Computer quantistici - che cos'è? Il principio di funzionamento e foto di un computer quantistico

L'umanità, come 60 anni fa, è di nuovo sull'orlo di una grande svolta nel campo della tecnologia informatica. Molto presto i computer quantistici sostituiranno i computer di oggi.

Quali progressi ha raggiunto

Nel 1965, Gordon Moore disse che in un anno il numero di transistor che si adattavano a un microchip di silicio raddoppiava. Questo tasso di progresso è rallentato di recente e il raddoppio si verifica meno frequentemente, una volta ogni due anni. Anche un simile tasso nel prossimo futuro consentirà ai transistor di essere grandi quanto un atomo. Avanti - la linea, che è impossibile attraversare. Dal punto di vista della struttura fisica del transistor, non può in alcun modo essere inferiore ai valori atomici. Aumentare le dimensioni del chip non rimuove il problema. Il lavoro dei transistor è associato al rilascio di energia termica e i processori necessitano di un sistema di raffreddamento di alta qualità. Anche l'architettura multicore non risolve il problema di un'ulteriore crescita. Il raggiungimento del picco nello sviluppo della tecnologia dei processori moderni avverrà presto.
Gli sviluppatori sono arrivati ​​a comprendere questo problema in un momento in cui gli utenti hanno appena iniziato a comparire su personal computer. Nel 1980, uno dei fondatori dell'informatica quantistica, il professore sovietico Yuri Manin, formulò l'idea dell'informatica quantistica. Un anno dopo, Richard Feyman propose il primo modello di computer con un processore quantico. Fondamenti teorici di come dovrebbero apparire i computer quantistici, Paul Benioff ha formulato.

Il principio del computer quantistico

Per capire come funziona il nuovo processore, è necessario avere almeno una conoscenza superficiale dei principi della meccanica quantistica. Non ha senso presentare qui i layout matematici e le formule di visualizzazione. È sufficiente che una persona comune acquisisca familiarità con tre caratteristiche peculiari della meccanica quantistica:

• Lo stato o la posizione della particella è determinata solo con una certa probabilità.
• Se una particella può avere più stati, allora è in tutti gli stati possibili contemporaneamente. Questo è il principio di sovrapposizione.
• Il processo di misurazione dello stato di una particella porta alla scomparsa della sovrapposizione. È caratteristico che la misurazione dello stato della particella ottenuta dalla misurazione differisce dallo stato reale della particella prima delle misurazioni.

Dal punto di vista del buon senso - completa assurdità. Nel nostro mondo ordinario, questi principi possono essere rappresentati come segue: la porta della stanza è chiusa e allo stesso tempo aperta. Chiuso e aperto allo stesso tempo.

Questa è la sorprendente differenza tra i calcoli. Un normale processore opera nelle sue azioni con un codice binario. I bit del computer possono trovarsi in uno solo stato - avere un valore logico di 0 o 1. I computer quantici operano su qubit, che possono avere un valore logico di 0, 1, 0 e 1 contemporaneamente. Per risolvere alcuni problemi, avranno un vantaggio multimilionario rispetto ai computer tradizionali. Oggi ci sono già dozzine di descrizioni degli algoritmi. I programmatori creano un codice di programma speciale che può funzionare su nuovi principi di calcolo.

Dove sarà utilizzato il nuovo computer?

Il nuovo approccio nel processo di calcolo consente di lavorare con enormi quantità di dati ed eseguire operazioni computazionali istantanee. Con l'avvento dei primi computer, alcune persone, compresi i funzionari governativi, avevano un grande scetticismo riguardo al loro uso nell'economia nazionale. Oggi ci sono persone piene di dubbi sull'importanza dei computer di una generazione fondamentalmente nuova. Per molto tempo, le riviste tecniche si sono rifiutate di stampare articoli sull'informatica quantistica, ritenendo che questa direzione fosse un normale stratagemma fraudolento per ingannare gli investitori.

Un nuovo modo di fare computer creerà i prerequisiti per le grandi scoperte scientifiche in tutti i settori. La medicina risolverà molti problemi problematici che si sono accumulati molto ultimamente. Sarà possibile diagnosticare il cancro in uno stadio precedente della malattia rispetto a quello attuale. L'industria chimica sarà in grado di sintetizzare prodotti con proprietà uniche.

Una svolta nello spazio non ci vorrà molto. I voli per altri pianeti diventeranno la stessa azione quotidiana dei viaggi quotidiani in giro per la città. Il potenziale che sta nell'informatica quantistica, ovviamente, trasforma il nostro pianeta al di là del riconoscimento.

Un'altra caratteristica distintiva dei computer quantistici è la capacità del calcolo quantistico di selezionare rapidamente il codice o il codice necessario. Un computer normale esegue una soluzione di ottimizzazione matematica in sequenza, passando attraverso un'opzione dopo l'altra. Il concorrente quantico lavora immediatamente con l'intero array di dati, scegliendo immediatamente le opzioni più adatte in un tempo senza precedenti. Le operazioni bancarie saranno decifrate in un batter d'occhio che i computer moderni non sono disponibili.

Tuttavia, il settore bancario non può preoccuparsi: il suo metodo verrà salvato dal metodo di crittografia quantistica con il paradosso della misurazione. Se si tenta di aprire il codice, il segnale sarà distorto. Le informazioni ricevute non hanno alcun senso. I servizi segreti, di cui è spionaggio comune, sono interessati alle possibilità dell'informatica quantistica.

Difficoltà di progettazione

La difficoltà sta nel creare le condizioni in cui il bit quantistico può essere in uno stato di sovrapposizione per un tempo infinitamente lungo.

Ogni qubit è un microprocessore che opera sui principi della superconduttività e delle leggi della meccanica quantistica.

Un certo numero di condizioni ambientali uniche sono create attorno agli elementi microscopici di una macchina logica:

• temperatura 0,02 gradi Kelvin (-269,98 centigradi);
• sistema di protezione contro le radiazioni magnetiche ed elettriche (riduce l'impatto di questi fattori di 50 mila volte);
• sistema di dissipazione del calore e smorzamento delle vibrazioni;
• vuoto d'aria sotto la pressione atmosferica 100 miliardi di volte.

Una leggera deviazione dell'ambiente causa una perdita istantanea dello stato di sovrapposizione da parte dei Qbits, che porta a un malfunzionamento.

Davanti a tutto il pianeta

Tutto quanto sopra potrebbe essere attribuito alla creatività della mente infiammata dello scrittore di storie fantastiche, se Google insieme alla NASA non avesse acquisito il computer quantistico D-Wave, il cui processore contiene 512 qubit, dalla società di ricerca canadese.

Con esso, il leader nel mercato delle tecnologie informatiche risolverà i problemi di apprendimento automatico nell'ordinamento e nell'analisi di grandi matrici di dati.

Un'importante affermazione è stata fatta da Snowden, che ha lasciato gli Stati Uniti - l'NSA ha anche intenzione di sviluppare il suo computer quantistico.

2014 - L'inizio dell'era dei sistemi D-Wave

Il successo dell'atleta canadese Jordy Rose, dopo un accordo con Google e la NASA, ha iniziato a costruire un processore da 1000-qubit. Il modello futuro supererà il primo prototipo commerciale almeno 300 mila volte in termini di velocità e volume di calcoli. Il computer quantistico, la cui foto si trova sotto, è la prima versione commerciale al mondo di una tecnologia di calcolo fondamentalmente nuova.

Impegnato in ricerca e sviluppo è stato spinto dalla sua conoscenza all'università con i lavori di Colin Williams sull'informatica quantistica. Devo dire che Williams oggi lavora alla Rose Corporation come project manager di business.

Innovazione o inganno scientifico

Cosa sono i computer quantici, Rose non lo sa bene. In dieci anni, il suo team è passato dalla creazione di un processore da 2 qubit alla prima creazione commerciale di oggi.

Fin dall'inizio della ricerca, Rose ha cercato di creare un processore con un numero minimo di 1 mila qubit. E doveva avere un'opzione commerciale - vendere e fare soldi.

Molti, conoscendo l'ossessione e l'acume commerciale di Rose, cercano di accusarlo di falsificazione. Apparentemente per il quantum rilasciato il processore più ordinario. Ciò è facilitato dal fatto che la velocità fenomenale della nuova tecnica si manifesta quando si eseguono determinati tipi di calcoli. Per il resto, si comporta come un computer completamente ordinario, solo molto costoso.

Quando appariranno

L'attesa non è lunga. Un gruppo di ricerca organizzato da comproprietari del prototipo riferirà sui risultati della ricerca di D-Wave nel prossimo futuro.
Forse presto arriverà un momento in cui i computer quantistici trasformeranno la nostra comprensione del mondo circostante. E tutta l'umanità in questo momento raggiungerà un livello più alto della sua evoluzione.