41586-020-03093-8 . ISSN  1476-4687 . PMID  33408416 . S2CID  230812317 . Hämtad 11 februari 2021 .
27. ↑ Harvard-ledda fysiker tar ett stort steg i kapplöpningen mot kvantberäkning

Länkar

• Historia om kvantdatorer

kvantinformatik
Allmänna begrepp	kvantdator qubit Kriterier Di Vincenzo kvantinformation kvantmaskin kvantprogrammering kvantöverlägsenhet Tidslinje för kvantberäkning Cloud quantum computing
kvantkommunikation	kvantkanal kvantnät kvantkryptografi Kvantnyckeldistribution Teleportering av kvantenergi kvantteleportering Quantum ultra-tät kodning LOCC kvantdestillation
Kvantalgoritmer	kvantsimulator Deutsch-Yozhi algoritm Bernstein-Wazirani Algoritm Grovers algoritm Quantum Fourier Transform Shors algoritm Simons problem Quantum Phase Estimation Algoritm Quantum Computing Algoritm kvantglödgning Algoritmisk kylning Kvantalgoritm för att lösa ett system av linjära ekvationer Amplitudförstärkning
Kvantkomplexitetsteori	Turing kvantmaskin EQP BQP QMA PostBQP QIP
Quantum Computing Models	kvantkrets kvantport Ensidig kvantdator klunga Adiabatisk kvantberäkning Topologisk kvantdator
Förebyggande av dekoherens	Korrigering av kvantfel Stabiliseringskoder Stabiliseringsformalism Quantum faltningskod
Fysiska implementeringar	kvantoptik Kavitationskvantelektrodynamik Kontur kvantelektrodynamik Kvantberäkning baserad på linjär optik KLM-protokoll Bosonisk provtagning superkalla atomer Absorberad jon kvantdator Optiskt galler ryggbaserad _ Kvantdator baserad på kärnmagnetisk resonans Kanes kvantdator Förlust kvantdator - DiVincenzo NV centrum Supraledande kvantdatorer ladda qubit strömmande qubit Fas qubit Transmon