Немного о квантовых компьютерах и о том, изменят ли они нашу жизнь.

Автор:
Дибенко
Печать
дата:
15 апреля 2015 08:56
Просмотров:
2884
Комментариев:
4
Многие из нас слышали о квантовом компьютер, но что он собой представляет, а главное какие задачи с помощью него можно решать, известно далеко не всем. Квантовый компьютер уже несколько лет активно изучают лучшие умы мира; он даже появлялся на обложке журнала Time, с подписью: «Он обещает решить некоторые самые сложные проблемы человечества, при этом никто не знает, как он в действительности работает».

Немного о квантовых компьютерах и о том, изменят ли они нашу жизнь.


Сейчас компьютеры исследуют многие ученые и крупные компании, такие как Google, IBM, Microsoft и другие. По их словам, если такой компьютер все же удастся создать, то это будет настоящий прорыв, сравнимый с открытием классических компьютеров.

Квантовый компьютер и непреодолимые трудности
Квантовый компьютер — это вычислительное устройство, работающее по принципам квантовой механики, которую по праву можно назвать самым сложным разделом физики. Квантовая механика зародилась в начале 20-ого века, и изучает поведение квантовых систем и ее элементов. Квантовая частица может находиться в нескольких местах и состояниях одновременно, поэтому по определению квантовая механика полностью противоречит общей теории относительности. Но давайте не будем углубляться в науку, а вернемся к нашей главной теме — квантовому компьютеру.

В начале века выяснилось, что использование электрических схем для создания вычислительных устройств имеет свои границы, и все они практически были достигнуты. Сейчас же перед человечеством встают все новые и новые задачи, для решения которых классических компьютеров будет недостаточно. Самый простой пример такой задачи — это разложение больших чисел на множители. Для этой цели было построено большинство криптографических систем. Это покажется банальным но, если бы кому-то удалось быстро разложить большое число на простые множители, то для него стали доступны транзакции во всех банках мира.

Другая не менее важная задача, с которой современные компьютеры никогда не смогут справиться — это моделирование квантовых систем и молекул ДНК. Исходя из этого, можно сделать вывод, что создание квантовых компьютеров — весьма перспективное решение, которое позволит решить эти и многие другие проблемы.

Принцип работы квантового компьютера
Немного о квантовых компьютерах и о том, изменят ли они нашу жизнь.

Классический компьютер работает на основе транзисторов и кремниевых чипов, которые используют для обработки информации бинарный код, состоящий из нулей и единиц. Бит, как минимальная единица информации имеет два базовых состояния: 1 и 0. Изменения этих состояний можно легко контролировать: объекты могут либо находиться в конкретном месте, либо — не находится. Именно поэтому многие физические объекты внешнего мира можно перенести в виртуальный с помощью сложных комбинаций битов. Работа же квантового компьютера будет основываться на принципе суперпозиции, а вместо битов будут использоваться кубиты (квантовые биты), которые одновременно могут находиться во всевозможных состояниях (в 1 и 0 одновременно). По словам ученных, за счет этого квантовые компьютеры для определенных классов задач будут в миллионы раз мощнее нынешних. Сейчас уже описаны десятки всевозможных алгоритмов работы квантового компьютера, даже разрабатываются особые языки программирования.

По большому счету, мир использует квантовые технологии уже давно. Лазеры, томографы и сверхчувствительные микроскопы базируются на массовых эффектах, создаваемых большими группами квантовых частиц или волн, которые подчиняются законам квантовой механики. Основная же задача состоит в использовании этих эффектов для отдельных частиц, а не групп в целом.

Для чего нужен квантовый компьютер?
Немного о квантовых компьютерах и о том, изменят ли они нашу жизнь.

Пока ученные трудятся над созданием квантового компьютера, они одновременно ищут ему применение. Главным остается тот факт, что такой компьютер сможет моментально совершать вычисления и работать с большим объемом данных.

С помощью квантовых компьютеров можно оптимизировать множество процессов: от медицины и до машиностроения. Например, у людей появится возможность диагностировать рак на более ранних стадиях, или делать более сложные автопилоты. Как упоминалось ранее, с помощью квантового компьютера будет возможно быстро раскладывать большие числа на множители и моделировать молекулы ДНК. Также существует теория того, что квантовый компьютер будет справляться с задачами, которые обычный компьютер решить не в состоянии или потратит на это тысячи лет вычислений. Это, допустим, создание искусственного интеллекта или поиск разумных существ во Вселенной, кроме человека. В любом случае все ученные сходятся на том, что это создание такого компьютера будет настоящим прорывом, возможно, главным в истории человечества.

Исправление ошибок — основная проблема квантовых компьютеров
Немного о квантовых компьютерах и о том, изменят ли они нашу жизнь.

Ошибки в квантовых компьютерах можно разделить на два главных уровня. Ошибки первого уровня присущи всем компьютерам, в том числе и классическим. К таким ошибкам относится непроизвольная смена кубитов из-за внешнего шума (например: космических лучей или радиации). С этой проблемой недавно удалось справиться специалистам из компании Google. Для решения этой проблемы команда ученых во главе с Джулианом Келли создала особую квантовую схему из девяти кубитов, которые ищут ошибки в системе. Остальные кубиты отвечают за сохранность информации, таким образом, сохраняя ее дольше, нежели с использованием единичного кубита. Однако основная проблема никуда не делась, остается второй уровень ошибок.

Кубиты изначально по своей природе нестабильны, они мгновенно забывают информацию, которую вы хотите сохранить на квантовый компьютер. Под воздействием на кубит окружающей среды нарушается связь внутри квантовой системы (процесс декогеренции). Чтобы избавиться от этого, квантовый процессор нужно максимально изолировать от воздействия внешних факторов. Как это сделать? — пока остается загадкой. По словам экспертов, 99% мощности такого компьютера уйдет на исправления ошибок, и лишь 1% хватит для решения любых задач. Конечно, от ошибок не удастся избавиться полностью, но если минимизировать их до определенного уровня, квантовый компьютер сможет работать.

Насколько человечество близко к созданию квантовых компьютеров?
Немного о квантовых компьютерах и о том, изменят ли они нашу жизнь.

Дать ответ на этот вопрос сейчас очень сложно — практически невозможно. Новости о прорывах в этой сфере появляются регулярно, но нельзя сказать, что они глобальные. В создании квантовых компьютеров заинтересованы все: начиная военными и заканчивая технологическими компаниями. Компания D-Wawe, с которой активно сотрудничает Google и NASA, заявляет, что создала процессор с 84 кубитами, но критики, проанализировавшие его сообщили, что он работает как классический. IBM несколько лет назад объявили, что создали чип с тремя кубитами, а Microsoft основательно занимается разработкой квантовых компьютеров еще с 2007 года.

По прогнозу исследователей из компании Cisco Systems, полноценный рабочий квантовый компьютер появится к середине следующего десятилетия, и будут по мощности сравним с человеческим мозгом. В любом случае проблема разработки новых совершенных компьютеров будет актуальна до тех пор, пока человечество не научится исправлять квантовые ошибки второго уровня. Если это когда-то случится, то до создания рабочего квантового компьютера останется лишь несколько лет.

0 не понравился
16 понравился пост
 
Незарегистрированные посетители не могут оценивать посты
 
 
 
 

 
 
 
 

Комментарии

 
 

 
 
 
boroda3
Дата:
(15 апреля 2015 09:08)
#1
Вчерашняя новость:

Физики выяснили, что квантовые компьютеры будут медленнее, чем считают сегодня некоторые физики, и будут медленнее расти в производительности из-за задержек в передаче информации между их ячейками памяти. Добавление дополнительных вычислительных узлов в квантовый компьютер будет налагать заметно больше издержек и задержек в передаче информации, чем считалось ранее, что устанавливает более низкие лимиты на их пиковую производительность.

Главным отличием квантовых компьютеров от обычных вычислительных машин является то, что их ячейки памяти - кубиты - являются одновременно и вычислительными устройствами. По этой причине, их мощность ограничивается двумя факторами: числом кубитов и временными издержками на их синхронизацию и обмен информацией.

Фосс-Фейг и его коллеги попытались определить, насколько быстро кубиты могут обмениваться информацией, получать ее извне или передавать во "внешний мир". Как показывали предыдущие расчеты, издержки на добавление новых вычислительных узлов в квантовый компьютер были относительно невелики и росли медленно по мере увеличения сложности его конструкции. Это давало надежду на быстрое создание подобных устройств.
Эти радужные планы основывались на одном простом трюке - физики считали, что изменение состояния кубита будет влиять не только на его соседей, но и на более далекие ячейки информации. Благодаря этому информация должна была распространяться по системе экспоненциально, а не линейно, что должно было экономить огромную массу времени и открывает дорогу для практически неограниченной вычислительной мощности.
Как показывает практика последних 10 лет в деле разработки квантовых компьютеров и расчеты Фосс-Фейг и его коллег, на самом деле все обстоит не так. Кубиты ведут себя подобным образом лишь при их небольшом количестве, а по мере роста числа вычислительных ячеек распространение информации между ними будет носить все более линейный характер. Это накладывает серьезные ограничение на пиковую скорость квантовых компьютеров и их масштабирование.
Томск [ссылка]
5 / 1
 
 
 
 
 
 
pepsikola4
Дата:
(15 апреля 2015 09:21)
#2
Ай, недотёпы всё равно будут писать кривой совт(основная причина глюков и тормозов всего современного оборудования).
Томск [ссылка]
3 / 0
 
 
 
 
 
 
smokejoker
Дата:
(15 апреля 2015 10:12)
#3
а GTA V потянет?
[ссылка]
1 / 2
 
 
 
 
 
 
alllex4
Дата:
(16 апреля 2015 03:35)
#4
как следует из описания, в мире все в порядке с алгоритмами решения всех этих замечательных задач (ранняя диагностика рака, создание искусственного интеллекта и поиск внеземных цивилизаций). То есть давно известно как это делать, что именно надо делать для решения и, грубо говоря, в какую сторону смотреть. Дело за малым, за более совершенным инструментом, коим и призван быть квантовый комп. Надо же... Еще интересная фраза "по мощности сравним с человеческим мозгом". Не совсем понятно по какой именно мощности.
[ссылка]
1 / 0
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 

Информация

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Оставлять свои CRAZY комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
Пожалуйста пройдите простую процедуру регистрации или авторизируйтесь под своим логином. Также вы можете войти на сайт, используя существующий профиль в социальных сетях (Вконтакте, Одноклассники, Facebook, Twitter и другие)

 
 
 
 
 
Наверх