Az első kvantum számítógép majdnem készen áll
Szerző: Bogdan Biszok/Megjelenés dátuma: 2017-02-03 16:02
Nemzetközi tudóscsoport először mutatta be az első kvantumszámítógép megépítésének projektjét, amely forradalmasítja a számítástechnikát, és megoldja az univerzum összetett problémáit és rejtelmeit - olyan problémákat, amelyekre a mai legerősebb számítógépeknek milliókra lenne szükségük. vagy akár évmilliárdokat is megoldani.
Régóta ismert, hogy egy ilyen kvantumszámítógépes rendszernek korlátlan lehetősége van a számítástechnika, a tudomány és a közgazdaságtan forradalmasítására olyan méretben, amely összehasonlítható az 1940-es évek első számítógépeinek találmányával, egy olyan anyag szerint, bejelentette egy kvantum számítógép építési projektjét, amelyet az amerikai Science Advances folyóirat legújabb számában tettek közzé - írja az Agerpres.
A projekt koordinátora, Winfried Hensinger, a sussexi egyetem professzora, az Egyesült Királyság hangsúlyozta, hogy ezúttal egy ilyen funkcionális számítógép összeszereléséről van szó, és nem egy újabb tudományos tanulmányról egy ilyen gép lehetőségeiről.
Egy ilyen számítógép felépítéséhez a kutatók mikrohullámokat használnak az egyes atomok vezérléséhez. "Olyan új fogalmakat használunk, amelyek nagyban leegyszerűsíthetik a kvantum számítógép felépítését" - mondta Winfried Hensinger, aki a Sussexi Egyetem Ion Quantum Technology Groupjának igazgatója is.
A kutatócsoport két év múlva elkészíti a kvantum számítógép kis prototípusát, amely integrálja a koncepció érvényesítéséhez szükséges összes létező technológiát. Abban a korban, amikor a szilícium alapú számítógépek elég kicsiek lettek ahhoz, hogy bármilyen zsebbe beleférjenek, és gyakorlatilag minden mobiltelefon többszörösen erősebb számítógép, mint a 21. század elejének legerősebb számítógépei, Winfried csapata Hensinger azt javasolja, hogy térjen vissza a számítás korai napjainak "maxi" formátumú számítógépeihez egy kvantum számítógéppel, amely valószínűleg egy egész nagy épületet elfoglal.
A hatalmas kvantumgépeket egy kifinomult vákuumrendszerrel és szilícium kvantum chipeket tartalmazó modulokkal látják el, amelyek elektromos mezőkben gerjesztett részecskéket tartalmaznak. Egy ilyen számítógép az anyag kvantumtulajdonságain fog alapulni, amely szerint egy elemi részecskének egyszerre lehetnek különböző állapotai, ugrással és nem folyamatosan haladva haladnak át egyikről a másikra.
Ezek a jellemzők nagyobb exponenciális számítási potenciált kínálnak, mint a 0 vagy 1 bináris rendszert használó jelenlegi számítógépeké. A kvantumszámítógép olyan számítógép, amelynek működése a szuperpozíció és az „összefonódás” (kvantum elválaszthatatlanság) kvantumjelenségein alapszik, és „qubiti” -t használ. "a klasszikus információk helyett. Míg a bitek lehetnek 1 vagy 0, addig egy kvóta lehet 1, 0, vagy bármilyen kvantum szuperpozíciója, ami automatikusan nagyobb exponenciális számszámok elvégzését teszi lehetővé rövidebb exponenciális időintervallumban.
A qubitok azért tehetik ezt meg, mert a kvantummechanika lehetővé teszi a különböző állapotok egymásra helyezését - a kvantumrészecske valójában egyik lehetséges állapotában sincs addig, amíg meg nem figyelik, vagyis addig, amíg a közzétett magyarázatok szerint számszerűsíthető módon nem lép kölcsönhatásba a világgal. a Live Science e témájú cikkében. A szuperpozíció nem azt jelenti, hogy a részecske egyszerűen láthatatlan állapotban van, hanem azt, hogy egyszerre két állapotban is létezhet (nem 0 vagy 1, hanem 0 és 1 is).
Az a szuperpozíció, amely a kvantumszámítógépeket olyan erőteljesé teszi, rendkívül megnehezíti azok felépítését. Az egymásra helyezett ionoknak tökéletesen el kell különülniük a környezettől, hogy ne veszítsék el ezt a kvantumminőséget. Még a közelben felszabaduló kis hő is ahhoz vezethet, hogy az egymásra helyezett kvantumállapotban lévő ionok "összeomlanak" az egyik lehetséges állapotba, majd a kvantumkomputer számítási szuperkapacitása gyakorlatilag a felére csökken.
A jövőbeli kvantum számítógép különféle integrált alkatrészeit vagy interfészeit elektromos mezők fogják összekapcsolni, és nem kábelek és csatlakozók, mint a mai számítógépek. Ez az új megközelítés lehetővé teszi az elektromosan töltött részecskék 100 000-szer gyorsabb cirkulációját a gép különféle interfészei között.
Az új architektúrában minden csatlakozás négy elektródból áll, amelyek találkoznak, és "kereszteződést" alkotnak. Az elektródák alatt olyan vezetők haladnak át, amelyek áramot vezetnek a mágneses mező létrehozásához. Ez a mágneses mező szabályozza az adatokat tartalmazó ionok mozgását, amelyek az adatok fogadásának területéről az egyik elektródáról addig mozognak, amíg egy másik ionnal nem találkoznak a szemközti elektróda "összefonódási" területén, Hensinger szerint.
A mikrohullámok találkozásuk pillanatában a két ion felé irányulnak, így "összefonódnak" vagy kvantum elválaszthatatlanok. Ez azt jelenti, hogy bármi is történik az egyik ionnal, azonnal tükröződik a másik ionban. Ebben a szakaszban az ionok megkapják az 1 vagy 0 értéket, de a kapott pontos érték továbbra sem ismert. A mágneses tér újbóli megváltoztatásával az ilyen értéket kapott és így "adathordozóvá" vált ion visszatér az elektródák közötti "kereszteződésbe" onnan, ahonnan indul, és a harmadik elektródáig, az úgynevezett területen. detektálás, amikor egy lézerhullám eléri az iont, és azonosítja annak állapotát - legyen az 1 vagy 0.
Egy ilyen számítógép 110 nap alatt képes elvégezni a 614 jegyű szám faktoriális számítását a projektben részt vevő tudósok szerint - vagyis meg tudja szorozni ezt a számot a nála kisebb természetes számokkal, mínusz 0-val (például 4 faktoriális 4x3x2x1 = 24, míg a 15 faktoriális értéke 15x14x13… x1 = 1 307 674 368 000 - hogy kiderüljön, milyen gyorsan növekszik ezen eredmények értéke). Ilyen hatalmas számokat használnak a titkosítási folyamatokban. Hogy képet alkosson erről, mit jelent, a DigiCert, az amerikai cég, amely digitális tanúsítványokat kínál a rendszeres biztonságos kommunikációhoz, elmagyarázza, hogy ha 1000 jelenlegi teljesítményű asztali rendszer 614 számjegyű számot kezdett volna figyelembe venni a a Világegyetem születésének ideje, mintegy 13,7 milliárd évvel ezelőtt, eddig nem fejezte volna be ezt a számítást.
Ez a projekt a brit kormány részei a kvantumtechnológiák fejlesztésére irányuló programnak, amelynek célja az ipari kiaknázás lehetővé tétele. A projektbe a Sussexi Egyetem kutatócsoportjai vesznek részt, akik együttműködnek a Google, az Aarhusi Dán Egyetem, a Japán RIKEN Kutatóintézet és a Német Siegen Egyetem szakértőivel. A projekt kezdetét nyilvánosságra hozták abban a reményben, hogy a számítógépes tudomány és az elektronika területén más ragyogó elmék is csatlakoznak, hogy hozzájáruljanak az első kvantumszámítógép megszületéséhez.
"Ez a projekt fontos lépés az első kvantumszámítógép megépítése felé, de az ilyen számítási rendszerhez vezető út még hosszú utat mutat" - mondta Toby Cubitt, a Royal Society Quantum Information Theory Research tagja. a University College Londonban, amely nem vesz részt ebben a projektben.