Como estamos próximos ao construir um computador quântico?

A Corrida em alta velocidade. As principais empresas do mundo estão tentando criar a primeira de um computador quântico, e que se baseia a tecnologia, há muito tempo обещающая cientista ajudar no desenvolvimento maravilhosos novos materiais, um ideal de criptografia de dados e a exata previsão de mudanças climáticas da Terra. Este tipo de máquina com certeza irá aparecer mais cedo do que dez anos, mas isso não impede que a IBM, Microsoft, Google, Intel e outras. Eles, literalmente, trabalhos espalhados quantum bits – ou кубиты – процессорном chip. Mas o caminho para a computação quântica envolve muito mais do que a manipulação de субатомными partículas.

Um Qubit pode representar 0 e 1 simultaneamente, graças à quântico fenômeno de superposição. Isso permite que кубитами realizar uma enorme quantidade de cálculos simultaneamente, aumentando a velocidade de computação e a capacidade de armazenamento. Mas há diferentes tipos de кубиты, e nem todos eles são criados iguais. Em программируемом de silício quântico chip, por exemplo, o valor de um bit (1 ou 0) é o sentido de rotação do mesmo elétron. No entanto, кубиты são extremamente frágeis, e alguns necessitam de uma temperatura de 20 милликельвинов – 250 vezes mais frio que no espaço profundo, a fim de manter-se estável.

Claro, o computador quântico não é apenas um processador. Esses sistemas de uma nova geração de exigirá novos algoritmos, o novo software de ligação, e um monte de ainda não inventado a tecnologia beneficiário do colossal poder. Além disso, os resultados dos cálculos vai precisar de um lugar para armazenar.

"Se todos não foi tão difícil, já teríamos feito um", diz Jim Clark, diretor de quântico de hardware da Intel Labs. Na CES deste ano, a Intel apresentou 49-кубитовый processador de codinome Tangle Lake. Alguns anos atrás, a empresa criou um ambiente virtual para o teste quântico; ela usa um poderoso supercomputador Stampede (universidade do Texas) para simular 42-кубитового do processador. No entanto, para realmente entender como escrever para computadores quânticos, precisa simular centenas ou mesmo milhares de кубитов, diz Clark.

Scientific American, tomou-Clark uma entrevista em que ele disse sobre as diferentes abordagens para construir um computador quântico, por que são tão frágeis e por que toda essa idéia leva muito tempo. Você será interessante.

Que a computação quântica diferentes dos tradicionais?

Uma metáfora Comum, que é utilizado para comparar dois tipos de nuvem, — é a moeda. Tradicional da informática processador transistor ou de "cara" ou "coroa". Mas se perguntar de que lado olha a moeda, quando estiver girando, você vai dizer que a resposta pode ser uma e outra coisa. São dispostas de modo a computação quântica. Ao invés de bits que representam 0 ou 1, você quantum bit, que, simultaneamente, é e 0, e 1 até que um qubit não irá parar de girar e não entrará em um estado de paz.

O Espaço de estado – ou a capacidade de classificar com um grande número de combinações possíveis – em caso de квантовым computador exponencialmente. Imagine que tenho em minhas mãos duas moedas e eu подбрасываю-los no ar ao mesmo tempo. Enquanto eles giram, eles representam os quatro possíveis estados. Se eu подброшу três moedas no ar, eles vão representar oito estados possíveis. Se eu подброшу no ar cinqüenta moedas e perguntar o quanto de estados que eles representam, a resposta é um número que não será capaz de calcular nem mesmo o mais poderoso supercomputador do mundo. Trezentas moedas – ainda é relativamente pequeno o número vai representar mais do estado do que átomos no Universo.

Por que кубиты tais frágil?

A Realidade é que a moeda, ou кубиты, eventualmente param de girar e коллапсируют em um determinado estado, quer se trate de um cara ou coroa. O objetivo de computação quântica é, para manter a sua rotação em uma superposição de, no conjunto de estados de tempo. Imagine que eu tenho sobre a mesa gira em moeda e alguém empurra a mesa. A moeda pode cair mais rápido. O ruído, a mudança de temperatura, vidros flutuações ou vibração – tudo isso pode dificultar o trabalho кубита e levar à perda de dados. Uma das maneiras de estabilizar кубиты determinados tipos de mantê-los em estado fresco. Nossos кубиты trabalham na geladeira do tamanho de um barril de 55 galões e usam especial isótopo de hélio para o arrefecimento é quase a temperatura do zero absoluto.

Como diferentes tipos de кубитов diferem entre si?

Há não menos de seis ou sete diferentes tipos de кубитов, e cerca de três a quatro deles ativamente são considerados para uso em computadores quânticos. A diferença é que, como manipular кубитами e fazê-los conversar entre si. Precisa, para dois кубита estavam conversando entre si, para realizar grandes "complicadas" os cálculos, e diferentes tipos de кубитов presas de forma diferente. Descrito mim é do tipo que requer a emergência de refrigeração, chamado de сверхпроводящей sistema, que inclui o nosso processador Tangle Lake e os computadores quânticos, construídos Google, IBM e outras. Outras abordagens utilizam a tela de cargas haviam feito de íons – mantidos em posição em uma câmara de vácuo feixes de laser – que atuam como кубитов. A Intel não desenvolve sistemas com um apanhado de íons, porque para isso é necessário um conhecimento profundo de lasers e óptica, não sob a força.

No entanto, nós estudamos o terceiro tipo é o que chamamos de кремниевыми spin-кубитами. Eles se parecem exatamente como as tradicionais transistores de silício, mas emite um elétron.Spin-кубиты usam os micro-impulsos para o controle de rotação do elétron e a liberação de seu quantum de poder. Esta tecnologia, hoje menos madura do que a tecnologia de supercondutores кубитов, no entanto, talvez tenha muito mais chance de escalar e se tornar um sucesso comercial.

Como chegar a esse ponto daqui?

O Primeiro passo é fazer esses chips quânticos. Ao mesmo tempo, passamos a simulação de um supercomputador. Para executar o simulador quântico Intel, precisa de cerca de cinco trilhões de transistores para modelagem de 42 кубитов. Para alcançar comercial do alcance precisa de cerca de um milhão de кубитов ou mais, mas, começando com o simulador parecido com isso, é possível construir uma arquitetura básica, compiladores e algoritmos. Enquanto nós não aparecem sistemas físicos, que incluem várias centenas a milhares de кубитов, não está claro que tipo de software podemos los executar. Há duas maneiras de construir o tamanho de um tal sistema: um para adicionar mais кубитов, o que exigirá mais espaço físico. O problema é que se o nosso objetivo – para criar a computadores em um milhão de кубитов, a matemática não permitirá que o seu bem dimensionado. Outro caminho, fechando internos dimensão de um circuito integrado, mas o tipo de abordagem exigiria сверхпроводящей do sistema, mas ela deve ser imenso. Spin-кубиты um milhão de vezes menor, portanto, estamos à procura de outras soluções.

Além disso, queremos melhorar a qualidade de кубитов, que vai nos ajudar a testar algoritmos e criar o nosso sistema. A qualidade refere-se à precisão com a qual a informação é passada ao longo do tempo. Embora muitas partes de tal sistema, melhorar a qualidade, as grandes avanços serão alcançados com o desenvolvimento de novos materiais e a melhoria da precisão de pulsos de microondas e outra eletrônica de controle.

Recentemente, a Subcomissão de digital comércio e defesa do consumidor realizou uma audiência sobre a computação quântica. Que os legisladores querem saber sobre esta tecnologia?

Existem várias audiências, relacionados com diferentes comitês. Se tomar computação quântica, pode-se dizer que é uma tecnologia de computação próximos 100 anos. Para os estados unidos e outros governos, naturalmente interessado em sua oportunidade. Na rússia tem um plano em muitos bilhões de dólares de financiamento quânticos de investigação em toda a Europa. A china no ano passado, anunciou a pesquisa a base de 10 bilhões de dólares, que aborde quântica информатикой. A questão de uma vez: o que nós podemos fazer como país em nível nacional? A estratégia nacional de computação quântica deve ser responsabilidade de universidades, do governo e da indústria, trabalhando em conjunto sobre os diferentes aspectos da tecnologia. Padrões definitivamente precisava de um ponto de vista de comunicação ou de arquitetura de software. A força de trabalho também é um problema. Agora, se eu abro uma vaga de especialista em computação quântica, dois terços dos requerentes, provavelmente, serão os EUA.

Qual a influência que podem exercer computação quântica para o desenvolvimento de inteligência artificial?

Normalmente, as primeiras propostas algoritmos quânticos serão ordenados de segurança (por exemplo, criptografia) ou química e modelagem de materiais. Isso é um problema, que, fundamentalmente, неразрешимы para os tradicionais computadores. No entanto, há uma massa de startups e grupos de cientistas que trabalham sobre a maquinaria de aprendizagem e AI com a implementação de computadores quânticos, mesmo teórico. Considerando-se os prazos necessários para o desenvolvimento da IA, eu teria esperado o surgimento tradicionais chips, otimizados especificamente para os algoritmos de IA, que, por sua vez, terá um impacto no desenvolvimento de chips quânticos. Em todo o caso IA definitivamente receberá um impulso devido a computação quântica.

Quando veremos que o trabalho de computadores quânticos resolvem problemas reais?

O Primeiro transistor foi criado em 1947. O primeiro circuito integrado em 1958. O primeiro microprocessador da Intel – que carregava cerca de 2500 transistores – saiu para a luz somente em 1971. Cada uma dessas etapas, foi dividido mais de uma década. As pessoas pensam que os computadores quânticos já ao virar da esquina, mas a história mostra que qualquer avanços exigem tempo. Se daqui a 10 anos teremos um computador quântico em alguns milhares de кубитов, isso definitivamente vai mudar o mundo assim como ele mudou o primeiro microprocessador.