Folo taona manomboka izao, tsy misy mahalala hoe rahoviana

Ny olona iray tsy dia mahalala izay namaky boky be dia be momba ny ordinatera quantum dia mety hahatsapa fa milina "eny amin'ny talantalana" izy ireo izay miasa mitovy amin'ny ordinatera mahazatra. Tsy misy zavatra mety ho ratsy kokoa. Misy aza mino fa mbola tsy misy solosaina quantum. Ary ny hafa manontany tena hoe inona no hampiasana azy ireo satria tsy natao hanolo ny rafitra zero-one izy ireo.

Matetika isika no mandre fa hiseho ao anatin'ny folo taona eo ho eo ny solosaina quantum tena izy sy miasa tsara. Na izany aza, araka ny nomarihin'i Linley Gwennap, mpanadihady lehibe ao amin'ny Linley Group, tao amin'ilay lahatsoratra hoe: "Rehefa milaza ny olona fa hiseho ao anatin'ny folo taona ny solosaina quantum dia tsy fantany hoe rahoviana no hitranga izany."

Na eo aza izany toe-javatra tsy mazava izany, rivo-piainana mifaninana ho an'ny antsoina hoe quantum supremacy. Nanahy momba ny asa quantum sy ny fahombiazan'ny Sinoa ny fitondrana amerikana dia nandany ny Lalàna National Quantum Initiative tamin'ny Desambra lasa teo (1). Ny antontan-taratasy dia natao hanomezana fanohanana federaly amin'ny fikarohana, fampandrosoana, fampisehoana ary fampiharana ny informatika sy ny teknolojia. Tao anatin'ny folo taona mahagaga, handany vola an'arivony tapitrisa ny governemanta amerikana hananganana fotodrafitrasa informatika quantum, tontolo iainana ary haka olona. Ireo mpamorona lehibe rehetra amin'ny ordinatera quantum - D-Wave, Honeywell, IBM, Intel, IonQ, Microsoft ary Rigetti, ary koa ireo mpamorona ny algorithm quantum 1QBit sy Zapata, dia nandray izany. National Quantum Initiative.

Mpisava lalana ny D-WAve

Tamin'ny 2007, D-Wave Systems dia nampiditra chip 128-qubit (2), antsoina solosaina quantum voalohany eran-tany. Na izany aza, tsy azo antoka raha azo antsoina hoe izany - ny asany ihany no naseho, tsy misy antsipiriany momba ny famolavolana azy. Tamin'ny taona 2009, ny D-Wave Systems dia namolavola rafitra fikarohana sary "quantum" ho an'ny Google. Tamin'ny May 2011, Lockheed Martin dia nahazo solosaina quantum novokarin'ny D-Wave Systems. D-onja iray ho an'ny $ 10 tapitrisa, raha nanao sonia fifanarahana maharitra taona maro ho an'ny fampandehanana azy sy ny fampivoarana algorithm mety.

Tamin'ny 2012, ity milina ity dia naneho ny fizotry ny fitadiavana ny molekiola proteinina helika miaraka amin'ny angovo ambany indrindra. Ny mpikaroka ao amin'ny D-Wave Systems dia mampiasa rafitra misy isa samihafa qubits, nanao kajy matematika maromaro, ny sasany tamin'izy ireo dia mihoatra lavitra noho ny fahaizan'ny ordinatera mahazatra. Na izany aza, tany am-piandohan'ny 2014, John Smolin sy Graham Smith namoaka taratasy milaza fa tsy milina ny milina D-Wave Systems. Fotoana fohy taorian’izay dia nanolotra ny vokatry ny andrana nanaporofo fa ny D-Wave One no...

Fitsapana iray hafa, natao tamin'ny Jona 2014, dia tsy nahitana fahasamihafana teo amin'ny ordinatera mahazatra sy ny milina D-Wave Systems, saingy namaly ny orinasa fa ny fahasamihafana dia hita ho an'ny olana sarotra kokoa noho ireo voavaha tamin'ny fitsapana. Tamin'ny fiandohan'ny taona 2017, ny orinasa dia nampiditra fiara izay heverina fa misy 2 arivo qubitsizay avo 2500 heny noho ny algorithm klasika haingana indrindra. Ary indray, roa volana taty aoriana, nisy andiana mpahay siansa nanaporofo fa tsy marina io fampitahana io. Ho an'ny maro misalasala, ny rafitra D-Wave dia mbola tsy ordinatera quantum, fa ny azy simulations mampiasa fomba klasika.

Ny rafitra D-Wave taranaka fahefatra dia mampiasa quantum annealingary ny toetry ny qubit dia tanterahana amin'ny alalan'ny superconducting quantum circuits (mifototra amin'ny antsoina hoe Josephson junctions). Izy ireo dia miasa amin'ny tontolo manodidina ny zero tanteraka ary mirehareha rafitra 2048-qubit. Tamin'ny faran'ny taona 2018 dia nampidirina an-tsena ny D-Wave Aza kivy, izany hoe ny anao tontolo iainana fampiharana quantum amin'ny fotoana tena izy (KAE). Ny vahaolana rahona dia manome ny mpanjifa ivelany ny fidirana amin'ny computing quantum amin'ny fotoana tena izy.

Tamin'ny Febroary 2019, D-Wave dia nanambara ny taranaka manaraka  Pegasus. Nambara fa "rafitra ara-barotra midadasika indrindra eran'izao tontolo izao" misy fifandraisana dimy ambin'ny folo isaky ny qubit fa tsy enina, miaraka amin'ny mihoatra ny 5 qubits ary mandefa fanafoanana ny tabataba amin'ny ambaratonga tsy fantatra teo aloha. Tokony hamidy amin’ny tapaky ny taona ho avy io fitaovana io.

Qubits, na superpositions plus entanglement

Miantehitra amin'ny fonosana, na ampahany amin'ny fampahalalana, izay maneho valiny eny na tsia ny tsirairay. Ny processeur quantum dia samy hafa. Tsy miasa ao amin'ny tontolo aotra iray izy ireo. taolana kiho, ny singa kely indrindra sy tsy azo zaraina amin'ny fampahalalam-baovao quantum dia ny rafitra misy dimanjato roa hilbert space. Noho izany, tsy mitovy amin'ny ramanavy mahazatra izy io satria mety ho ao anatiny misy superposition fanjakana quantum roa. Amin'ny maha-modely ara-batana an'ny qubit, ny ohatra omena matetika dia singa misy spin ½, toy ny electron, na ny polarization ny photon tokana.

Mba hampiasana ny herin'ny qubits dia tsy maintsy mampifandray azy ireo ianao amin'ny alàlan'ny dingana antsoina hoe fifanjevoana. Miaraka amin'ny qubit rehetra ampiana, ny herin'ny fanodinana ny processeur avo roa heny ny tenany, satria ny isan'ny entanglements dia miaraka amin'ny entanglement qubit vaovao miaraka amin'ny fanjakana rehetra efa misy ao amin'ny processeur (3). Saingy tsy asa mora ny mamorona sy manambatra ny qubits ary avy eo milaza azy ireo hanao kajy sarotra. Mijanona izy ireo tena saro-pady amin'ny fitaomana ivelanyizay mety hitarika amin'ny fahadisoana kajy ary, amin'ny tranga ratsy indrindra, amin'ny fahapotehan'ny qubits mifamatotra, i.e. decohérenceizay no tena ozon'ny rafitra quantum. Rehefa miampy qubits dia mitombo ny voka-dratsin'ny hery ivelany. Ny fomba iray hiatrehana io olana io dia ny mamela fanampiny qubits "CONTROL"Ny hany asany dia ny manamarina sy manitsy ny angona mivoaka.

3. Fanehoana an'ohatra ny rafitra IBM 50-qubit

Na izany aza, midika izany fa ilaina ny solosaina quantum mahery kokoa, ilaina amin'ny famahana ireo olana sarotra toy ny famaritana ny fomba fiforonan'ny molekiola proteinina na ny fanaovana simulation ny fizotran'ny vatana ao anaty atôma. tena qubit. Tom Watson avy ao amin'ny Oniversiten'i Delft any Holandy vao haingana no nilaza tamin'ny BBC News:

-

Raha fintinina, raha te-hiala ny solosaina quantum dia mila mamorona fomba tsotra ianao hamokarana processeur qubit lehibe sy marin-toerana.

Satria tsy milamina ny qubits, sarotra be ny mamorona rafitra miaraka amin'ny maro amin'izy ireo. Ka raha tsy mahomby ny qubits ho toy ny foto-kevitra computing quantum, dia manana safidy hafa ny mpahay siansa: vavahadin'ny quantum qubit.

Namoaka fanadihadiana tao amin'ny npj Quantum Information ny ekipan'ny Oniversite Purdue izay manazava ny famoronana azy ireo. Mino izany ny mpahay siansa KuditsTsy sahala amin'ny qubits, afaka misy amin'ny fanjakana roa mahery izy ireo — ohatra, 0, 1, ary 2 — ary ho an'ny fanjakana fanampiny tsirairay dia mitombo ny herin'ny qudit tokana. Raha lazaina amin'ny teny hafa dia mila manaova kaody sy manodina ny fampahalalana mitovy. kely laza noho ny qubits.

Mba hamoronana vavahady quantum misy qudits, ny ekipan'ny Purdue dia namadika qudits efatra ho fotona roa mifamatotra amin'ny resaka matetika sy fotoana. Nisafidy ny sary ny ekipa satria tsy mora voan'ny manodidina azy izy ireo, ary ny fampiasana sehatra maro dia mamela ny fifandirana bebe kokoa amin'ny fotona vitsy kokoa. Ny vavahady vita dia nanana herin'ny informatika 20 qubits, na dia nitaky qudits efatra fotsiny aza izany, miaraka amin'ny fitoniana fanampiny noho ny fampiasana photons, ka mahatonga azy io ho rafitra mampanantena ho an'ny solosaina quantum ho avy.

Silicon na fandrika ion

Na dia tsy ny rehetra aza no mizara an'io hevitra io, ny fampiasana silisiôma mba hamoronana solosaina quantum dia toa manana tombony lehibe, satria ny teknolojia silisiôma dia efa miorina tsara ary efa misy orinasa lehibe mifandray amin'izany. Silicon dia ampiasaina amin'ny Google sy IBM processeur quantum, na dia mangatsiaka amin'ny hafanana ambany dia ambany. Tsy fitaovana mety tsara ho an'ny rafitra quantum izy io, fa ny mpahay siansa no miasa amin'izany.

Araka ny famoahana vao haingana tao amin'ny Nature, ekipa mpikaroka iray dia nampiasa angovo mikraoba mba hampifanaraka ireo singa elektronika roa mihantona amin'ny silisiôma ary avy eo dia nampiasa azy ireo hanaovana kajy fitsapana maromaro. Ny vondrona, izay ahitana, indrindra indrindra, ny mpahay siansa avy ao amin'ny Oniversiten'i Wisconsin-Madison, "nampiato" qubits elektronika tokana ao amin'ny rafitra silisiôma, ny fihodinan'ny izay nofaritan'ny herin'ny taratra microwave. Ao amin'ny superposition, ny elektrôna dia niodina tamin'ny famaky roa samy hafa. Avy eo dia natambatra ireo qubit roa ary nalamina mba hanaovana kajy fitsapana, avy eo dia nampitahain'ny mpikaroka ny angon-drakitra novokarin'ny rafitra tamin'ny angona azo avy amin'ny solosaina manara-penitra manao kajy fitsapana mitovy. Aorian'ny fanitsiana ny data, programamable roa-bit quantum silicone processeur.

Na dia mbola avo kokoa aza ny taham-pahadisoana noho ny amin'ny antsoina hoe fandrika ion (fitaovana mitahiry ireo poti-javatra voampanga toy ny ion, elektrôna, proton mandritra ny fotoana kelikely) na solosaina.  miorina amin'ny superconductors toy ny D-Wave, ny zava-bita dia mijanona ho miavaka satria ny mitoka-monina qubits amin'ny tabataba ivelany dia tena sarotra. Hitan'ny manam-pahaizana ny fahafahana manitatra sy manatsara ny rafitra. Ary ny fampiasana silisiôma, amin'ny lafiny ara-teknolojia sy ara-toekarena, dia manan-danja eto.

Na izany aza, ho an'ny mpikaroka maro, ny silisiôma dia tsy ny hoavin'ny computing quantum. Tamin'ny volana Desambra lasa teo, nipoitra ny vaovao fa nampiasa ytterbium ny injeniera avy amin'ny orinasa amerikana IonQ mba hamoronana solosaina quantum mamokatra indrindra eran-tany, ambony noho ny rafitra D-Wave sy IBM.

Ny vokatr'izany dia milina iray misy atoma iray ao anaty fandrika ion (4) dia mampiasa qubit data tokana ho an'ny fanodinana, ary ny qubits dia fehezina sy refesina amin'ny alàlan'ny pulse laser manokana. Ny solosaina dia manana fahatsiarovana afaka mitahiry angona 160 qubits. Izy io koa dia afaka manao kajy amin'ny 79 qubits miaraka.

4. Kisary fandrika ionQ ionQ

Ny mpahay siansa avy amin'ny IonQ dia nanao fitsapana mahazatra ny antsoina hoe Algorithm Bernstein-Waziraniego. Ny andraikitry ny milina dia ny maminavina isa eo anelanelan'ny 0 sy 1023. Ny solosaina mahazatra dia mila andrana iraika ambin'ny folo ho an'ny isa 10-bit. Ny solosaina quantum dia mampiasa fomba roa haminavina ny vokatra azo antoka 100%. Tamin'ny andrana voalohany, ny solosaina IonQ quantum dia maminavina ny salan'isa 73% amin'ireo isa nomena. Rehefa mihazakazaka ny algorithm amin'ny isa eo anelanelan'ny 1 sy 1023, ny solosaina mahazatra dia manana vintana 0,2% amin'ny fahombiazana, fa ny IonQ dia manana vintana 79% mahomby.

IonQ dia mino fa ny rafitra mifototra amin'ny fandrika ion dia ambony noho ny solosaina quantum silisiôma izay namboarin'i Google sy ny orinasa hafa. Ny matrix 79-qubit dia ambony noho ny processeur quantum Bristlecone an'ny Google amin'ny 7 qubits. Mahavariana ihany koa ny valin'ny IonQ raha ny momba ny fahamendrehan'ny rafitra. Araka ny filazan'ny mpamorona ny milina, ho an'ny qubit tokana dia mijanona amin'ny 99,97% izany, midika izany fa ny taham-pahadisoana dia 0,03%, raha ny vokatra tsara indrindra amin'ny fifaninanana dia eo amin'ny 0,5%. Tokony ho 99,3% ny taham-pahadisoana roa-bit ho an'ny fitaovana IonQ, raha latsaky ny 95% kosa ny ankamaroan'ny mpifaninana.

Tsara ny manampy izany, hoy ny mpikaroka Google, quantum supremacy - ny teboka izay ahafahan'ny ordinatera quantum mihoatra ny milina rehetra misy - dia efa azo tratrarina amin'ny ordinatera quantum 49-qubit, raha toa ka latsaky ny 0,5% ny tahan'ny fahadisoana amin'ny vavahady roa-qubit. Na izany aza, ny fomba fandrika ion amin'ny computing quantum dia mbola miatrika sakana lehibe horesena: ny fotoana famonoana miadana sy ny habeny lehibe, ary koa ny fahitsiana sy ny scalability ny teknolojia.

Toeram-piarovana fiarovana amin'ny ciphers efa rava sy ny vokany hafa

Tamin'ny Janoary 2019, tao amin'ny CES 2019, nanambara ny tale jeneralin'ny IBM Ginni Rometty fa efa nanolotra rafitra informatika mitambatra i IBM ho an'ny fampiasana ara-barotra. Computer quantum IBM5) dia hita ara-batana ao New York ho anisan'ny rafitra IBM Q System One. Amin'ny alàlan'ny Q Network sy Q Quantum Computational Center, afaka mampiasa mora foana ny rindrankajy Qiskit ny developer mba hanangonana algorithms quantum. Noho izany, ny herin'ny informatika an'ny solosaina IBM quantum dia azo alaina amin'ny serivisy informatika rahona, mirary vidiny.

D-Wave dia nanome serivisy toy izany nandritra ny fotoana ela, ary ireo mpilalao lehibe hafa (toa an'i Amazon) dia manomana tolotra rahona quantum mitovy. Nandeha lavitra kokoa i Microsoft tamin'ny fampidirana Q# fiteny fandaharana (voatonona toy) izay afaka mihazakazaka Visual Studio ary mandeha amin'ny solosaina finday. Ny mpandrindra dia manana fitaovana hamolavola ny algorithm quantum ary mamorona tetezana rindrambaiko eo anelanelan'ny informatika klasika sy quantum.

Na izany aza, ny fanontaniana dia hoe, inona no tena ilaina ny solosaina sy ny herin'ny informatika? Tao amin'ny fanadihadiana iray navoaka tamin'ny volana oktobra lasa teo tao amin'ny diary Science, ny mpahay siansa avy amin'ny IBM, ny Oniversiten'i Waterloo ary ny Oniversite Teknikan'i Munich dia nanandrana nanombantombana ny karazana olana izay toa mifanentana indrindra amin'ny solosaina quantum.

Araka ny fanadihadiana, ny fitaovana toy izany dia ho afaka hamaha sarotra Algebra linear sy olana momba ny fanatsarana. Toa manjavozavo izany, saingy mety misy ny fahafahana ho an'ny vahaolana mora kokoa sy mora kokoa amin'ny olana izay mitaky ezaka be, loharano ary fotoana, ary indraindray tsy takatry ny saintsika.

5. IBM Quantum Computer

Computing Quantum mahasoa diametrically manova ny sehatry ny cryptography. Noho izy ireo, ny kaody fanafenana dia mety ho tapaka haingana ary mety ho rava ny teknolojia blockchain. Ny fanafenana RSA izao dia toa fiarovana azo antoka sy tsy azo vakiana izay miaro ny ankamaroan'ny angona sy ny fifandraisana manerantany. Na izany aza, ny solosaina quantum matanjaka dia afaka mora foana crack RSA encryption miaraka amin'ny fanampian'ny Algorithm Shora.

Ahoana no hisorohana izany? Ny sasany dia manohana ny fampitomboana ny halavan'ny fanalahidin'ny fanafenana ho an'ny daholobe amin'ny habeny ilaina handresena ny decryption quantum. Araka ny filazan'ny hafa dia tokony hampiasaina irery izy io mba hiantohana ny fiarovana ny fifandraisana. Noho ny kriptografika quantum, ny hetsika fisakanana angon-drakitra mihitsy no hanimba azy, ary aorian'izay dia tsy afaka mahazo fampahalalana mahasoa avy amin'izany ilay olona manodinkodina ilay poti, ary hampitandremana ny mpandray azy momba ny fikasana hanafina.

Ny fampiharana mety amin'ny computing quantum dia voatonona matetika. fanadihadiana sy vinavina ara-toekarena. Miaraka amin'ny rafitra quantum, ny maodely saro-pady amin'ny fitondran-tenan'ny tsena dia azo itarina mba hampidirana fiovaovana maro kokoa noho ny teo aloha, mitarika amin'ny fitiliana sy vinavina marina kokoa. Amin'ny alàlan'ny fanodinana ireo varimbazaha an'arivony miaraka amin'ny ordinatera quantum, dia azo atao koa ny mampihena ny fotoana sy ny fandaniana ilaina amin'ny fampandrosoana. fanafody vaovao, vahaolana fitaterana sy lozisialy, rojo famatsiana, maodely toetrandroary koa amin'ny famahana olana maro hafa be pitsiny.

Lalàna marigold

Ny tontolon'ny ordinatera taloha dia nanana ny lalànan'i Moore, fa ny ordinatera quantum dia tsy maintsy tarihin'ilay antsoina hoe Lalàna marigold. Ny anarany dia avy amin'ny iray amin'ireo manam-pahaizana manokana momba ny quantum Google, Hartmut Nevena (6), izay milaza fa ny fandrosoana amin'ny teknôlôjian'ny computing quantum dia atao amin'izao fotoana izao avo roa heny ny tahan'ny exponential.

Midika izany fa raha tokony hampitombo avo roa heny ny vokatra amin'ny alàlan'ny famerimberenana nifanesy, toy ny tamin'ny ordinatera klasika sy ny Lalàn'i Moore, ny teknolojia quantum dia mampitombo ny vokatra haingana kokoa.

Ny manam-pahaizana dia maminavina ny fiandohan'ny fahamboniana quantum, izay azo adika tsy amin'ny fahambonian'ny ordinatera quantum amin'ny fomba mahazatra rehetra, fa koa amin'ny fomba hafa - toy ny fiandohan'ny vanim-potoanan'ny ordinatera quantum mahasoa. Izany dia hanokatra lalana ho an'ny fandrosoana amin'ny simia, astrofizika, fitsaboana, fiarovana, fifandraisana ary maro hafa.

Misy ihany koa anefa ny mihevitra fa tsy hisy mihitsy izany fahamboniana izany, fara faharatsiny, amin’ny hoavy. Ny dikan-teny malefaka kokoa amin'ny fisalasalana dia izany Ny solosaina quantum dia tsy manolo velively ny solosaina mahazatra satria tsy natao hanaovana izany. Tsy afaka manolo iPhone na PC amin'ny milina quantum ianao, toy ny tsy ahafahanao manolo kiraro tennis ... miaraka amin'ny mpitatitra fiaramanidina nokleary.. Ny solosaina mahazatra dia ahafahanao milalao lalao, mijery mailaka, mivezivezy amin'ny Internet ary mampandeha programa. Ny solosaina quantum dia manao simulation izay sarotra loatra amin'ny rafitra binary mandeha amin'ny bits solosaina. Raha lazaina amin'ny teny hafa, ny mpanjifa tsirairay dia saika tsy hahazo tombony amin'ny ordinaterany manokana, fa ny tena mpahazo tombontsoa amin'ny famoronana dia, ohatra, ny NASA na ny Massachusetts Institute of Technology.

Ny fotoana no hilaza hoe iza amin'ireo fomba no misy dikany kokoa - IBM na Google. Araka ny Lalàn'i Neven, volana vitsivitsy sisa dia ho hitantsika ny fihetsiketsehana feno momba ny fahambonian'ny quantum ataon'ny ekipa iray na hafa. Ary tsy izany intsony ny fahatsinjovana ny “folo taona manomboka izao, izany hoe iza no mahalala hoe rahoviana”.