Золотой век квантовых компьютеров близок
Квантовые компьютеры — сложная штука. Однако недавно ученые IBM объявили, что сделали шаг вперед и решили одну из крупнейших проблем: разработали лучший способ определения и исправления раздражающих ошибок. В своем блоге Марк Риттер, следящий за инженерами и учеными в T.J. Watson Research Laboratory при IBM, написал: «Я думаю, мы входим в золотой век квантовых вычислений». Его команда, сказал он, «находится на передовой попыток создать первый настоящий квантовый компьютер».
Итак, что бы это значило? Квантовый компьютер использует науку крайне малого — странного поведения субатомных частиц, — чтобы решить проблемы, которые вычислительно неподвластны классическим компьютерам или заняли бы слишком много времени. К примеру, взаимодействие молекул на квантовом уровне сложно изучать в лаборатории и невозможно смоделировать на классическом компьютере, но вот на квантовом — вполне.
«Эта квантовая модель обладает потенциалом для разработки лекарств, их поиска, химического дизайна и, возможно, биофармацевтических применений», — говорит Джерри Чоу, менеджер группы Experimental Quantum Computing при IBM. Квантовый компьютер также может взломать наиболее сложное шифрование, которое используется на сегодняшний лень. По этой причине АНБ инвестирует в исследование квантовых вычислений.
С 1990-х годов квантовые компьютеры существовали в своего рода квантовом состоянии, одновременно в высоко теоретическом поле физики и математики и в качестве иногда прогрессирующей сложной инженерной задачи. Академические исследования велись по всему миру, правительства и компании вроде Google, Microsoft и Lockheed Martin вели разработку базовых строительных блоков квантовых компьютеров уже некоторое время. Канадская компания D-Wave заявила, что создала один, но многие исследователи, включая тех, что и IBM, весьма скептично настроены относительно «квантовости» этого компьютера.
Что же такое «квантовый»?
Классический бинарный бит всегда находится в одном из двух состояний — 0 или 1 — тогда как квантовый бит, или кубит, существует в обоих возможных состояниях одновременно, в состоянии так называемой суперпозиции. Операция на кубите, таким образом, использует его странное квантовое свойство, позволяющее проводить множество вычислений параллельно. Система из двух кубитов будет выполнять операцию на 4 значениях, система из трех кубитов — на 8 и так далее.
Вместо того чтобы выполнять каждое вычисление в свою очередь, как это делает классический компьютер, последовательность кубитов квантового компьютера может быть в каждой возможной комбинации единиц и нулей одновременно. Это позволяет компьютеры проверять каждое возможное решение одновременно и проводить определенные сложные вычисления экспоненциально быстрее, чем может классический компьютер.
Но тут есть подвох. Одна любопытная особенность кубита состоит в том, что его измерение приводит к «коллапсу» до одного известного классического состояния — 0 или 1 — и потери его квантовых свойств. Квантовое вычисление заканчивается измерением всей последовательности кубитов, приводящим к решению.
Многие квантовые алгоритмы недетерминированы; они находят множество разных решений параллельно, измерить из которых можно только одно, поэтому предоставляют правильное решение с определенной степенью вероятности. Многочисленный запуск вычислений увеличивает шансы на поиск правильного ответа, но снижает скорость выполнения квантовых расчетов.
Достижение IBM
Большинство исследователей сходятся во мнении, что на пути к построению практического квантового компьютера остается много проблем. В статье, опубликованной в Nature, группа Чоу описала своей прогресс в решении одной из таких проблем путем разработки способа обнаружения ошибок на решетке сверхпроводящих квантовых битов, два на два.
Если в исходных данных, хранящихся в любом компьютере, будут ошибки, результаты расчетов будут неправильными. Ошибки редко встречаются в транзисторах, используемых для сборки классических компьютеров, а если встречаются, то автоматически правятся различными схемами коррекции ошибок.
С квантовыми компьютерами история другая. «Кубиты крайне чувствительны к ошибкам, — говорит Чоу. — Их можно повредить теплом. Они могут пострадать из-за шума окружающей срежы. Их могут затронуть бродячие электромагнитные волны».
В информации, хранимой в классическом компьютере, может произойти ошибка только одного типа, бит-флип, когда 0 ошибочно переворачивается в 1 или наоборот. Кубиты тоже страдают от перевернутых битов, также и от фазовых ошибок. Состояние суперпозиции кубита, или когда он принимает значения 0 и 1 одновременно, обозначается как 0 + 1. Фазовая ошибка переворачивает знаковое отношения между 0 и 1.
«0 + 1 и 0 — 1 очень разные с точки зрения информации, которая находится в этом состоянии, — объясняет Чоу. — Мы может представить это как стрелку, указывающую вдоль сферы. Вы можете указать в направлении южного полюса, и это будет ноль. Вы также можете указать в направлении северного полюса, и это будет один. Вы можете указать вдоль экватора, и это будет 0 + 1, но если вы укажете в противоположном направлении, это будет 0 — 1». Если этого мало, схемы квантовой коррекции ошибок должны избегать измерения данных напрямую, поскольку это приведет к коллапсу значений.
Новая схема обнаружения ошибок IBM основана на технике под названием поверхностный код, который распространяет квантовую информацию многие кубитами. Два синдромных (или измерительных) кубита споряжены с двумя кодовыми, или кубитами данных. Один синдромный кубит выявляет, где в кубитах кода произошла ошибка бит-флипа, тогда как другой кубит синдрома отмечает случай, где произошла ошибка перемены знака, фазового флипа, и все это без прямого измерения кубитов.
Но коррекция ошибок — только одно из препятствий на тернистом пути создания практического квантового компьютера.
Один проефссор опубликовал длинный список этих препятствий на Quora. В том числе — сложность когеренции. Общим показателем качества кубита является время когерентности, или как долго он сохраняет свои квантовые свойства. Надежный и полнофункциональный квантовый компьютер должен иметь долгое когерентное время. Но это будет еще не скоро. В 2014 году ученые из Университета Нового Южного Уэльса сообщили об установлении нового рекорда, когда создали два новых типа кубитов, которые были в состоянии сохранять свое квантовое состояние полных 35 секунд.
«Чтобы квантовая коррекция ошибок работала, вам нужно, чтобы отдельные кубиты были выше определенного уровня качества, — говорит Чоу. — Для того чтобы эти отдельные кубиты становились лучше и лучше, нужно многое проделать с точки зрения материалов, как мы выкладываем все это в наши устройства и как построить из них реальный процессор».
В отличие от классических компьютеров, в квантовой версии нет стандартных материалов или архитектуры. Кубиты в настоящее время создаются различным способом в ионных ловушках (заряженных атомных частица) и эленов в кремнии сверхпроводящих контуров, используемых группой Чоу.
Для достижения длительного времени когерентности кубиты должны быть изолированы от внешнего мира, зачастую при минусовых температурах. Изоляция затрудняет эффективное управление компьютеров, так как это неизбежно предполагает контакт с внешним миром. Достижение контроля и когерентности дорого стоит.
Для создания этих долгоживущих кубитов австралийские ученые манипулировали одним атомом фосфора, погребенным в кристалле кремния, используя высокочастотные колебательные генераторы магнитного поля стоимостью 100 000 долларов и простой электрический импульс, чтобы изменить частоту электронов атома. «Таким образом, мы смогли выборочно определять, каким кубитом управлять, — объяснял Андреа Морелло, один из ученых. — Это немного похоже на выбор радиостанции, когда поворачиваешь простую ручку настройки. Здесь «ручка» — это напряжение, приложенное к небольшому электроду над атомом».
С тех пор дизайн был обновлен для управления несколькими кубитами, а в прошлом месяце лаборатория сообщила о новом прогрессе в производстве кристаллов кремния с использованием только одного тонкого слоя специально очищенного кремния. Это достижение может существенно сократить время и стоимость разработки аппаратных средств.
Масштабирование
Как бы то ни было, до сих пор никто не сумел выполнить больше, чем несколько квантовых логических операций на горстке кубитов, прежде чем пробьет время когерентности. Чем больше кубитов связано, тем выше вероятность того, что квантовый компьютер начнет вести себя как классический. Но сложные проблемы могут быть решены только с большим числом кубитов.
«Чтобы построить квантовый чип, который будет похож на современные процессоры, — говорит Чоу, — потребуется много инженерии и понимания разных материалов и их поведения в квантовом мире».
Другая проблема в том, что набор проблем, которые может решить квантовый алгоритм быстрее, чем классический, однажды может быть ограничен. Поскольку многие квантовые алгоритмы недетерминированы, вам нужен определенный способ верификации верности полученного ответа. При расчете коэффициентов в простых числах, результат легко проверить. Но многие проблемы имеют решения, которые не так просто верифицировать.
Даже если решение подвергается проверке, вам, возможно, потребуется запустить один и тот же расчет несколько раз, чтобы достичь правильного решения, тем самым отказавшись от преимущества в скорости. Ученые в Вене пытаются решить эту проблему путем введения коротких промежуточных вычислений, ответы которых известны, в расчеты. Это даст пользователю меру надежности машины. Другие квантовые алгоритмы используют явление интерференции, чтобы увеличить вероятность того, что один прокат даст правильный ответ.
Чоу оптимистично смотрит на грядущие препятствия, а также на проблему создания святого Грааля «логического кубита», который строится с использованием физических кубитов, но который не теряет свою информацию и работает безошибочно. «Многие из этих проблем будут решены в ближайшие несколько лет и это поможет нам попасть туда, где мы сможем продемонстрировать кодирование логического кубита. Затем мы сделаем еще один шаг в сторону истинных квантовых алгоритмов поверх этого логического слоя».
И тогда все компьютеры, которые мы используем — для науки, шифрования, поиска по данным, развлекух в Интернете, — приблизят нас к квантовому скачку.
http://hi-news.ru/hardware/zolotoj-vek-kvantovyx-kompyuterov-blizok-ostalos-reshit-eti-kroshechnye-problemy.html
Меню
Архив материалов
Подписка на новости
Новости криптозоологии
Хроники природных катастроф
Последние новости
26.01.2020 - 06.03.2020 (990)
07.03.2020 - 16.04.2020 (1010)
17.04.2020 - 19.05.2020 (1000)
20.05.2020 - 25.06.2020 (990)
26.06.2020 - 04.08.2020 (995)
05.08.2020 - 16.09.2020 (1005)
17.09.2020 - 26.10.2020 (990)
27.10.2020 - 27.11.2020 (990)
28.11.2020 - 07.01.2021 (990)
08.01.2021 - ...
Последние аномальные новости

Аэротакси с пассажиром испытали в Лужниках

В Симпсонах нашли предсказание о наряде Камалы Харрис

ВВС США испытают аэротакси в 2021 году

Верная собака шесть дней ждала хозяина перед больницей

Во Фленсбургском метеорите нашли самые старые карбонаты

Все живое эволюционирует в крабов

Вырастили искусственную древесину

Главные метеоритные кратеры Эстонии

Глубина моря Кракена на Титане может достигать 300 метров

Женщина пошла в туалет и родила пятого ребенка

Землю ждет мега-землетрясение, которое затронет все континенты

Мужчина купил морковь и выиграл 12 млн

Мужчина очнулся после семи месяцев комы и получил обвинение в убийстве

Мужчина сорвал джекпот второй раз за 5 лет

На инаугурацию Байдена приходила голограмма Обамы

Нашли систему из шести звезд

Неизвестный сорвал джекпот в миллиард долларов

Обнаружен экзоюпитер без облаков и дымки в атмосфере

Огромного сома поймали возле Лувра

Основная версия происхождения коронавируса

Почерк выдает характер, темперамент и другие черты человека

Представили новую модель формирования планет Солнечной системы

Раскрыты пределы 6G

Растущее лицо счастья заметили на Марсе

Рыболовы поймали редкую щуку-маскинонга

Столетняя женщина ответила на вопрос о секрете долголетия

Существует ли на самом деле темная материя

Существуют невероятно большие черные дыры

Тайна летевшего за самолетом мандалорца

Французам порекомендовали не пользоваться телефонами

В письме 1813 года президенту США говорится о встрече с НЛО

Ведьма рассказала о детях, которые общаются с умершими

Голубых джетов и эльфов сняли с МКС

Два Папы, два президента. Куда катится мир

Демо-версия сдвига полюсов в Казахстане

Женщина сняла домогавшегося ее призрака

Загадочные артефакты нашли на древнем кладбище инков

Зачем Павел Глоба ввязался в большую политику

Казахстанские экстрасенсы опровергли предсказания Нострадамуса на 2021 год

Как КГБ использовал экстрасенсов и колдунов

Каким увидели наступающий год Ванга, Нострадамус и Матрона Московская

Климатическая пушка Китая станет ответом на погодное оружие США

Легенды общежития

Магия в Индонезии как повседневность

Майкрософт запатентовала чат-бота, который будет имитировать покойников

Мистические фото из прошлого, которым трудно найти объяснение

Мужчина нашёл в лесу могилу инопланетянина

Музыкант заявил, что видел НЛО

Оккультисты Аненербе. Что нацисты искали в СССР

Паранормальная Бурятия 2020

Пассажир самолёта запечатлел НЛО

Предлагается построить колонию на орбите Цереры

Предсказания ясновидящих о смещении полюсов сбываются

Призрак в заброшенной психбольнице

Секрет экстрасенсов нашли в детских переживаниях

Скелет инопланетянина оказался останками девочки

Суперспособности, которые есть у каждого родителя

Треугольный НЛО пролетел над Нью-Йорком

Финалистка Битвы экстрасенсов сделала предсказание на 2021 год

Что предсказал известный экстрасенс из Балакова

Выгодная скупка и утилизация бытовой техники

Водитель снял огни пролетающего над машиной НЛО

Девушка на Google Maps нашла чёрную дыру

Девушка сделала тест ДНК и нашла отца-миллиардера

Девушка сняла танец с привидением

Жизнь на Земле - случайность и удача

Звезда Смерти обнаружена у загадочной звезды

Мужчина переехал жить на отдаленный остров

На Марсе обнаружили следы множества ледниковых периодов

Нашли систему из двух карликов и экзопланеты

Обнаружили перья в короне Солнца

Певица рассказала о полтергейсте в квартире

Победитель Битвы экстрасенсов высказался о смерти Михаила Виноградова

Получили снимок колыбели каменистой экзопланеты

Разгадка тайны Лох-Несского чудовища

Разгадка тайны появления геоглифов Наски

Тартесс - очередная загадка истории

Увидели рождение новых лун у экзопланеты

Украинская чупакабра снова открыла кровавую охоту

Что видят люди после клинической смерти

Экстрасенс рассказал о способностях детей к ясновидению

Автомобильные номера с числом 39 запретили в Афганистане

Актриса сняла НЛО средь бела дня

Женщина раскрыла секрет долголетия

Житель Таиланда нашел дорогой кусок амбры

Землю передвинули на новую временную линию

Из мочевого пузыря женщины вытащили огромный камень

Иллюминаты. Заговор Просвещённых

Инопланетная цивилизация захватила Землю еще до нашей эры

Истории из новых рассекреченных документов ЦРУ

Как дожить до 100 лет

Кости динозавров на Луне

Мёртвая женщина потратила 3 года на доказательство обратного

Овчарка родила зелёного щенка

Описали способ получения энергии из черных дыр

Помогает ли медитация от стресса

Почему медиумы слышат духов

Почему у древних статуй отсутствуют носы

Разработали прибор для поиска драгметаллов на Луне и Марсе

Создан новый тип мяса из пробирки

Тайна Семи сестер созвездия Тельца

В Госдуме заявили о необходимости ковидных паспортов в России

В одном из потоков Млечного пути одновременно родились 468 звезд

Впервые наблюдали начало конца далекой галактики

Женщина нашла отправленное 16 лет назад послание в бутылке

Женщина пережила остановку сердца и рассказала о загробной жизни

Нашли древний папирус Книги мертвых и сотни других артефактов

Небо над Финляндией стало шокирующе зеленым

Никола Тесла и Маркони подслушали послания марсиан

Почему некоторые люди слышат мертвых

Почему пираты закрывали глаз повязкой

Приближается астероид или началась космическая война

Продвинутые древние существа из недр Земли

Разработчики игры предвидели будущее

Родился ребенок с антителами против коронавируса

Скалолаз на инвалидной коляске залез на небоскреб

Согласно легенде, шесть воронов должны охранять Лондонский Тауэр

Уникально легкая экзопланета

Упавший на жилой дом метеорит оказался полон сюрпризов

Четырех друзей напугал бигфут

Чудесный меч Жанны д'Арк

Актриса раскрыла секрет долголетия

Бигфута заметили в Канаде

Британцев официально готовят к Зомби-апокалипсису

Быстрый большой НЛО заметили в Северной Каролине

Встреча военного вертолета ВВС США с НЛО

Зачем Байдену дорисовали нимб

Ирландский политик стал свидетелем НЛО

Как сделать человека невидимым

Какие домашние животные вам подходят

Крупный метеорит взорвался над Испанией

Легенда о призрачном коте, живущем в подземельях Капитолия

Миф о влиянии 5G на распространение коронавируса

Нашли необъяснимую звезду

Несколько НЛО вошли в земную атмосферу над Пуэрто-Рико

Плотность астероидов на орбите Земли нарастает

Полеты с Ангелами. Необычная история Чарльза Линдберга

Создали рыб-роботов, которые умеют плавать косяками

Таинственное излучение указало на существование Новой физики

Третий глаз, чакра Аджна и энергетика человека

Фантастические небоскребы будущего

Чем можно вывести запах гари после пожара

Улетный криминальный сериал - Премьера

Артефакты времён исчезнувшей культуры Тиуанако

Боевой робот Type-X проходит полевые испытания

Водительские права хотят заменить на QR-коды

Города-призраки Казахстана

ИИ научился распознавать политическую ориентацию по фото

Как работает невозможный детонационный двигатель

Как ученые превратили водород в металл

Компания SpaceX вернет на Землю вино космической выдержки

Можно ли продлить жизнь в 5 раз

Оружие будущего. Чем собирается воевать армия США

Откуда пошло распространение COVID-19

Полиция проверит россиянку из-за фейка о чипировании

Похожее на Солнце НЛО в Северной Дакоте

Почему кошки врезаются лбом в ногу хозяина

Российских солдат будущего защитит полиэтиленовая экипировка

С кислородом на Марсе происходит что-то странное

Следы древней цивилизации. Загадочные лесные острова

Стрельба из рельсотрона

Черные грибы Чернобыля

Что заставило солнечный ветер изменить направление

Бездельник заработал 21 млн за два с половиной года

Белоруссия задумалась о внедрении 5G-сети

В Германии откроют тюрьму для ковид-диссидентов

Впервые зафиксировали волнообразный изгиб нашей Галактики

Документальный сериал о загадочной смерти Элизы Лэм

Женщина во время уборки дома нашла насекомое размером с ладонь

Женщина забеременела собственной племянницей

Жителя Канады похитили пришельцы и рассказали о грядущем Потопе

Москвичка 20 лет жила со скелетом сына в доме

Мужчина выбросил жесткий диск с биткоинами на 23 млн

Мужчина раскрыл секрет долголетия

Мужчина сдал экзамен на права со 158-й попытки

Мужчина съел острый доширак и оглох

На бейджи для привитых COVID-19 поместят QR-код

На Землю обрушилось излучение взрыва из другой галактики

Найден способ получить энергию из черной дыры

Номинировавший Трампа на Нобелевскую премию рассказал о цензуре Большого брата

Предсказана фотосинтетическая катастрофа

Ребенок четыре месяца провел с батарейкой в горле

Сделали открытие, пеереписывающее историю

Большой робокорабль получит жилой отсек

Женатый на секс-кукле бодибилдер признался в измене

Загадка уникальной экосистемы Галапагосов

Подписка на новости
Подписка на новостой RSS-канал сайта
Получать новости сайта по почте
Контактный адрес для любых сообщений
Наверх
Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика