Prvý kvantový počítač je takmer pripravený
Autor: Bogdan Biszok/Dátum uverejnenia: 03-02-2017 16:02
Medzinárodný tím vedcov po prvýkrát predstavil projekt výstavby prvého kvantového počítača, ktorý prinesie revolúciu vo výpočtovej technike a vyrieši zložité problémy a záhady vesmíru - také problémy, aké by dnešné najvýkonnejšie počítače potrebovali milióny. alebo dokonca miliardy rokov na ich vyriešenie.
Je už dlho známe, že takýto kvantový výpočtový systém má neobmedzený potenciál spôsobiť revolúciu v informatike, vede a ekonomike v rozsahu porovnateľnom s rozsahom vynálezu prvých počítačov v 40. rokoch, podľa materiálu, ktorý oznámila konštrukčný projekt kvantového počítača, ktorý bol zverejnený v najnovšom vydaní amerického časopisu Science Advances, píše Agerpres.
Koordinátor tohto projektu, Winfried Hensinger, profesor na univerzite v Sussexe vo Veľkej Británii, zdôraznil, že tentokrát ide o zostavenie takého funkčného počítača, a nie o ďalšiu akademickú štúdiu o potenciáli takéhoto stroja.
Na zostavenie takého počítača budú vedci pomocou mikrovlniek riadiť jednotlivé atómy. „Používame nové koncepty, ktoré môžu výrazne zjednodušiť konštrukciu kvantového počítača,“ uviedol Winfried Hensinger, ktorý je tiež riaditeľom skupiny Ion Quantum Technology Group na univerzite v Sussexe.
Tím výskumníkov postaví za dva roky malý prototyp kvantového počítača, ktorý bude integrovať všetky existujúce technológie potrebné na overenie koncepcie. V dobe, keď boli počítače na báze kremíka dostatočne malé, aby sa zmestili do každého vrecka a prakticky akýkoľvek mobilný telefón, je počítač niekoľkonásobne výkonnejší ako najvýkonnejšie počítače začiatku 21. storočia, Winfriedov tím Hensinger navrhuje vrátiť sa k počítačom vo formáte „maxi“ z počiatkov výpočtovej techniky, s kvantovým počítačom, ktorý pravdepodobne obsadí celú veľkú budovu.
Obrovské kvantové zariadenie bude vybavené sofistikovaným vákuovým systémom a modulmi s kremíkovými kvantovými čipmi, ktoré budú obsahovať častice excitované v elektrických poliach. Takýto počítač bude založený na kvantových vlastnostiach hmoty, podľa ktorých môže mať elementárna častica rôzne stavy súčasne, prechádzať z jedného do druhého skokom a nie nepretržite.
Tieto charakteristiky ponúkajú exponenciálny výpočtový potenciál vyšší ako súčasný počítač využívajúci binárny systém 0 alebo 1. Kvantový počítač je počítač, ktorého činnosť je založená na kvantových javoch superpozície a „zapletenia“ (kvantová neoddeliteľnosť) a využíva „qubiti“. „namiesto klasických informácií. Zatiaľ čo bity môžu byť 1 alebo 0, qubit môže byť 1, 0 alebo akákoľvek ich kvantová superpozícia, čo automaticky umožňuje vykonávať väčší exponenciálny počet výpočtov v kratšom exponenciálnom časovom intervale.
Qubits to dokáže, pretože kvantová mechanika umožňuje superpozíciu rôznych stavov - kvantová častica nie je v skutočnosti v žiadnom zo svojich možných stavov, kým nie je pozorovaná, to znamená, kým podľa publikovaných vysvetlení interaguje so svetom kvantifikovateľným spôsobom. v článku na túto tému živej vedy. Superpozícia neznamená, že častica je jednoducho v neviditeľnom stave, ale že môže existovať v dvoch stavoch súčasne (nie 0 alebo 1, ale aj 0 a 1).
Superpozícia, ktorá robí stroje s kvantovými počítačmi tak výkonnými, ich stavanie je mimoriadne náročná. Navrstvené ióny musia byť dokonale izolované od prostredia, aby nestratili túto kvantovú kvalitu. Dokonca aj málo tepla uvoľneného v blízkosti môže viesť k „kolapsu“ iónov v superponovanom kvantovom stave do jedného z potenciálnych stavov a potom sú výpočtové superkapacity kvantového počítača prakticky polovičné.
Rôzne integrované časti alebo rozhrania budúceho kvantového počítača budú vzájomne prepojené elektrickými poľami, a nie káblami a zástrčkami ako v dnešných počítačoch. Tento nový prístup umožňuje 100 000-krát rýchlejšiu cirkuláciu elektricky nabitých častíc medzi rôznymi rozhraniami stroja.
V novej architektúre je každé spojenie zložené zo štyroch elektród, ktoré sa stretávajú a vytvárajú „križovatku“. Pod elektródami prechádzajú vodiče, ktoré vedú prúd a vytvárajú magnetické pole. Toto magnetické pole riadi pohyb iónov obsahujúcich údaje, ktoré sa pohybujú z oblasti, kde tieto údaje prijímajú, z jednej elektródy, kým sa podľa Hensingera nestretnú s iným iónom v oblasti „zapletenia“ na opačnej elektróde.
Mikrovlny sú nasmerované na dva ióny v okamihu ich stretnutia, čím sa stávajú „zamotanými“ alebo kvantovo neoddeliteľnými. To znamená, že čokoľvek, čo sa stane s jedným z iónov, sa okamžite prejaví v druhom ióne. V tomto štádiu dostávajú ióny hodnotu 1 alebo 0, ale presná hodnota, ktorú dostanú, zostáva neznáma. Ďalšou zmenou magnetického poľa sa ión, ktorý prijal takúto hodnotu, a stal sa tak „dátovým nosičom“, vracia na „križovatku“ medzi elektródami, odkiaľ začína, k tretej elektróde, v takzvanej oblasti detekcia, keď laserová vlna zasiahne ión a identifikuje jeho stav - či už je to 1 alebo 0.
Takýto počítač dokáže podľa vedcov zapojených do projektu vykonať faktoriálny výpočet 614-ciferného čísla za 110 dní - to znamená, že môže toto číslo vynásobiť všetkými prirodzenými číslami menšími ako je mínus 0 (napríklad 4 faktoriál je 4x3x2x1 = 24, zatiaľ čo faktoriál 15 je 15x14x13… x1 = 1 307 674 368 000 - aby sme zistili, ako rýchlo sa zvyšuje hodnota týchto výsledkov). Takéto obrovské množstvo sa používa v procesoch šifrovania. Aby ste mali predstavu o tom, čo to znamená, spoločnosť DigiCert, americká spoločnosť, ktorá ponúka digitálne certifikáty pre pravidelnú bezpečnú komunikáciu, vysvetľuje, že keby sa 1 000 desktopových systémov so súčasným výkonom začalo započítavať do 614-ciferného čísla v čas zrodu vesmíru, asi pred 13,7 miliardami rokov, by tento výpočet doteraz nedokončil.
Tento projekt je súčasťou programu britskej vlády pre vývoj kvantových technológií s cieľom umožniť ich priemyselné využitie. Tento projekt zahŕňa tímy výskumníkov z University of Sussex, ktorí spolupracujú s odborníkmi z Google, Dánskej univerzity v Aarhuse, Japonského výskumného ústavu RIKEN a Nemeckej univerzity v Siegene. Začiatok tohto projektu bol zverejnený v nádeji, že sa pripoja ďalšie vynikajúce osobnosti v oblasti počítačovej vedy a elektroniky, ktoré prispejú k zrodu prvého kvantového počítača.
„Tento projekt je dôležitým krokom k vytvoreniu prvého kvantového počítača, ale cesta k takémuto počítačovému systému je ešte dlhá cesta,“ uviedol Toby Cubitt, člen Kráľovskej spoločnosti pre výskum teórie kvantovej informácie. na University College London, ktorá sa nezúčastňuje tohto projektu.