квантовый компьютер
Когда я учился в школе, не помню - в седьмом, кажется, классе, на перемене перед уроком физики читал журналы Квант, они всегда стояли на стенде, учитель их менял. Любой мог брать и читать. Я, наверное, был единственный из класса, кто их листал. Кто помнит - там всякие новости из мира науки. Однажды меня там очень заинтересовала статья о Джозефсоновских контактах, как основе компьютеров будущего. Восьмидесятые годы, средняя школа, школьник читает про научные открытия, возможно имеющие значение для будущего. Что может сделать учитель, чтобы погасить интерес школьника на корню? - Задать ему сделать доклад на эту тему, перед всем классом. Которому всё похуй. Разумеется, никакой доклад подготовлен не был. Прошло почти полвека...
Наука движется медленно, но зато широким фронтом. Единичные научные открытия 80-х превратились в экспериментальные квантовые компьютеры. Сначала 7 кубитов, потом 50 кубитов. Значение открытия эффекта Джозефсона тоже никуда не делось. На его основе много чего построено, но не в этой стране, конечно. Построение квантового компьютера это главная задача физики XXI века.
Квантовые компьютеры работают на связанных квантовых состояниях кубитов. Это уже каждая бабка знает, решая кроссворд в электричке. Но что такое кубиты? Как устроены? На каком физическом процессе они работают?
Есть разные способы...
Главное свойство, которым должен обладать процесс, это двойственность его природы как волны и частицы. Любое физическое явление, обладающее такой двойственностью можно использовать для создания кубитов. Из школьного курса сразу приходят на ум фотоны, электроны, и прочие элементарные частицы. Они проявляют свойства и частиц и волн, когда интерферируют через щели. Но список пригодных процессов несколько шире. Есть неоднородности кристаллической решетки в полупроводниках, которые ведут себя как частицы. Есть сверхпроводящие эффекты - те же джозефсоновские контакты. Солитоны.
Для построения компьютера нужно уметь считывать состояния кубита или устанавливать его; с элементарными частицами это проблематично, слишком они мелкие. Поэтому пока ученые тренируются на крупных образованиях при создании кубитов. Вроде кристаллических неоднородностей или солитонов. Солитон это единичная волна, благодаря единичности она ведёт себя как частица. Есть много разных природных процессов, где единичная волна движется в среде без потерь. Нервный импульс, кстати, тоже считается солитоном. Но чаще используют солитоны в плазме, жидкости, газе. А управляют ими лазерами.
Для построения компьютера одного кубита недостаточно. Первый квантовый компьютер IBM в 2001 году состоял из 7 кубитов и мог разложить число 15 на сомножители по алгоритму Шора. Кубиты для этого должны находиться в запутанном состоянии. Они должны быть связаны между собой. При добавлении в связку ещё одного кубита растет нестабильность всей системы. Когда Google заявляет, что создал квантовый компьютер на 50 кубитов, обязательно добавляет - с точностью 99.4% - это непременная часть характеристики квантового компьютера. Поэтому квантовые расчеты никогда не проводят один раз. Их проводят сериями тысячи раз подряд, и результат берут статистически значимый.
Из всех физических процессов, эффект Джозефсона впервые позволил напрямую связать измеряемую величину макромира - электрический ток, и явление микромира - квантовую фазу волны. В этом его значение для науки и техники. Создание квантовых кубитов на его основе всё ещё не вышло из стен лабораторий.
В процессе уменьшения технологических норм при изготовлении электроники в любом случае квантовые эффекты все больше вмешиваются в электрические процессы. Именно поэтому лаборатории IBM дальше всех продвинулись по пути создания кубитов. Многие научные группы по всему миру заявляли о создании квантовых компьютеров на 40-72 кубитах, основанных на разных физических процессах, но в большинстве случаев это не были универсальные компьютеры. Чаще они реализовывали всего один фиксированный алгоритм.
Скажем, получили мы группу кубитов, в связанном состоянии. Что дальше? Теперь мы должны установить их в начальное состояние. Используя оборудование мы этого добиваемся, все кубиты принимают начальное состояние для вычислений. Затем мы должны, считывая кубиты и устанавливая их состояния, по алгоритму, провести ряд преобразований. Это сложная математика, но в принципе вполне по силам тому кто смог окончить институт. Все проблемы чисто технические. Само оборудование дорогое, его обслуживает группа ученых и математиков. Каждое считывание кубита или установка, это полноразмерный научный эксперимент, ограниченный во времени. Состояние кубита неустойчиво, может сохраняться всего несколько секунд, да и то лишь при температурах около нуля по Кельвину.
Канадская компания D-Wave сумела автоматизировать работу с кубитами, и продает свой квантовый компьютер на адиабатическом процессе со 128 кубитами, за 11 миллионов. Он работает из коробки только с одним алгоритмом, практически бесполезным. В компьютере поддерживается сверхнизкая температура для сверхпроводников и он тщательно экранирован от магнитных и электрических полей.
И вообще, ценность квантового компьютера далеко не очевидна. Большинство полезных алгоритмов вычисляется на обычных компьютерах за приемлемое время. И лишь на нескольких полезных задачах возможно некоторое ускорение.
https://aprosh.livejournal.com/294682.html
https://eslitak.livejournal.com/238033.html
https://eslitak.livejournal.com/247266.html
http://lightcone.ru/квантовые-вычисления/
https://www.coursera.org/learn/kvantovyye-vychisleniya/
Наука движется медленно, но зато широким фронтом. Единичные научные открытия 80-х превратились в экспериментальные квантовые компьютеры. Сначала 7 кубитов, потом 50 кубитов. Значение открытия эффекта Джозефсона тоже никуда не делось. На его основе много чего построено, но не в этой стране, конечно. Построение квантового компьютера это главная задача физики XXI века.
Квантовые компьютеры работают на связанных квантовых состояниях кубитов. Это уже каждая бабка знает, решая кроссворд в электричке. Но что такое кубиты? Как устроены? На каком физическом процессе они работают?
Есть разные способы...
Главное свойство, которым должен обладать процесс, это двойственность его природы как волны и частицы. Любое физическое явление, обладающее такой двойственностью можно использовать для создания кубитов. Из школьного курса сразу приходят на ум фотоны, электроны, и прочие элементарные частицы. Они проявляют свойства и частиц и волн, когда интерферируют через щели. Но список пригодных процессов несколько шире. Есть неоднородности кристаллической решетки в полупроводниках, которые ведут себя как частицы. Есть сверхпроводящие эффекты - те же джозефсоновские контакты. Солитоны.
Для построения компьютера нужно уметь считывать состояния кубита или устанавливать его; с элементарными частицами это проблематично, слишком они мелкие. Поэтому пока ученые тренируются на крупных образованиях при создании кубитов. Вроде кристаллических неоднородностей или солитонов. Солитон это единичная волна, благодаря единичности она ведёт себя как частица. Есть много разных природных процессов, где единичная волна движется в среде без потерь. Нервный импульс, кстати, тоже считается солитоном. Но чаще используют солитоны в плазме, жидкости, газе. А управляют ими лазерами.
Для построения компьютера одного кубита недостаточно. Первый квантовый компьютер IBM в 2001 году состоял из 7 кубитов и мог разложить число 15 на сомножители по алгоритму Шора. Кубиты для этого должны находиться в запутанном состоянии. Они должны быть связаны между собой. При добавлении в связку ещё одного кубита растет нестабильность всей системы. Когда Google заявляет, что создал квантовый компьютер на 50 кубитов, обязательно добавляет - с точностью 99.4% - это непременная часть характеристики квантового компьютера. Поэтому квантовые расчеты никогда не проводят один раз. Их проводят сериями тысячи раз подряд, и результат берут статистически значимый.
Из всех физических процессов, эффект Джозефсона впервые позволил напрямую связать измеряемую величину макромира - электрический ток, и явление микромира - квантовую фазу волны. В этом его значение для науки и техники. Создание квантовых кубитов на его основе всё ещё не вышло из стен лабораторий.
В процессе уменьшения технологических норм при изготовлении электроники в любом случае квантовые эффекты все больше вмешиваются в электрические процессы. Именно поэтому лаборатории IBM дальше всех продвинулись по пути создания кубитов. Многие научные группы по всему миру заявляли о создании квантовых компьютеров на 40-72 кубитах, основанных на разных физических процессах, но в большинстве случаев это не были универсальные компьютеры. Чаще они реализовывали всего один фиксированный алгоритм.
Скажем, получили мы группу кубитов, в связанном состоянии. Что дальше? Теперь мы должны установить их в начальное состояние. Используя оборудование мы этого добиваемся, все кубиты принимают начальное состояние для вычислений. Затем мы должны, считывая кубиты и устанавливая их состояния, по алгоритму, провести ряд преобразований. Это сложная математика, но в принципе вполне по силам тому кто смог окончить институт. Все проблемы чисто технические. Само оборудование дорогое, его обслуживает группа ученых и математиков. Каждое считывание кубита или установка, это полноразмерный научный эксперимент, ограниченный во времени. Состояние кубита неустойчиво, может сохраняться всего несколько секунд, да и то лишь при температурах около нуля по Кельвину.
Канадская компания D-Wave сумела автоматизировать работу с кубитами, и продает свой квантовый компьютер на адиабатическом процессе со 128 кубитами, за 11 миллионов. Он работает из коробки только с одним алгоритмом, практически бесполезным. В компьютере поддерживается сверхнизкая температура для сверхпроводников и он тщательно экранирован от магнитных и электрических полей.
И вообще, ценность квантового компьютера далеко не очевидна. Большинство полезных алгоритмов вычисляется на обычных компьютерах за приемлемое время. И лишь на нескольких полезных задачах возможно некоторое ускорение.
https://aprosh.livejournal.com/294682.html
https://eslitak.livejournal.com/238033.html
https://eslitak.livejournal.com/247266.html
http://lightcone.ru/квантовые-вычисления/
https://www.coursera.org/learn/kvantovyye-vychisleniya/