Л. Федичкин, кандидат физико-математически науки (Физико-технически институт руска академиянауки.
Използвайки законите на квантовата механика, можете да създавате фундаментално нов тип изчислителни машини, което ще позволи решаването на някои задачи, които са недостъпни дори за най-мощните съвременни суперкомпютри. Скоростта на много сложни изчисления ще скочи до небето; съобщенията, изпратени по линиите на квантовата комуникация, не могат нито да бъдат прихванати, нито копирани. Вече са създадени прототипи на тези квантови компютри на бъдещето.
Американски математик и физик от унгарски произход Йохан фон Нойман (1903-1957).
Американският физик-теоретик Ричард Филипс Файнман (1918-1988).
Американският математик Питър Шор, експерт в областта на квантовите изчисления. Предложен алгоритъм за квантово бързо разлагане големи числа.
Квантов бит или кубит. Състоянията и съответстват например на посоката на въртене на атомното ядро нагоре или надолу.
Квантовият регистър е низ от квантови битове. Изпълнение на квантови порти с един или два кубита логически операциинад кубитите.
ВЪВЕДЕНИЕ ИЛИ МАЛКО ЗА ЗАЩИТАТА НА ИНФОРМАЦИЯТА
На коя програма мислиш, че е продадена в света най-голямото числолицензи? Няма да смея да настоявам, че знам правилния отговор, но определено знам един грешен: той е некойто и да е от Версии на Microsoft Windows. Най-често срещаната операционна система е изпреварена от скромен продукт от RSA Data Security, Inc. - програма, която реализира алгоритъм за криптиране с публичен ключ RSA, кръстен на своите автори - американските математици Ривест, Шамир и Аделман.
Факт е, че RSA алгоритъмвграден в повечето от продаваните операционни системи, както и в много други приложения, използвани в различни устройства- от смарт карти до мобилни телефони... По-специално, той присъства и в Microsoft Windows, което означава, че е известно, че е по-широк от този популярен операционна система... За откриване на следи от RSA, например, в браузър Internet Explorer(програма за разглеждане на www-страници в Интернет), просто отворете менюто Помощ, влезте в подменюто About Internet Explorer и прегледайте списък с използвани продукти на трети страни. Друг често срещан браузър, Netscape Navigator, също използва RSA алгоритъма. По принцип трудно се намира добре позната компанияработещи на терен висока технологиятова не би купило лиценз за тази програма. Днес RSA Data Security, Inc. вече е продала над 450 милиона (!) лиценза.
Защо алгоритъмът на RSA е толкова важен?
Представете си, че трябва бързо да обмените съобщение с човек, който е далеч. Благодарение на развитието на Интернет такъв обмен стана достъпен за повечето хора днес - просто трябва да имате компютър с модем или мрежова карта... Естествено, когато обменяте информация по мрежата, бихте искали да запазите съобщенията си в тайна от непознати. Въпреки това е невъзможно напълно да се защити разширена комуникационна линия от подслушване. Това означава, че при изпращане на съобщения те трябва да бъдат криптирани, а при получаване - декриптирани. Но как можете вие и вашият събеседник да се договорите кой ключ ще използвате? Ако изпратите ключа към шифъра през същата линия, тогава подслушващ нападател може лесно да го прихване. Можете, разбира се, да предадете ключа чрез друга комуникационна линия, например да го изпратите чрез телеграма. Но този метод обикновено е неудобен и освен това не винаги е надежден: може да се докосне и друга линия. Добре е, ако вие и вашият адресат сте знаели предварително, че ще обмените криптиране, и затова предварително прехвърлите ключовете един на друг. И какво да направите, например, ако искате да изпратите поверително офертавъзможен бизнес партньор или да купите продукт, който харесвате с кредитна карта в нов онлайн магазин?
През 70-те години на миналия век бяха предложени системи за криптиране за решаване на този проблем, като се използват два типа ключове за едно и също съобщение: отворен (не изисква секретност) и частен (силно секретен). Публичният ключ се използва за криптиране на съобщението, а частният ключ се използва за декриптирането му. Изпращате на кореспондента си публичен ключ и той криптира съобщението си с него. Всичко, което нападателят, който прихване публичен ключ, може да направи, е да шифрова писмото си и да го препрати на някого. Но той няма да може да дешифрира кореспонденцията. Ти знаеш частен ключ(първоначално се съхранява при вас), можете лесно да прочетете съобщението, адресирано до вас. За да шифровате съобщенията за отговор, ще използвате публичния ключ, изпратен от вашия кореспондент (и той запазва съответния частен ключ за себе си).
Това е криптографската схема, използвана в RSA, най-широко използвания метод за криптиране с публичен ключ. Освен това, за да се създаде двойка публичен и частен ключ, се използва следната важна хипотеза. Ако има две големи (изисква повече от сто десетични цифриза моя запис) просточисла M и K, тогава намирането на техния продукт N = MK няма да е трудно (за това дори не е необходимо да имате компютър: достатъчно точен и търпелив човек може да умножи такива числа с химикал и хартия). Но да се реши обратната задача, тоест да се знае голям брой N, разширете го в първични факториМ и К (т.нар проблем с факторизацията) - почти невъзможно! Именно с този проблем ще се сблъска нападател, който реши да „разбие“ алгоритъма на RSA и да прочете криптираната с него информация: за да разберете частния ключ, знаейки публичния, ще трябва да изчислите M или K.
За да се провери валидността на хипотезата за практическата сложност на разлагането на големи числа, се провеждат и все още се провеждат специални състезания. Разлагането само на 155-цифрено (512-битово) число се счита за запис. Изчисленията се извършват паралелно на много компютри в продължение на седем месеца през 1999 г. Ако тази задача беше изпълнена на един съвременен персонален компютър, това ще отнеме около 35 години компютърно време! Изчисленията показват, че с помощта на дори хиляди съвременни работни станции и най-добрите изчислителни алгоритми, известни днес, едно 250-цифрено число може да бъде разложено на множители за около 800 хиляди години, а 1000-цифрено - за 10 25 (!) години. (За сравнение, възрастта на Вселената е ~ 10 10 години.)
Следователно, криптографски алгоритми като RSA, работещи с достатъчно дълги ключове, се считат за напълно надеждни и се използват в много приложения. И всичко беше наред дотогава ... докато се появиха квантовите компютри.
Оказва се, че с помощта на законите на квантовата механика е възможно да се изградят компютри, за които проблемът с факторизацията (и много други!) няма да бъде труден. Смята се, че квантов компютър с само около 10 000 квантови бита памет е в състояние да разложи 1000-цифрено число в прости фактори само за няколко часа!
КАК ЗАПОЧНА ВСИЧКО?
Едва до средата на 90-те години теорията за квантовите компютри и квантовите изчисления се утвърдиха като нова зонанаука. Както често се случва с великите идеи, е трудно да се избере откривател. Очевидно унгарският математик И. фон Нойман е първият, който обръща внимание на възможността за развитие на квантовата логика. Но по това време все още не са създадени не само квантови, но и обикновени, класически компютри. И с появата на последното, основните усилия на учените се оказаха насочени предимно към намирането и разработването на нови елементи за тях (транзистори, а след това интегрални схеми), а не върху създаването на фундаментално различни изчислителни устройства.
През 60-те години на миналия век американският физик Р. Ландауер, който работи в корпорацията IBM, се опитва да насочи вниманието на научния свят към факта, че изчисленията винаги са сигурни физически процес, което означава, че е невъзможно да разберем границите на нашите изчислителни възможности, без да посочим на коя физическа реализация отговарят. За съжаление, по това време сред учените доминира възгледът за изчисленията като някаква абстрактна логическа процедура, която трябва да се изучава от математиците, а не от физиците.
С разпространението на компютрите квантовите учени стигнаха до заключението, че е практически невъзможно директно да се изчисли състоянието на развиваща се система, състояща се само от няколко десетки взаимодействащи частици, като например молекула на метан (CH 4). Това се обяснява с факта, че за пълно описание сложна системанеобходимо е да се съхранява в паметта на компютъра експоненциално голям (по отношение на броя на частиците) брой променливи, т. нар. квантови амплитуди. Възникна парадоксална ситуация: знаейки уравнението на еволюцията, знаейки с достатъчна точност всички потенциали на взаимодействие на частиците помежду си и първоначалното състояние на системата, практически е невъзможно да се изчисли нейното бъдеще, дори ако системата се състои само от 30 електрони в потенциална ямка и суперкомпютър с RAM, чийто брой битове е равен на броя на атомите във видимата област на Вселената (!). И в същото време, за да изучавате динамиката на такава система, можете просто да настроите експеримент с 30 електрона, като ги поставите в даден потенциал и начално състояние. Това, по-специално, привлече вниманието на руския математик Ю. И. Манин, който посочи през 1980 г. необходимостта от разработване на теория на квантовите изчислителни устройства. През 80-те години същият проблем е изследван от американския физик П. Бенев, който ясно показа, че една квантова система може да извършва изчисления, както и от английския учен Д. Дойч, който теоретично разработи универсален квантов компютър, превъзхождащ класическия аналог .
Нобеловият лауреат по физика Р. Файнман, който е добре познат на редовните читатели на Science and Life, привлече много внимание към проблема за разработването на квантови компютри. Благодарение на неговата авторитетна привлекателност броят на специалистите, които обърнаха внимание на квантовите изчисления, се е увеличил многократно.
Но все пак дълго времене беше ясно дали хипотетичната изчислителна мощ може да бъде използвана квантов компютърза ускоряване на решаването на практически проблеми. Но през 1994 г. П. Шор, американски математик и служител на Lucent Technologies (САЩ), изуми научния свят, като предложи квантов алгоритъм, който позволява бързо разлагане на големи числа (важността на този проблем вече беше обсъдена във въведението). В сравнение с най-добрия от класическите методи, известни до момента, квантовият алгоритъм на Шор дава многократно ускорение на изчисленията и колкото по-дълго е факторизираното число, толкова по-голямо е увеличението на скоростта. Алгоритъмът за бърза факторизация е от голям практически интерес за различни специални услуги, които са натрупали банки от некриптирани съобщения.
През 1996 г. колегата на Шор от Lucent Technologies Л. Гроувър предложи квантов алгоритъм бързо търсенев неподредена база данни. (Пример за такава база данни е телефонен указател, в който имената на абонатите са подредени не по азбучен, а по произволен начин.) Задачата за търсене, избор на оптимален елемент сред многобройните опции се среща много често в икономически, военни, инженерни задачи, v компютърни игри... Алгоритъмът на Grover позволява не само да се ускори процеса на търсене, но и да се удвои приблизително броя на параметрите, които се вземат предвид при избора на оптимума.
Истинското създаване на квантови компютри беше възпрепятствано по същество от единствения сериозен проблем - грешки или смущения. Факт е, че същото ниво на смущения разваля процеса на квантово изчисление много по-интензивно от класическото изчисление. Начините за решаване на този проблем са очертани през 1995 г. от П. Шор, който разработва схема за кодиране на квантови състояния и коригиране на грешки в тях. За съжаление, темата за корекцията на грешки в квантовите компютри е толкова важна, колкото и трудна за разглеждане в тази статия.
УСТРОЙСТВО НА КВАНТОВ КОМПЮТЪР
Преди да опишем как работи квантовият компютър, нека си припомним основните характеристики на квантовите системи (вж. също Наука и живот № 8, 1998; № 12, 2000).
Да разбирам законите квантов святне разчитайте директно на ежедневния опит. По обичайния начин(в ежедневния смисъл) квантовите частици се държат само ако постоянно ги „шпионираме“ или, по-строго казано, постоянно измерваме състоянието, в което се намират. Но щом се „отвърнем“ (престанем да наблюдаваме), квантовите частици веднага преминават от напълно определено състояние наведнъж в няколко различни ипостаси. Тоест, електрон (или всеки друг квантов обект) ще бъде разположен частично в една точка, частично в друга, частично в трета и т.н. Това не означава, че е разделен на резени, като портокал. Тогава човек може надеждно да изолира част от електрона и да измери неговия заряд или маса. Но опитът показва, че след измерване електронът винаги се оказва "в здрав и здрав" в една единствена точка, въпреки факта, че преди това е успял да посети почти навсякъде по едно и също време. Такова състояние на електрона, когато се намира едновременно в няколко точки от пространството, се нарича суперпозиция на квантови състоянияи обикновено се описват от вълновата функция, въведена през 1926 г. от немския физик Е. Шрьодингер. Големината на стойността на вълновата функция във всяка точка, на квадрат, определя вероятността за намиране на частица в тази точка в този момент... След измерване на позицията на частицата, нейната вълнова функция сякаш се свива (колапсира) до точката, където частицата е била открита, и след това отново започва да се разпространява. Свойството на квантовите частици да бъдат едновременно в много състояния, т.нар квантов паралелизъм, се използва успешно в квантовите изчисления.
Квантов бит
Основната клетка на квантовия компютър е квантов бит, или, накратко, кубит(q-бит). Това е квантова частица, която има две основни състояния, които са обозначени с 0 и 1, или, както е обичайно в квантовата механика, и. Две стойности на кубита могат да съответстват например на основното и възбуденото състояние на атома, посоките нагоре и надолу на спина на атомното ядро, посоката на тока в свръхпроводящия пръстен, две възможни позиции на електрон в полупроводника и др.
Квантов регистър
Квантовият регистър работи почти по същия начин като класическия. Това е низ от квантови битове, над които могат да се извършват едно- и двубитови логически операции (подобно на използването на операциите НЕ, 2И-НЕ и т.н. в класическия регистър).
Основните състояния на квантовия регистър, образуван от L кубити, включват, както в класическия, всички възможни поредици от нули и единици с дължина L. Може да има общо 2 L различни комбинации. Те могат да се разглеждат като записващи числа в двоична форма от 0 до 2 L -1 и да се обозначават. Тези основни състояния обаче не изчерпват всички възможни стойности на квантовия регистър (за разлика от класическия), тъй като има и суперпозиционни състояния, определени от сложни амплитуди, свързани с условието за нормализиране. Повечето от възможните стойности на квантовия регистър (с изключение на основните) просто нямат класически аналог. Състоянията на класическия регистър са само жалка сянка от цялото богатство от състояния на квантовия компютър.
Представете си, че регистърът е извършен външно влияниенапример електрически импулси се прилагат към част от пространството или се насочват лазерни лъчи. Ако е класически регистър, импулс, който може да се разглежда като изчислителна операция, ще промени L променливи. Ако това е квантов регистър, тогава същият импулс може едновременно да се трансформира в променливи. По този начин квантовият регистър по принцип е способен да обработва информация един път по-бързо от своя класически аналог. От това веднага става ясно, че малките квантови регистри (L<20) могут служить лишь для демонстрации отдельных узлов и принципов работы квантового компьютера, но не принесут большой практической пользы, так как не сумеют обогнать современные ЭВМ, а стоить будут заведомо дороже. В действительности квантовое ускорение обычно значительно меньше, чем приведенная грубая оценка сверху (это связано со сложностью получения большого количества амплитуд и считывания результата), поэтому практически полезный квантовый компьютер должен содержать тысячи кубитов. Но, с другой стороны, понятно, что для достижения действительного ускорения вычислений нет необходимости собирать миллионы квантовых битов. Компьютер с памятью, измеряемой всего лишь в килокубитах, будет в некоторых задачах несоизмеримо быстрее, чем классический суперкомпьютер с терабайтами памяти.
Трябва да се отбележи обаче, че има клас проблеми, за които квантовите алгоритми не осигуряват значително ускорение в сравнение с класическите. Един от първите, които показаха това, беше руският математик Ю. Ожигов, който построи редица примери за алгоритми, които по принцип не могат да бъдат ускорени с един часовник на квантов компютър.
Независимо от това, няма съмнение, че компютрите, работещи по законите на квантовата механика, са нов и решаващ етап в еволюцията на изчислителните системи. Остава само да ги изградим.
КВАНТОВИТЕ КОМПЮТРИ ДНЕС
Прототипи на квантовите компютри съществуват днес. Вярно е, че досега експериментално е възможно да се съберат само малки регистри, състоящи се само от няколко квантови бита. Например наскоро група, ръководена от американския физик И. Чанг (IBM), обяви сглобяването на 5-битов квантов компютър. Това несъмнено е голям успех. За съжаление, съществуващите квантови системи все още не са в състояние да осигурят надеждни изчисления, тъй като са или недостатъчно контролирани, или много податливи на шум. Въпреки това, няма физически ограничения за изграждането на ефективен квантов компютър, необходимо е само да се преодолеят технологичните трудности.
Има няколко идеи и предложения как да направите надеждни и лесно управляеми квантови битове.
И. Чанг развива идеята за използване на завъртанията на ядрата на някои органични молекули като кубити.
Руският изследовател М.В. LD Landau RAS, предлага да се съберат квантови регистри от миниатюрни свръхпроводящи пръстени. Всеки пръстен играе ролята на кубит, а състоянията 0 и 1 съответстват на посоката на електрическия ток в пръстена - по часовниковата стрелка и обратно на часовниковата стрелка. Такива кубити могат да се превключват с помощта на магнитно поле.
Във Физико-технологичния институт на Руската академия на науките група, ръководена от акад. К. А. Валиев, предложи два варианта за поставяне на кубити в полупроводникови структури. В първия случай ролята на кубит се играе от електрон в система от две потенциални ямки, създадени от напрежение, приложено към мини електроди върху повърхността на полупроводника. Състояния 0 и 1 са позициите на електрон в една от тези ямки. Кубитът се превключва чрез промяна на напрежението на един от електродите. В друг вариант кубитът е ядрото на фосфорен атом, вмъкнат в определена точка в полупроводника. Състояния 0 и 1 са посоките на ядрения спин по или срещу външното магнитно поле. Управлението се осъществява чрез комбинирано действие на магнитни импулси с резонансна честота и импулси на напрежение.
Така активно се провеждат изследвания и може да се предположи, че в много близко бъдеще – след десет години – ще бъде създаден ефективен квантов компютър.
ПОГЛЕД В БЪДЕЩЕТО
По този начин е напълно възможно в бъдеще квантовите компютри да се произвеждат по традиционните методи на микроелектронната технология и да съдържат много управляващи електроди, наподобяващи съвременен микропроцесор. За да се намали нивото на шума, което е критично за нормалната работа на квантовия компютър, първите модели най-вероятно ще трябва да се охлаждат с течен хелий. Първите квантови компютри вероятно ще бъдат обемисти и скъпи устройства, които не могат да се поберат на бюрото и са поддържани от голям персонал от системни програмисти и хардуерни регулатори в бели престилки. Първо, достъп до тях ще получат само държавни агенции, след това богати търговски организации. Но ерата на конвенционалните компютри започва почти по същия начин.
И какво ще стане с класическите компютри? Ще умрат ли? Малко вероятно. Както класическите, така и квантовите компютри имат свои собствени области на приложение. Въпреки че по всяка вероятност съотношението на пазара все пак постепенно ще се измести към последното.
Въвеждането на квантовите компютри няма да доведе до решаване на принципно нерешими класически проблеми, а само ще ускори някои изчисления. Освен това ще стане възможна квантовата комуникация – предаването на кубити на разстояние, което ще доведе до появата на своеобразен квантов интернет. Квантовата комуникация ще осигури защитена (по законите на квантовата механика) от подслушване връзка на всеки един с друг. Вашата информация, съхранявана в квантовите бази данни, ще бъде по-сигурна от копиране, отколкото сега. Фирмите, произвеждащи програми за квантови компютри, ще могат да ги защитят от всяко, включително незаконно, копиране.
За по-задълбочено разбиране на тази тема можете да прочетете обзорната статия на Е. Рифел, В. Полак „Основи на квантовите изчисления“, публикувана в списанието „Квантни компютри и квантови изчисления“, публикувано в Русия (№ 1, 2000 г.) . (Между другото, това е първото и засега единственото списание в света, посветено на квантовите изчисления. Допълнителна информация за него можете да намерите в Интернет на адрес http://rcd.ru/qc.). След като овладеете тази работа, ще можете да четете научни статии за квантовите изчисления.
Малко повече предварителна математическа подготовка ще се изисква при четене на книгата на А. Китаев, А. Шен, М. Вяли "Класически и квантови изчисления" (Москва: МЦНМО-ЧеРо, 1999).
Редица фундаментални аспекти на квантовата механика, които са от съществено значение за квантовите изчисления, са разгледани в книгата на В. В. Белокуров, О. Д. Тимофеевская, О. А. Хрусталев „Квантовата телепортация е обикновено чудо“ (Ижевск: РХД, 2000).
Издателство РХД се готви да издаде под формата на отделна книга превода на рецензията на А. Стин, посветена на квантовите компютри.
Следната литература ще бъде полезна не само познавателно, но и исторически:
1) Ю. И. Манин. Изчислимо и неизчислимо.
М.: Сов. радио, 1980 г.
2) И. фон Нойман. Математически основи на квантовата механика.
Москва: Наука, 1964.
3) Р. Файнман. Симулация на физика на компютри // Квантов компютър и квантово изчисление:
сб. в 2 тома - Ижевск: РХД, 1999. Т. 2, с. 96-123.
4) Р. Файнман. Квантови механични компютри
// Пак там, стр. 123.-156.
Вижте въпроса на същата тема
Още един здравей на всички читатели на моя блог! Вчера няколко истории за "квантов" компютър се промъкнаха отново в новините. От училищния курс по физика знаем, че квантът е определена идентична порция енергия, има и фразата „квантов скок“, тоест моментален преход от определено енергийно ниво към още по-високо ниво.. Нека разберем заедно. какво е квантов компютър и какво очакваме всички, когато се появи тази чудо-машина
За първи път се заинтересувах от тази тема, докато гледах филми за Едуард Сноудън. Както знаете, този американски гражданин събра няколко терабайта поверителна информация (компрометиращи доказателства) за дейността на специалните служби на САЩ, криптира я добре и я публикува в Интернет. „Ако, каза той, нещо се случи с мен, информацията ще бъде декриптирана и по този начин ще бъде предоставена на всички.
Изчислението беше, че тази "гореща" информация ще бъде актуална още десет години. И може да се дешифрира със съвременна изчислителна мощност не по-малко от десет или повече години. Квантовият компютър, както се очаква от разработчиците, ще се справи с тази задача за двадесет и пет минути .. Криптографите са в паника. Ето един "квантов" скок пред нас, приятели.
Как работи квантовият компютър за манекени
Тъй като вече започнахме да говорим за квантовата физика, нека поговорим малко за нея. Няма да се ровя в джунглата приятели. Аз съм чайник, а не квантов физик. Айнщайн публикува своята теория на относителността преди сто години. Всички умни хора от онова време бяха изумени колко много парадокси и невероятни неща има. И така, всички пародокси на Айнщайн, описващи законите на нашия свят, са просто невинно бърборене на петгодишно дете в сравнение с това, което се случва на ниво атоми и молекули.
Самите „квантови физици“, описвайки явленията, протичащи на нивата на електроните и молекулите, казват нещо подобно: „Това е невероятно. Не може да бъде. Но е така. Не ни питайте как работи всичко. Не знаем как и защо. Ние просто гледаме. Но работи. Това е доказано експериментално. Ето формулите, зависимостите и бележките за експеримента."
И така, каква е разликата между конвенционален и квантов компютър? Все пак обикновен компютър също работи на електричество, а електричеството е куп от много малки частици - електрони?
Нашите компютри работят с вас на принципа „Да“ или „Не“. Ако има ток в проводника, това е "Да" или "Едно". Ако токът в проводника е "Не", тогава той е "Нула". Вариант на стойността "1" и "0" е единица за съхранение на информация, наречена "Бит" .. Един байт е 8 бита и така нататък и така нататък ...
Сега си представете вашия процесор, който има 800 милиона от тези "проводници", на всеки от които се появява такава "нула" или "единица" и изчезва за секунда. И можете мислено да си представите как той обработва информацията. Сега четете текста, но всъщност той е сбор от нули и единици.
Чрез търсене и изчисляване вашият компютър обработва вашите заявки в Yandex, търси необходимите, докато не реши проблема и чрез елиминиране стига до дъното на този, от който се нуждаете. Показва шрифтове, картинки на монитора в четим за нас вид... Досега, надявам се нищо сложно? И картината също е нули и единици.
Представете си сега приятели за секунда модел на нашата слънчева система. Слънцето е в центъра, Земята лети около него. Знаем, че в определен момент той винаги се намира в определена точка от пространството и след секунда вече ще прелети тридесет километра по-нататък.
И така, моделът на атома е същият планетарен, където атомът също се върти около ядрото. Но е ДОКАЗАНО, приятели, от умници с очила, че атомът, за разлика от Земята, е едновременно и винаги на всички места.. Навсякъде и никъде едновременно. И те нарекоха това забележително явление „суперпозиция“. За да научите повече за други явления на квантовата физика, предлагам да гледате научнопопулярен филм, който разказва на прост език за сложното и в доста оригинална форма.
Нека продължим. И сега квантов ритъм идва да замени "нашия" бит. Нарича се още "Qubit". Той има същите само две начални състояния "нула" и "едно". Но тъй като природата му е "квантова", тя може ЕДНОВРЕМЕННО да приема всички възможни междинни стойности. И в същото време бъдете в тях. Сега стойностите не е необходимо да се изчисляват последователно, да се повтарят през .., дълго търсене в базата данни. Те вече са известни предварително, веднага. Изчисленията се извършват паралелно.
Първите "квантови" алгоритми за математически изчисления са изобретени от английския математик Питър Шор през 1997 г. Когато ги показа на света, целият ransomware се напрегна, тъй като съществуващите шифри биват „разбити“ от този алгоритъм за няколко минути.. Но тогава нямаше компютри, работещи по квантовия алгоритъм.
Оттогава, от една страна, се работи по създаването на физическа система, в която да работи квантов бит. Тоест "желязо". От друга страна, те вече измислят защита срещу квантово хакване и декриптиране на данни.
Сега какво? И ето как изглежда квантовият процесор под 9-кубитов микроскоп от Google.
Изпревариха ли ни? 9 кубита или "старите" 15 бита, това все още не е толкова. Плюс високата цена, много технически проблеми и кратък "живот" на квантите. Но не забравяйте, че в началото имаше 8-битови процесори, след това се появиха 16-битови процесори ... Така ще бъде и с тези ...
Квантов компютър в Русия - мит или реалност?
И какво сме ние? И ние не сме родени зад печката. Ето снимка на първия руски Кубит под микроскоп. Тук той наистина е сам. 
Също така изглежда като един вид "примка", в която се случва нещо за нас, което все още не е познато. Приятно е да си помислим дали нашите, с подкрепата на държавата, развиват свои. Така че вътрешните разработки вече не са мит. Това е нашето бъдеще. Какво ще бъде, ще видим.
Последни новини за руския 51-кубитов квантов компютър
Ето новините това лято. Нашите чичовци (чест и хвала за тях!) Разработиха най-мощния (!) квантов (!) компютър в света 51 кубита (!) T. Най-интересното е, че преди това Google обяви своя 49-кубитов компютър. И според техните оценки трябваше да го завършат за около месец. И нашите решиха да покажат готов, техен квантов процесор за 51 кубита.. Браво! Това е състезанието. Трябва поне да продължим. Защото се очаква голям пробив в науката, когато тези системи работят. Ето снимка на човек, който представи нашето развитие на "квантовия" международен форум.
Фамилията на този учен е Михаил Лукин. Днес името му е в светлината на прожекторите. Невъзможно е да се създаде такъв проект сам, ние го разбираме. Той и неговият екип създадоха най-мощния квантов компютър или процесор в света (!). Ето какво трябва да кажат компетентните лица по въпроса:
« Работещият квантов компютър е много по-ужасен от атомна бомба, - отбелязва съоснователят на руския квантов център Сергей Белоусов. - Той (Михаил Лукин) направи система с най-много кубити. За всеки случай. В този момент мисля, че това е повече от два пъти повече кубити от всеки друг. И той нарочно направи 51 кубита, а не 49. Защото Google непрекъснато казваше, че ще направят 49.
Самият Лукин и ръководителят на квантовата лаборатория в Google Джон Мартинес обаче не се смятат за конкуренти или съперници. Учените са убедени, че природата е техният основен съперник, а основната цел е развитието на технологиите и тяхното внедряване, за да изведе човечеството на нов етап на развитие.
„Погрешно е да се мисли за това като състезание“, правилно казва Джон Мартинес. - Имаме истинска надпревара с природата. Защото е наистина трудно да се създаде квантов компютър. И е просто вълнуващо, че някой успя да създаде система с толкова много кубити. Досега 22 кубита е максимумът, който можем да направим. Въпреки че използвахме цялата си магия и професионализъм."
Да, всичко това е много интересно. Ако си спомним аналогията, когато транзисторът беше изобретен, никой не можеше да знае, че компютрите ще работят по тази технология след 70 години. Само в модерен процесор техният брой достига 700 милиона... Първият компютър тежеше много тонове и заемаше големи площи. Но персоналните компютри се появиха така или иначе - много по-късно ...
Мисля, че в близко бъдеще не трябва да чакаме устройства от този клас да се появят в нашите магазини. Мнозина ги чакат. Особено миньорите на криптовалута спорят много за това. Учените го гледат с надежда, а военните го наблюдават с голямо внимание. Потенциалът на това развитие, както го разбираме, не е напълно ясен.
Ясно е само, че когато всичко заработи, ще повлече напред цялата наукоемка индустрия.Постепенно ще се появят нови технологии, нови индустрии, нов софтуер.. Времето ще покаже. Само ако хората не подведоха собствения си квантов компютър, даден ни при раждането - това е нашата глава. Така че, все още не бързайте да изхвърляте джаджите си в кошчето. Те ще ви служат дълго време. Пишете дали статията е била интересна. Връщайте се по-често. Довиждане!
Квантовите компютри обещават на света огромна скорост на обработка на данни, но дори и най-простото "некласическо" копие не е толкова лесно за разработване. Учените от Йейл направиха още една крачка към бъдещето: успяха да създадат двукубитов твърд квантов процесор и да покажат, че е способен да работи с най-простите квантови алгоритми.
Квантовите свойства на частиците позволяват да се постигнат впечатляващи резултати, но е трудно да се създаде квантов аналог на силициевите устройства от конвенционални материали.
Нека обясним. В класическите компютри информацията е криптирана като 0 и 1 (да/не, вкл./изкл.). Всеки бит памет може да приеме една от тези две стойности. Комбинация от два бита може да приеме четири стойности 00, 11, 01 или 10.
В случай на квантови битове (кубити), поради принципа на квантовата суперпозиция, една клетка може да съдържа както 0, така и 1, както и тяхната комбинация (00, 11, 01 и 10 едновременно) (говорихме за това по-подробно и). Именно поради тази причина квантовите системи могат да работят по-бързо и с големи количества информация.
В допълнение, кубитите могат да бъдат заплетени: когато квантовото състояние на един кубит може да бъде описано само във връзка със състоянието на друг (в твърдотелни системи квантовото заплитане за първи път е реализирано в диамант). Това свойство на квантовите системи се използва за обработка на информация.
Физиците, ръководени от Леонардо ДиКарло от Йейлския център за квантова и информационна физика, създадоха за първи път квантов твърд процесор.
И накрая, квантовите процесори започнаха да приличат на обикновени компютърни чипове (снимка на Блейк Джонсън/Йейлския университет).
Преди това за извършване на операции с кубити е било необходимо да се използват лазери, ядрено-магнитен резонанс и йонни капани, пишат авторите в статията си, публикувана в списание Nature (неговият препринт може да бъде намерен и на arXiv.org).
Но за да се доближи появата на истински квантов компютър, е необходимо да се създаде машина, която да е по-проста и по-малко чувствителна към колебанията във външните условия. Това означава, че е желателно да се създаде една от основните работни части (процесор) от класически твърди материали.
Дикарло и неговите колеги направиха точно това. Те изградиха устройство, което работи с два трансмон кубита. Transmon са два фрагмента от свръхпроводник, свързани с тунелни контакти.
В този случай процесорът е филм от свръхпроводящ материал (съдържа ниобий), отложен върху корунд (алуминиев оксид) субстрат. На повърхността са гравирани канали, токът може да тунелира през тях (отново поради квантови ефекти).
Два такива кубита (представляващи милиарди алуминиеви атоми в едно и също квантово състояние и действащи като едно цяло) в новия чип са разделени от кухина, която е вид "квантова шина".
„Предишните ни експерименти показаха, че два изкуствени атома могат да бъдат свързани чрез резонансна шина, която е микровълнов предавател“, казва съавторът Робърт Шоелкопф.
Това, което е много важно - за да създадат процесор, учените са използвали стандартна технология, използвана в съвременната индустрия.
Единственият недостатък на новия чип е ниската работна температура. Устройството трябва да бъде охладено, за да се поддържа свръхпроводимост. Това се прави от специална система, която поддържа температурата около нея малко над абсолютната нула (от порядъка на няколко хилядна от Келвин).
Диаграма на двукубитово устройство от Yale, насложена върху снимка на процесора. Страничните ленти по-долу показват трансмон (илюстрация Nature).
Тези кубити могат да бъдат в състояние на квантово заплитане (което се постига с помощта на микровълни с определена честота). Колко дълго продължава това състояние се определя от импулса на напрежението.
Учените са постигнали продължителност на запазване от една микросекунда (в някои случаи дори три микросекунди), което все още е границата. Но само преди десет години тази стойност не надвишава една наносекунда, тоест беше хиляда пъти по-малка.
Имайте предвид, че колкото по-дълго трае заплитането, толкова по-добре за квантов компютър, тъй като „дългите“ кубити могат да решат по-сложни проблеми.
В този случай процесорът е използвал алгоритъма на Grover и алгоритъма на Deutsch-Jozsa, за да изпълни две различни задачи. Процесорът е дал правилния отговор 80% от времето (използвайки първия алгоритъм) и 90% от времето (с втори алгоритъм).
Между другото, отчитането на резултата (състоянието на кубитите) също става с помощта на микровълни: ако честотата на трептене съответства на тази, която присъства в кухината, тогава сигналът преминава през нея.
„Резонансната честота на кухината зависи от състоянието на кубита. Ако предадената радиация преминава, това означава, че е в „правилно“ състояние“, казва Дикарло.
Тази работа на физици от Йейл (както и учени от канадските университети Ватерло и Шербрук и Техническия университет във Виена) несъмнено е уникална, но използваната технология за отчитане може да се изпомпва в по-сложни системи с голям брой кубити.
Дикарло вярва, че 3-4-кубитов процесор (базиран на тази разработка) ще бъде създаден в близко бъдеще, но за да се направи следващата стъпка (да се доведе броят на кубитите до 10), е необходимо да се направи еднакво значителен пробив.
„Нашият процесор може да изпълнява само няколко прости операции досега. Но той има едно важно предимство - той е напълно електронен и много повече прилича на конвенционален микропроцесор от всички предишни разработки “, казва университетът Schölkopf в съобщение за пресата.
Джорди Роуз, главен технологичен директор в D-Wave Systems, показва най-новия квантов компютър, създаден в неговата компания (снимка на NY Times).
Не е ясно само как новото постижение е свързано с продуктите на компанията.
Квантовият компютър не е просто компютър от следващо поколение, той е много повече. Не само от гледна точка на използването на най-новите технологии, но и от гледна точка на нейните неограничени, невероятни, фантастични възможности, които могат не само да променят човешкия свят, но дори... да създадат различна реалност.
Както знаете, съвременните компютри използват памет, представена в двоичен код: 0 и 1. Точно както в морзовата азбука - точка и надпис. С помощта на два знака можете да шифровате всяка информация, като променяте техните комбинации.
Има милиарди от тези битове в паметта на съвременния компютър. Но всеки от тях може да бъде в едно от двете състояния - или нула, или едно. Като електрическа крушка: включена или изключена.
Квантовият бит (кубит) е най-малкият елемент за съхранение на информация в компютър на бъдещето. Единица информация в квантовия компютър вече може да бъде не само нула или единица, но и двете едновременно.
Една клетка извършва две действия, две до четири, четири до шестнадесет и т. н. Ето защо квантовите системи могат да работят два пъти по-бързо и с големи количества информация от съвременните.
За първи път кубит (Q-bit) беше "измерен" от учени от Руския квантов център (RQC) и Лабораторията по свръхпроводящи метаматериали.
От техническа страна, кубитът е метален пръстен с разрези с диаметър няколко микрона, отложен върху полупроводник. Пръстенът се охлажда до свръхниски температури, за да се превърне в свръхпроводник. Приемаме, че токът, протичащ през пръстена, върви по посока на часовниковата стрелка - това е 1. Срещу - 0. Тоест има две нормални състояния.
Микровълновата радиация беше пропусната през пръстена. На изхода от пръстена на това излъчване се измерва фазовото изместване на тока. Оказа се, че цялата тази система може да бъде в две основни, и смесено състояние: и двете едновременно !!!В науката това се нарича принцип на суперпозиция.
Експеримент на руски учени (подобен беше проведен от учени от други страни) доказа, че кубитът има право на живот. Създаването на кубит доведе до идеята и доближи учените до мечтата за създаване на оптичен квантов компютър. Остава само да го проектирате и създадете. Но не всичко е толкова просто...
Трудности, проблеми при създаването на квантов компютър
Ако се изисква, например, да се изчислят милиард варианта в съвременен компютър, тогава той трябва да "превърта" милиард такива цикли. Има фундаментална разлика в квантовия компютър, той може да изчисли всички тези опции едновременно.
Един от основните принципи, на които ще работи квантовият компютър, е принципът на суперпозицията и той не може да се нарече по друг начин освен магия!
Това означава, че един и същ човек може да бъде на различни места по едно и също време. Физиците се шегуват: "Ако не сте шокирани от квантовата теория, значи не сте я разбрали."
Външният вид на квантовите компютри, които се създават сега, е поразително различен от класическите. Изглеждат като ... лунен апарат:
Подобен дизайн, състоящ се от медни и златни части, охладителни намотки и други характерни детайли, разбира се, не подхожда на неговите създатели. Една от основните задачи на учените е да го направят компактен и евтин. За да се случи това, трябва да се решат няколко проблема.
Проблем първи - нестабилност на суперпозиции
Всички тези квантови суперпозиции са много деликатни. Веднага щом започнете да ги гледате, веднага щом започнат да взаимодействат с други обекти, те незабавно се унищожават. Те стават сякаш класически. Това е един от най-важните проблеми при изграждането на квантов компютър.
Вторият проблем - необходимо е силно охлаждане
Второто препятствие е да се постигне стабилна работа на квантов компютър. във формата, която имаме днес, се нуждае от силно охлаждане. Силно е създаването на оборудване, в което температурата се поддържа близо до абсолютната нула - минус 273 градуса по Целзий! Ето защо сега прототипите на такива компютри, с техните криогенно-вакуумни инсталации, изглеждат много тромави:
Учените обаче са уверени, че скоро всички технически проблеми ще бъдат решени и един ден квантовите компютри с огромна изчислителна мощност ще заменят съвременните.
Някои технически решения при решаване на проблеми
Към днешна дата учените са открили редица значими решения на горните проблеми. Тези технологични открития, резултат от сложна и понякога продължителна, упорита работа на учените, заслужават всяко уважение.
Най-добрият начин за усъвършенстване на кубит ... диаманти
Всичко е много подобно на известната песен за момичета и диаманти. Основното нещо, върху което учените работят сега, е да се повиши живот qubit, както и да "накарат" квантов компютър да работи при нормални температури... Да, диамантите са необходими за комуникация между квантовите компютри! За всичко това беше необходимо да се създадат и използват изкуствени диаманти със супер висока прозрачност. С тяхна помощ те успяха да удължат живота на кубит до две секунди. Тези скромни постижения - две секунди от живота на кубита и компютър, работещ при стайна температура - всъщност са революция в науката.
Същността на експеримента на френския учен Серж Арош се основава на факта, че той успя да покаже на целия свят, че светлината (квантов поток от фотони), преминаваща между две специално създадени огледала, не губи своето квантово състояние.
Като принуди светлината да пътува 40 000 км между тези огледала, той определи, че всичко се случва без загуба на квантово състояние. Светлината се състои от фотони и досега никой не можеше да разбере дали те губят своето квантово състояние, когато изминат определено разстояние. Нобеловият лауреат Серж Арош: „ Един фотон е на няколко места едновременно, успяхме да го поправим." Всъщност това е принципът на суперпозицията... „В нашия голям свят това е невъзможно. А в микросвета има различни закони“, казва Арош.
Вътре в кухината имаше класически атоми, които можеха да бъдат измерени. От поведението на атомите физикът се е научил да идентифицира и измерва неуловимите квантови частици. Преди експериментите на Арош се смяташе, че наблюдението на квантите е невъзможно. След експеримента започнаха да говорят за завладяването на фотоните, т.е относно наближаването на ерата на квантовите компютри.
Защо много хора с нетърпение очакват създаването на пълноценен квантов генератор, докато други се страхуват от него
Квантовият компютър ще даде на човечеството големи възможности
Един квантов компютър ще отвори безкрайни възможности за човечеството. Например, това ще помогне за създаването на изкуствен ум, за който писателите на научна фантастика се бълнуват толкова дълго. Или симулирайте Вселената. Изцяло. Според най-консервативните прогнози това ще позволи да се погледне отвъд възможното. Нека си представим свят, в който можете да моделирате абсолютно всичко, което искате: да проектирате молекула, свръхздрав метал, бързо разлагаща се пластмаса, да измислите лек за нелечими болести. Машината ще симулира целия ни свят, като цяло, до последния атом. Можете дори да симулирате друг свят, дори виртуален.
Квантовият компютър може да се превърне в инструмент на Апокалипсиса
Много хора, схващайки същността на квантовата технология, се страхуват от нея по различни причини. Компютъризацията и всички близко-компютърни технологии плашат лаика вече. Достатъчно е да си припомним скандалите за това как специалните служби, използвайки вградени програми в персонални компютри и дори домакински уреди, организират наблюдение и събиране на данни за своите потребители. Например в много страни добре познатите очила са забранени – все пак те са идеално средство за скрито снимане и проследяване. Вече със сигурност всеки жител на която и да е страна и още повече потребител в Интернет е въведен в някаква база данни. Освен това, и съвсем реалистично, определени услуги могат да изчислят всяко негово действие в интернет.
Но няма да има тайни за квантовите компютри!Нито едно. Цялата компютърна сигурност се основава на много дълги номера на пароли. На един обикновен компютър ще му трябват милион години, за да намери ключа към кода. Но с помощта на квантов всеки може да го направи мигновено. Оказва се, че светът ще стане напълно опасен: в края на краищата в съвременния свят всичко се контролира от компютри: банкови преводи, полети на самолети, борси, ядрени ракети! Така се оказва: този, който притежава информацията, притежава света. Който е първият е един и бог. Квантовият компютър ще стане по-силен от всеки комплекс от оръжия... На Земята може да започне (или вече е започнала) нова надпревара във въоръжаването, само че сега, не ядрено, а компютърно.
Дай Боже да се измъкнем безопасно от него...
За квантовите изчисления, поне на теория, се говори от десетилетия. Съвременните типове машини, които използват некласическа механика за обработка на потенциално немислими количества данни, са големи пробиви. Според разработчиците тяхното изпълнение се оказа може би най-сложната технология, създавана някога. Квантовите процесори работят на нива на материя, които човечеството е знаело само преди около 100 години. Потенциалът за такива изчисления е огромен. Използването на странните свойства на квантите ще ускори изчисленията, така че много проблеми, които в момента са извън силата на класическите компютри, ще бъдат решени. И не само в областта на химията и материалознанието. Уолстрийт също проявява интерес.
Инвестиране в бъдещето
CME Group инвестира в базираната във Ванкувър 1QB Information Technologies Inc., която разработва софтуер за квантови процесори. Според инвеститорите подобни изчисления вероятно ще окажат най-голямо въздействие върху индустриите, които работят с големи количества данни, чувствителни към времето. Финансовите институции са пример за такива потребители. Goldman Sachs инвестира в D-Wave Systems, а In-Q-Tel се финансира от ЦРУ. Първият произвежда машини, които извършват това, което се нарича "квантово отгряване", тоест решават оптимизационни проблеми на ниско ниво с помощта на квантов процесор. Intel също инвестира в тази технология, въпреки че смята внедряването й за въпрос на бъдещето.
Защо е необходимо това?
Причината квантовите изчисления да са толкова вълнуващи се крие в перфектната му комбинация с машинно обучение. В момента това е основното приложение за подобни изчисления. Част от самата идея на квантовия компютър е използването на физическо устройство за намиране на решения. Понякога тази концепция се обяснява с примера на играта Angry Birds. Процесорът на таблета използва математически уравнения, за да симулира гравитацията и взаимодействието на сблъскващи се обекти. Квантовите процесори обръщат този подход с главата надолу. Пускат няколко птици и гледат какво се случва. Птиците се записват в микрочипа, хвърлят се, каква е оптималната траектория? След това се проверяват всички възможни решения или поне много голяма комбинация от тях и се дава отговорът. В квантов компютър, а не в математик, законите на физиката работят вместо това.
Как работи?
Основните градивни елементи на нашия свят са квантовата механика. Ако погледнете молекулите, причината, поради която те се образуват и остават стабилни, е взаимодействието на техните електронни орбитали. Всички квантовомеханични изчисления се съдържат във всеки от тях. Техният брой нараства експоненциално с броя на симулираните електрони. Например за 50 електрона има 2 възможности на 50-та степен. Това е феноменално, така че днес не може да се изчисли. Свързването на теорията на информацията с физиката може да посочи пътя към решаването на подобни проблеми. 50-кубитов компютър може да го направи.
Зората на нова ера
Според Ландън Даунс, президент и съосновател на 1QBit, квантовият процесор е способността да се използва изчислителната мощност на субатомния свят, което е от съществено значение за производството на нови материали или създаването на нови лекарства. Осъществява се преход от парадигма на откритията към нова ера на дизайна. Например, квантовите изчисления могат да се използват за моделиране на катализатори, които извличат въглерод и азот от атмосферата и по този начин помагат за спиране на глобалното затопляне.
В челните редици на прогреса
Технологичната общност е изключително развълнувана и заета. Екипи по целия свят в стартиращи фирми, корпорации, университети и правителствени лаборатории се надпреварват да изградят машини, които използват различни подходи към обработката на квантовата информация. Свръхпроводящи кубити чипове и уловени йонни кубити са създадени от изследователи от Университета на Мериленд и Националния институт за стандарти и технологии на САЩ. Microsoft разработва топологичен подход, наречен Station Q, който има за цел да използва неабелов анион, за който все още не е категорично доказано, че съществува.
Годината на вероятния пробив
И това е само началото. Към края на май 2017 г. броят на процесорите от квантов тип, които определено могат да направят нещо по-бързо или по-добро от класическия компютър, е нула. Подобно събитие ще установи "квантово надмощие", но все още не се е случило. Въпреки че е вероятно това да се случи тази година. Повечето запознати казват, че безспорният фаворит е групата на Google, ръководена от професора по физика в Калифорнийския университет в Санта Барбара Джон Мартини. Целта му е да постигне изчислително превъзходство с 49-кубитов процесор. До края на май 2017 г. екипът успешно тества 22-кубитовия чип като междинна стъпка към разглобяването на класически суперкомпютър.
Как започна всичко?
Идеята за използване на квантовата механика за обработка на информация съществува от десетилетия. Едно от ключовите събития се случи през 1981 г., когато IBM и MIT бяха съвместно домакини на конференция по физика на изчисленията. Известният физик предложи изграждането на квантов компютър. Според него за моделиране трябва да се използват средствата на квантовата механика. И това е страхотна задача, защото не изглежда толкова лесна. В квантовия процесор принципът на действие се основава на няколко странни свойства на атомите – наслагване и заплитане. Една частица може да бъде в две състояния едновременно. При измерване обаче ще се появи само в един от тях. И е невъзможно да се предвиди кой, освен от гледна точка на теорията на вероятностите. Този ефект е в основата на мисловния експеримент с котката на Шрьодингер, която е едновременно жива и мъртва в кутия, докато наблюдателят се промъкне в нея. Нищо в ежедневието не работи по този начин. Въпреки това около 1 милион експеримента, проведени от началото на 20-ти век, показват, че суперпозицията съществува. И следващата стъпка е да разберете как да използвате тази концепция.
Квантов процесор: длъжностна характеристика
Класическите битове могат да приемат стойност 0 или 1. Ако прехвърлите техния низ през "логическите порти" (И, ИЛИ, НЕ и т.н.), можете да умножавате числа, да рисувате изображения и т.н. Кубитът може да приеме стойностите 0, 1 или и двете едновременно. Ако, да речем, 2 кубита са заплетени, това ги прави идеално корелирани. Квантовият процесор може да използва логически порти. Т. н. портата на Адамар, например, поставя кубит в състояние на перфектна суперпозиция. Когато суперпозицията и заплитането се комбинират с умело поставени квантови порти, потенциалът за субатомно изчисление започва да се разгръща. 2 кубита ви позволяват да изследвате 4 състояния: 00, 01, 10 и 11. Принципът на работа на квантовия процесор е такъв, че извършването на логическа операция дава възможност да се работи с всички позиции наведнъж. И броят на наличните състояния е 2 на степен на броя кубити. Така че, ако направите 50-кубитов универсален квантов компютър, тогава теоретично можете да изследвате всички 1,125 квадрилиона комбинации едновременно.
Поздравления
Квантовият процесор в Русия се разглежда малко по-различно. Учени от Московския физико-технически институт и Руския квантов център са създали „кудити“, които представляват няколко „виртуални“ кубита с различни „енергийни“ нива.
Амплитуди
Квантовият процесор има предимството, че квантовата механика се основава на амплитуди. Амплитудите са подобни на вероятностите, но могат да бъдат и отрицателни и комплексни числа. Така че, ако е необходимо да се изчисли вероятността за събитие, можете да сумирате амплитудите на всички възможни варианти на тяхното развитие. Идеята зад квантовите изчисления е да се опитаме да се настроим по такъв начин, че някои пътища към грешни отговори да имат положителни амплитуди, а други - отрицателни, така че да се компенсират взаимно. И пътищата, водещи до верния отговор, биха имали амплитуди, които са във фаза една с друга. Номерът е, че трябва да организирате всичко, без да знаете предварително кой отговор е верен. Така че експоненциалността на квантовите състояния, съчетана с потенциала за интерференция между положителни и отрицателни амплитуди, е предимство на този тип изчисления.
Алгоритъмът на Шор
Има много задачи, които компютърът не може да реши. Например криптиране. Проблемът е, че не е лесно да се намерят простите множители на 200-цифрено число. Дори ако лаптопът работи страхотен софтуер, може да отнеме години, за да намерите отговора. Така че друг крайъгълен камък в квантовите изчисления беше алгоритъм, публикуван през 1994 г. от Питър Шор, сега професор по математика в MIT. Неговият метод е да намери факторите на голямо число с помощта на квантов компютър, който все още не е съществувал. По същество алгоритъмът изпълнява операции, които показват области с правилния отговор. На следващата година Шор открива метод за квантова корекция на грешки. Тогава мнозина осъзнаха, че това е алтернативен начин за изчисление, който в някои случаи може да бъде по-мощен. Тогава имаше прилив на интерес от физиците към създаването на кубити и логически порти между тях. И сега, две десетилетия по-късно, човечеството е на прага да създаде пълноценен квантов компютър.
