Քվանտային համակարգիչ

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
Jump to navigation Jump to search
Քվանտային սխեմա, որը ներկայացնում է քվանտային համակարգչի ալգորիթմը

Քվանտային համակարգիչ, հաշվողական սարք, որն օգտագործում է քվանտային մեխանիկայի վիճակները (քվանտային վերադրում, քվանտային խճճվածություն) տվյալների փոխանցման և մշակման համար: Քվանտային համակարգիչը (ի տարբերություն դասականի) գործում է ոչ թե բիթերով (որոնք հնարավորություն ունեն ընդունել 0 կամ 1 արժեք), այլ քուբիթերով, որոնք միաժամանակ ընդունում են և 0 և 1 արժեքներ: Արդյունքում հնարավոր է դառնում մշակել բոլոր հնարավոր վիճակները միաժամանակ, ինչի շնորհիվ քվանտային համակարգիչը դասական համակարգիչների հետ համեմատած ահռելի առավելություն է ստանում որոշ ալգորիթմների շարքում[1]:

Լիարժեք ունիվերսալ քվանտային համակարգիչը համարվում է դեռևս հիպոթետիկ սարք, որի կառուցման հնարավորությունը մեծամասամբ կապված է քվանտային տեսության լուրջ զարգացման հետ՝ մի շարք մասնիկների և դժվար գիտական փորձերի շրջանում. տվյալ բնագավառում կատարվելիք մշակումները կապված են ժամանակակից ֆիզիկայի նորագույն հայտնագործությունների և ձեռքբերումների հետ: 2010-ական թվականների կեսերին գործնականորեն իրականացվում էին միայն եզակի փորձարարական համակարգեր, որոնք օգտագործում էին ալգորիթմների սահմանումը ոչ մեծ դժվարությամբ:

Տվյալ համակարգիչների համար գործնականապես առաջին բարձրորակ ծրագրավորման լեզուն է հանդիսանում Quipper լեզուն, որը ստեղծվել է Haskell ծրագրավորման լեզվի հիման վրա[2]:

Ներածում[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Քվանտային համակարգիչներ ստեղծելու միտքը տրվել է 1980 թվականին Յուրի Մանինի կողմից[3]:

Քվանտային համակարգիչի առաջին մոդելը ներկայացվել է Ռիչարդ Ֆեյմանի կողմից 1981 թվականին[4]: Շուտով Փոլ Բենիոֆը տեսականորեն նկարագրում է այսպիսի համակարգիչ ստեղծելու հիմքերը[5]:

Ինչպես նաև քվանտային համակարգչի ըմբռնումը 1983 թվականին առաջարկում է Սթիվեն Վիզները իր հոդվածում, որը նա փորձել էր հրապարակել շուրջ տաս տարի մինչև այս[6][7]:

Քվանտային համակարգչի անհրաժեշտությունը առաջանում է, երբ փորձում ենք ֆիզիկայի մեթոդներով հետազոտել բարդ բազմամասնիկային համակարգերը, ինչպիսին են, օրինակ օրգանական, կենսաբանական համակարգերը: Նման համակարգերի քվանտային վիճակների տարածությունները աճում են իրական մասնիկներից բաղկացած թվի աստիճանացույց պես, որի պահվածքը դասական համակարգիչների դեպքում անհնար է մոդելավորել արդեն դեպքում: Այդ իսկ պատճառով Վիզները և Ֆեյնմանը առաջարկում են ստեղծել քվանտային համակարգիչ:

Քվանտային համակարգիչն օգտագործվում է ոչ պոլինոմիալ դասի խնդիրների լուծման մի շարք ալգորիթմների համար, իսկ բնության քվանտային պրոցեսները, այսպես կոչված քվանտային ալգորիթմներում, օգտագործվում են քվանտոմեխանիկական էֆեկտներ, այդ թվում՝ քվանտային վերադրումը և քվանտային խճճվածությունը:

Եթե դասական պրոցեսորը յուրաքանչյուր պահի կարող է գտնվել վիճակներից որևէ մեկում, ապա քվանտային պրոցեսորը յուրաքանչյուր պահի կարող է գտնվել միաժամանակ բոլոր այս բազիսային վիճակներում, ընդ որում վիճակում քվանտային պրոցեսորը ունի հնարավորություն հանդես գալու իր կոմպլեքսային ամպլիտուդով: Նման քվանտային վիճակը կոչվում է տվյալների դասական վիճակների «քվանտային վերադրում» և ներկայացվում է որպես.

Բազիսային վիճակները կարող են ունենալ ավելի բարդ տեսք: Նման պարագայում քվանտային վերադրումը կարելի է նկարազարդել, օրինակ այսպես. «Պատկերացրեք ատոմ, որը կարող էր ենթարկվել ռադիոակտիվ տրոհման ժամանակի որոշակի պահի: Կամ էլ չենթարկվել: Մենք կարող ենք մտածցել, որ ատոմն ունի ընդամները երկու հնարավոր տարբերակ. «տրոհում» և «չտրոհում», սակայն քվանտային մեխանիկայում ատոմը կարող է ունենալ այսպես կոչված խառը վիճակ՝ «տրոհաչտրոհման», ավելի կոնկրետ՝ ո՛չ մեկը, ո՛չ էլ մյուսը, այլ ինչ-որ բան որը միավորում է երկու վիճակները: Նման վիճակն էլ հենց կոչվում է «վերադրում»»[8]:

Քվանտային վիճակը կարող է փոխվել ժամանակի ընթացքում երկու տարբեր սկզբունքային ճանապարհներով.

  1. Միավորված քվանտային գործողություն (քվանտային կափույր, անգլ.՝ quantum gate), հետագայում ուղղակի գործողություն:
  2. Չափում (կառավարում):

Եթե դասական վիճակում կա քվանտային կետերի էլեկտրոնների խմբի տարածական դիրք, որը կառավարվում է արտաքին դաշտում, ապա ունիտար գործողությունը հանդիսանում է Շրյոդինգերի հավասարման լուծումը:

Չափումը պատահական մեծություն է, որը ընդունում է արժեքներ համապատասխանաբար հավանականությամբ: Սրանում է Բորնի քվանտամեխանիկական կանոնի էությունը: Չափումը քվանտային վիճակի վերաբերյալ տեղեկություն ստանալու միակ հնարավորությունն է, քանի որ արժեքը մեզ համար անմիջականորեն մատչելի չէ: Քվանտային վիճակի չափումը չի կարող բերվել շրյոդինգերյան ունիտար էվոլյուցիայի, քանի որ ի տարբերություն վերջինիս այն անշրջելի է: Չափման արդյունքում տեղի է ունենում այսպես կոչված ալիքային ֆունկցիայի կոլապս, որի ֆիզիկական էությունը լիարժեքորեն պարզ չէ: Հաշվարկի ընթացքում քվանտային վիճակի սպոնտան վնասակար չափումները հանգեցնում են դեկոհերենտության՝ ունիտար էվոլյուցիայից շեղման, ինչը քվանտային համակարգչի ստեղծման հիմնական խոչընդոտն է (տես. քվանտային համակարգիչների ֆիզիկական իրականացում):

Հաշվարկներում «քվանտային զուգահեռություն» հասկացության էությունը կարող է մեկնաբանվել հետևյալ կերպ. «Հաշվարկներում օգտագործվող տվյալները քվանտային ինֆորմացիա են, որը գործընթացի ավարտին վերածվում է դասականի՝ քվանտային ռեգիստրի վերջնական վիճակի չափման միջոցով: Քվանտային ալգորիթմներում օգուտը ձևավորվում է այն բանի հաշվին, որ մեկ քվանտային գործողության կիրառման պարագայում մեծ թվով քվանտային վիճակների վերադրման գործակիցները, որոնք վիրտուալ առումով պարունակում են դասական ինֆորմացիա, փոխակերպվում են միաժամանակ [9]:

Տեսություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Քուբիթեր[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Քվանտային հաշվումների միտքը կայանում է նրոնաում, որ քվանտային համակարգը L երկմակարդակ քվանտային տարերից (քվանտային բիթ, քուբիթ) ունի 2L գծային անկախ կարգավիճակ, այսինքն քվանտային վերադրման սկզբունքի հետևանքով այդպիսի քվանտային ռեգիստրի վիճակի տարածությունը հանդիսանում է 2L-ային հիլբերտյան տարածություն: Քվանտային հաշվումներում կատարվող գործողությունները համապատասխանում են տվյալ տարածությունում ռեգիստրի վիճակի վեկտորի շրջմանը: Այդպիսով L քուբիթ չափային քվանտային հաշվումային սարքը փաստացի գործում է միաժամանակ նաև, որպես 2L դասական վիճակ:

Ֆիզիկական համակարգերը, որոնք իրականացնում են քուբիթները կարող են լինել ցանկացած առարկաներ, որոնք ունեն երկու քվանտային վիճակ. պրոտոնների բևեռացման վիճակը, ատոմների կամ իոնների մեկուսացած էլեկտրոնային վիճակը, ատոմների միջուկների սպինային վիճակ և այլն:

Հաշվում[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Հաշվման պարզեցված սխեման քվանտային համակարգչում ունի հետևյալ տեսքը. վերցվում է քուբիթների համակարգը, որի վրա գրվում է սկզբնական վիճակը: Հետո համակարգի վիճակը կամ նրա ենթահամակարգը փոփոխվում է միավորիչ փոխակերպումների միջնորդությամբ, որոնք կատարում են դրա նման կամ այլ տրամաբանական գործողություններ: Վերջում չափվում է արժեքը և դա համակարգչի աշխատանքի արդյունքն է: Դասական համակարգչի հաղորդալարերի դերը կատարում են քուբիթները, իսկ դասական համակարգիչների տրամաբանական բլոկների դերը կատարում է ունիտար փոխարկումը: Նման քվանտային պրոցեսսորների կոնցեպցիան և քվանտային տրամաբանական կափույրները առաջարկվել են 1989 թվականին Դևիդ Դոյչի կողմից: Նաև 1995 թվականին Դևիդ Դոյչը գտնում է ունիվերսալ տրամաբանական բլոկ, որի օգնությամբ հնարավոր է դառնում կատարել ցանկացած քվանտային հաշվարկ:

Պարզվում է, որ ցանկացած հաշվման կառուցման համար բավական է երկու բազային գործողություն: Քվանտային համակարգը տալիս է արդյունք, միայն ճշգրտության մի որոշ հավանականությամբ: Սակայն գործողությունների փոքր ավելացման հաշվին ալգորիթմում հնարավոր է մոտեցնել ճիշտ պատասխան ստանալու հավանականությունը մեկի:

Բազային քվանտային գործողությունների օգնությամբ հնարավոր է սովորական տրամաբանական տարրերի աշխատանքը կեղծել, ինչից էլ, որ պատրաստված են սովորական համակարգիչները: Այդ իսկ պատճառով ցանկացած խնդիր, որը լուծված է այժմ յուրաքանչյուր քվանտային համակարգիչ կլուծի համարյա նույն ժամանակահատվածում[10]:

Ժամանակակից ԷԲՄ-ների մեծամասնությունը աշխատում է նույն սխեմայով. հիշողության n բիթը պահպանում է վիճակը և ժամանակի յուրաքանչյուր տակտը փոփոխվում է պրոցեսսորի կողմից: Քվանտային դեպքում համակարգը n քուբիթներից գտնվում է այն վիճակում, որը հանդիսանում է բոլոր բազային վիճակների վերադումը, այդ իսկ պատճառով համակարգի փոփոխումը վերաբերում է բոլոր 2n բազային վիճակներին միաժամանակ: Տեսականորեն նոր համակարգը կարող է աշխատել դասականից բավականաչափ ավելի արագ: Գործնականորեն Գրովերի (քվանտային) ալգորիթմը տվյալների բազայում ցույց է տալիս հզորության քառակուսային աճը համեմատած դասական ալգորիթմների հետ:

Ալգորիթմներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

  • Գրովերի ալգորիթմը թույլ է տալիս գտնել հավասարման լուծումը ժամանակում:
  • Շորի ալգորիթմը թույլ է տալիս վերլուծել n բնական թիվը պարզ արտադիրչների log(n)-ից կախված պոլինոմիալ ժամանակում:
  • Զալկի - Վիզների ալգորիթմը թույլ է տալիս մոդելավորել մասերի քվանտային համակարգի ունիտար էվոլյուցիան քուբիթի օգտագործման համարյա գծային ժամանակահատվածում:
  • Դոյչի - Իոժի ալգորիթմը թույլ է տալիս մեկ հաշվարկի միջոցով պարզել հանդիսանում է արդյոք երկու փոփոխականներից բաղկացած f(n) ֆունկցիան անվերջ (f1(n) = 0, f2(n) = 1 անկախ n-ից) կամ «հավասարակշրռված» (f3(0) = 0, f3(1) = 1; f4(0) = 1, f4(1) = 0)
  • Սայմոնի ալգորիթմը լուծում է սև արկղի խնդիրը աստիճանացուցորեն ավելի արագ, քան ցանկացած դասական ալգորիթմ այդ թվում նաև հավանական ալգորիթմ:

Ապացուցվել է, որ ոչ բոլոր ալգորիթմների համար է հնարավոր քվանտային արագացում: Բացի դրանից քվանտային արագացում ստանալու հավանականությունը կամայական դասական ալգորիթմի համար համարվում է մեծ հազվագյուտություն:

Քվանտային տելեպորտացիա[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Տելեպորտացիայի ալգորիթմը իրագործում է քուբիթի մի վիճակի (կամ համակարգի) փոփոխումը մյուս վիճակին: Պարզագույն սխեմայում օգտագործվում է երեք քուբիթ. տելեպորտացվող քուբիթը և խճճված զույգը, որի մի քուբիթը գտնվում է լրիվ ուրիշ կողմում: Ալգորիթմի աշխատանքի արդյունքում աղբյուրի սկզբնական վիճակը խախտվում է, սա օրինակ է կլոնավորման անհնարինության ընդհանուր սկզբունքի համար, այսինքն սկզբնաղբյուրը չխախտելով քվանտային վիճակի ճիշտ կրկնօրինակ ստեղծելու հարցում: Չի ստացվի պատճենել սկզբնական վիճակը և տելեպորտացիան այդ գործողության փոխարինողն է:

Տելեպորտացիան թույլ է տալիս հաղորդել քվանտային վիճակը դասական կապի ալիքների միջոցով: Այսպիսով հնարավոր է դառնում, մասնավորապես ստանալ համակարգի կապային վիճակը, որը կազմված է ենթահամակարգերից, որոնք էլ ջնջված են մեծ տարածություններում:

Հնարավոր կիրառումներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Գաղտնագրության հավելված[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Շնորհիվ պարզ արտադրիչների վերլուծման բարձր արագության, քվանտային համակարգիչը թույլ է տալիս վերծանել հաղորդագրությունը, որը գրված է լայն կիրառություն ունեցող RSA-ի գաղտնագրական ալգորիթմով: Մինչև հիմա այդ ալգորիթմը համարվում է համեմատաբար վստահելի, քանի որ թվերի վերլուծումը պարզ արտադրիչների իրականացնող արդյունավետ եղանակ դեռևս դասական համակարգիչների դեպքում չկա: Դրա համար, օրինակ վարկային քարտի համար մուտք ստանալու համար հարյուր թվանշանի երկարություն ունենցող թիվը անհրաժեշտ է վերլուծել երկու պարզ արտադրիչի (անգամ գերհամակարգիչների համար այս աշխատանքը ավելի երկար ժամանակ կպահանջի, քան աշխարհի տարիքն է): Շնորհիվ Շորի քվանտային ալգորիթմի խնդիրը դառնում է մեծամասամբ իրականալի, իհարկե եթե քվանտային համակարգիչը ստեղծվի:

Քվանտային մեխանիկայի մտքերի կիրառման համար արդեն բացվել է նոր ժամանակաշրջան գաղտնագրության բնագավառում, քանի որ քվանտային գաղտնագրության մեթոդները նոր հնարավորություններն են տալիս հաղորդագրությունների փոխանցման ոլորտում[11]: Այս սեռի համակարգերի նախատիպերը գտնվում են մշակման փուլում[12]:

Արհեստական բանականության շրջանակներում տեղի ունեցած հետազոտություններ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Քվանտային համակարգիչները տեսության մեջ լավ համապատասխանում են մեքենայական ուսուցման կարիքներին: Նրանք մանիպուլյացիա է կատարում տվյալնների մեծ չափերի հետ մեկ փորձով և ունակ են մոդելավորել աստիճանացուցային չափի նեյրոնային ցանց[13]: 2013 թվականին Google ընկերությունը հայտարարում է քվանտային հետազոտություններ անցկացնող լաբարատորիայի բացման մասին, որը նպատակ ուներ արհեստական բանականության բնագավառում հետազոտություններ կատարել[14]: Volkswagen կոնցեռնը հետազոտություններ է անցկացնում քվանտային համակարգիչների կիրառման շրջանակներում՝ առանց վարորդների մեքենաներ և նոր տիպի մարտկոցների մշակման նպատակով (օգտագործվում են Google և D-Wave քվանտային համակարգիչները):

Մոլեկուլային մոդելավորում[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ենթադրվում է, որ քվանտային համակարգիչների օգնությամբ հնարավոր կդառնալ մոլեկուլային ճշգրիտ մոդելավորումը փոխազդեցություններում և քիմիական ռեակցիաներում: Քիմիական ռեակցիան իր տեսակի մեջ համարվում է քվանտային: Դասական համակարգիչներում հասանելի է միայն համեմատաբար պարզ մոլեկուլների վարքի հաշվումը[15]: Փորձագետների նախագուշակմամբ, քվանտային համակարգիչների շրջանակներում կատարվող մոդելավորումը բացում է նոր հեռանկարներ քիմիական բնագավառների զարգացման համար, մասնավորապես դեղորայքների ստեղծման ոլորտում[16]:

Քվանտային համակարգիչների ֆիզիկական իրականացում[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Քվանտային համակարգիչների ստեղծումը իրական ֆիզիկական սարքի տեղքով համարվում է 21-րդ դարում ֆիզիկայի հիմնական մեծագույն խնդիրներից մեկը: 2018 թվականի սկզբի դրությամբ պատրաստված են միայն քվանտային համակարգչի սահմանափակ տարբերակներ (ամենամեծ հնարված քվանտային ռեգիստրները ունեն մի քանի տասնյակ շղթայված քուբիթներ[17][18][19]):

Ֆիզիկական իրականացման սկզբունքներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Քվանտային համակարգչի գլխավոր տեխնոլոգիաներն են.

  1. Պնդամարմին քվանտային կետեր կիսահաղորդիչների վրա. որպես տրամաբանական քուբիթ օգտագործվում է կամ լիցքային վիճակը (էլեկտրոնի առկայությունը կամ բացակայությունը որոշ հատվածներում) կամ էլեկտրոնային ուղղվածությունը և/կամ տվյալ քվանտային կետում միջուկային թիկունքը: Կառավարումը իրականացվում է արտաքին պոտենցիալների և լազերային իմպուլսների միջոցով:
  2. Գերհաղորդական տարրեր (ջոզեֆսոնյան անցումներ, ՍՔՈՒԻԴ-ներ և այլն). որպես տրամաբանական քուբիթ օգտագործում է կուպերյան զույգի բացակայությունը կամ առկայությունը որոշ տարածական շրջանակներում: Կառավարում. արտաքին պոտենցիալ/մագնիսական հեղեղ:
  3. Պաուլի վակումային ծուղակների իոնները (կամ ատոմները օպտիկական ծուղակներում). որպես տրամաբական քուբիթ օգտագործվում է իոնում գտնվող արտաքին էլեկտրոնի հիմնական կամ գռգռված վիճակը: Կառավարում. դասական լազերային իմպուլսների ծուղակի միջով կամ ուղղվածությունը անհատական իոնների վրա + իոնային անսամբլի տատանողական վիճակներ: Այս սխեման առաջարկվել է 1994 թվականին Պետեր Ցոլլերի և Խուան Իգնասիո Սիրակի կողմից[20][21]:
  4. Խառը տեխնոլոգիաներ. նախապես պատրաստված ֆոտոնների խճճված վիճակների օգտագործումը ատոմային անսամբլների կառավարման համար կամ որպես դասական հաշվողական ցանցերի կառավարման տարրեր:

Քվանտային համակարգիչ ստեղծելու և կիրառման հետ կապված հիմնական խնդիրները.

  • անհրաժեշտ է ապահովել չափման բարձր ճշգրտությունը.
  • արտաքին ազդեցությունը (այդ թվում նաև ստացված արդյունքների փոխանցումը) կարող է վնասել քվանտային համակարգը կամ նրա մեջ աղավաղում մտցնի:

Կապակցված վիճակներում ինչքան շատ քուբիթներ են գտնվում, այդ ավելի կայուն է համարվում համակարգը: Քվանտային կատարելության հասնելու համար անհրաժեշտ է համակարգիչ որը կապվակված է տասնյակ քուբիթների հետ, աշխատում է կայուն և սխալների քչաթվությամբ: Հարցը նրանում է, թե մինչև ինչ աստիճանի է հնարավոր նման սարքի մասշտաբայնացումը (այսպես կոչված Մասշտաբայնեցման խնդիր): Այս խնդիրը համարվում է նոր զարգացում ապրող բազմաճյուղ քվանտային մեխանիկայի հետազոտությունների քննարկման առարկան: Կենտրոնական է այստեղ դեկոգերետության հարցը, որը մինչ այս անլուծելի է: Տարբեր մեկնաբանություններ կարելի է գտնել գրքերում[22][23][24]:

20-21-րդ դարերում մի շարք գիտական լաբարատորիաներում ստեղծվում են միաքուբիթ քվանտային պրոցեսսորներ:

Փորձարարական օրինակներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

2001 թվականի վերջում IBM-ը հայտարարում է յոթ-քուբիթային քվանտային համակարգչի հաջողությամբ պսակված թեստավորման մասին, որը իրականացվում էր ՅԱՄՐ-ի օգնությամբ: Նրանում օգտագործվել էր Շորի ալգորիթմը և հաշվում էր կատարել 15 թվի արտադրիչների վերաբերյալ[25]:

2005 թվականին Պաշկինի գիտական խմբի կողմից և ճապոնացի փորձագետների օգնությամբ ստեղծվում է երկքուբիթային քվանտային պրոցեսսոր գերհաղորդական տարրերի միջոցով[26]:

2009 թվականի նոյեմբերին Ստանդարտների ազգային համալասարանի ֆիզիկոսների և տեխնոլոգների կողմից ԱՄՆ-ում առաջին անգամ հաջողվում է կառուցել ծրագրավորված քվանտային համակարգիչ, որը բաղկացած էր երկու քուբիթից[27]:

2012 թվականի փետրվարին IBM ընկերությունը հաղորդում է քվանտային հաշվումներում ֆիզիական իրականացման հարցում գերհաղորդական քուբիթների օգտագործմամբ զգալի առաջընթացի մասին, որը ընկերության նշմամբ թույլ է տալիս աշխատանքներ վարել քվանտային համակարգչի ստեղծման հարցում[28]:

2012 թվականի ապրիլին Հարավային Կալիֆոռնիայի համալսարանի, Դելֆտայի տեխնոլոգիական համալսարանի, Այովա նահանգի համալսարանի և Կալիֆորնիական համալսարանի հետազոտական խմբերին հաջողվում է ստեղծել երկքուբիթային քվանտային համակարգիչ ադամանդի և բյուրեղի խառնուրդի միջոցով: Համակարգիչը գործում է սենյակային ջերմաստճանում և տեսականորեն համարվում է մասշտաբայնացվող: Որպես երկու տրամաբանական քուբիթներ օգտագործվել են համապատասխանաբար էլեկտրոնի ուղղվածությունը և ազոտի միջուկը: Դեկոգերենտության հնարավոր ազդեցությունների պաշտպանվելու նպատակող մշակվել է մի ողջ համակարգ, որը կազմում է միկրոալիքային իմպուլսի հետազոտումը որոշ երկարությամբ և չափով: Այս համակարգչի օգնության իրականացվում է Գրովերի ալգորիթմը գերագանձման չորս տարբերակներով, ինչը հնարավորություն էր տալիս ստանալ ճիշտ պատասխանը առաջին փորձից 95 % հավանականությամբ[29][30]:

2017 թվականի հուլիսին ֆիզիկոսների խումբը Ռուսական քվանտային կենտրոնի համահիմնադիր և Հարվարդի համալսարանի պրոֆեսսոր Միխայիլ Լուկինի գլխավորությամբ՝ ստեղծում է 51 քուբիթային ծրագրավորված քվանտային սիմուլյատոր[31]: Սա հանդիսանում է ներկայումս ամենաբարդ համակարգը տվյալ ոլորտում: Հեղինակները սիմուլյատորի աշխատունակության պարզման համար անցկացրել էր բարդ համակարգի մոդելավորում, որը բաղկացած է մի շարք մասերից: Սա հնարավորություն է տվել ֆիզիկոսներին նախագուշակել մի շարք նախկինում անհայտ էֆֆեկտներ[32]: Հենց նույն ժամանակաշրջանում Քրիստոֆեր Մոնրոյի գլխավորության տակ մեկ այլ գիտական խումբ Մերիլենդի համալսարանից, ստեղծում է 53 քուբիթային քվանտային սիմուլյատոր, որը հիմնված էր օպտիկական ծուղակի իոնային համակարգի վրա[33][34]: Այնուամենայնիվ այս երկու համակարգերը չեն հանդիսանում ունիվերսալ համակարգիչ և ստեղծված են միայն որոշ խնդիրներ լուծելու նպատակով[35][33]:

2017 թվականի նոյեմբերին IBM ընկերության գիտնականները հաջողությամբ ստեղծում և փորձարկում են 50 քվանտային պարպումներից բաղկացած պրոցեսսորի նախատիպը[36][37][38]:

2018 թվականի հունվարին Intel ընկերության կատարողական տնօրեն Բրայան Կրժանիչը տեղեկացնում է գերհաղորդական քվանտային չիփի ստեղծման մասին, որը նախատեսված էր որ պետք է ունենար 49 քուբիթ և պետք է կրեր «Tangle Lake» անունը: Նրա ենթադրություններով, քվանտային համակարգիչները կօգնեն դեղորայքների մշակման, ֆինանսական մոդելավորման և եղանակի տեսության հարցերում: Intel-ը աշխատում է քվանտային համակարգիչների մշակմամբ երկու ուղղվածությամբ. գերհաղորդիչների միջոցով սարքերի և «ետնային քուբիթերով» կայքարային չիպերի ստեղծման ուղիներով[39][40]:

2018 թվականի մարտին Google ընկերությունը հայտարարում է, որ իրենց հաջողվել է կառուցել 72 քուբիթային Bristlecone քվանտային պրոցեսսորը, որը հաշվումներում ունի սխալների շատ ցածր ցուցանիշ: Ընկերությունը չի ներկայացնում սարքավորման գլխավոր բնութագրիչները, սակայն հաստատում է, որ այն թույլ է տալիս հասնել քվանտային կատարելության: Համաձայն Google ընկերության փորձագետների հայտարարությունը, այն բանի համար, որ քվանտային համակարգիչը լուծի այնպիսի խնդիրներ, ինչպիսիք չի լուծում դասական համակարգիչը անհրաժեշտ է հետևել հետևյալ պայմաններին. համակարգիչը պետք է բաղկացած լինի ամենաքիչը 49 քուբիթներից, խորությունը պետք է գերազանցի 40 քուբիթը, իսկ սծալվելու հավանականությունը երկքուբիթային տրամաբանական տարրում պետք է կազմի ոչ ավելիn քան 0,5 %: Համակարգչի ստեղծման համար այս պահանջները կատարվում էին, բացառությամբ սխալների տոկոսային հարաբերակցությանը վերաբերող պայմանին (այն կազմում էր 0,6 %)[41][42]:

D-Wave ադիաբատիկ համակարգիչներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Չիպի նկար, որը մշակված է D-Wave Systems ընկերության կողմից: D-Wave պրոցեսսորը մշակված է 128 գերհաղորդական տրամաբանական տարրերով, որոնք ցուցադրում են գործողություններ կատարելու ղեկավարման շղթայակցված կապը:

D-Wave Systems կանադական ընկերությունը 2007 թվականից զբաղվում է տարատեսակ քվանտային համակարգիչների ստեղծմամբ. 16 քուբիթայիններից մինչև 2000 քուբիթային: D-Wave համակարգիչները նախատեսված են խնդիրների մի նեղ շրջանակների լուծման համար: Որոշ հետազոտողներ արտահայտել են իրենց կասկածները կապված այն բանի հետ, որ համակարգչային ընկերությունում իսկապես ապահովվում է զգալի քվանտային արագացումը, սակայն D-Wave համակարգիչները (որոնց գները տատանվում է 10-15 մլն դոլլարի շուրջ) գնվում էին Google, Lockheed Martin և Temporal Defense Systems ընկերությունների կողմից, ինչպես նաև Լոս-Ալամոսյան ազգային լաբարատորիայում գտնվող NASA-ի գործակալության կողմից[43][44]:

2015 թվականի դեկտեմբերին Google ընկերության փորձագետները հաստատում են, որ համաձայն իրենց հետազոտությունների D-Wave համակարգիչներում կիրառվում են քվանտային էֆֆեկտներ: Բացի դրանից 1000 քուբիթային համակարգչում քուբիթները տեղաբաշխված են քուբիթային խմբերով, որոնցից յուրաքանչյուրը իր մեջ պարունակում է 8 քուբիթ, ինչի միջոցով ստացվել էր հնարավորություն ալգորիթմներից մեկում 100 մլն անգամ ավելի լուծել խնդիրը, քան լուծվում էր դասական համակարգիչների դեպքում[45]:

Ծանոթագրություններ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

  1. Александр Ершов Квантовое превосходство // Популярная механика. — 2018. — № 5. — С. 54-59.
  2. «New language helps quantum coders build killer apps»։ New Scientist։ 2014-07-05։ Վերցված է 2014-07-20 
  3. Ю. И. Манин Вычислимое и невычислимое. — М.: Сов. радио, 1980. — С. 15.
  4. Feynman, R.P. Simulating physics with computers // International Journal of Theoretical Physics. — 1982. — V. 21. — Number 6. — P. 467—488. doi:10.1007/BF02650179 Статья представляет собой текст доклада на конференции в MIT 1981 года.
  5. P. Benioff (1982)։ «Quantum mechanical hamiltonian models of turing machines»։ Journal of Statistical Physics 29 (3): 515–546։ Bibcode:1982JSP....29..515B։ doi:10.1007/BF01342185 
  6. S. Weisner (1983)։ «Conjugate coding»։ Association for Computing Machinery, Special Interest Group in Algorithms and Computation Theory 15: 78–88 
  7. A. Zelinger, Dance of the Photons: From Einstein to Quantum Teleportation, Farrar, Straus & Giroux, New York, 2010, pp. 189, 192, ISBN 0-374-23966-5
  8. Leah Henderson and Vlatko Vedral, Quantum entanglement // Centre for Quantum Information and Foundations, Cambridge.
  9. Холево, А. Квантовая информатика: прошлое, настоящее, будущее // В мире науки. — июль 2008. — № 7
  10. Google купил квантовый компьютер D-Wave для лаборатории искусственного разума
  11. Валиев, К. А. Квантовая информатика: компьютеры, связь и криптография // Вестник российской академии наук. — 2000. — Том 70. — № 8. — С. 688—695
  12. Созданы прототипы квантовых компьютеров // lenta.ru
  13. Первостепенная задача квантовых компьютеров – усиление искусственного интеллекта, geektimes.ru, 4 марта 2018 года.
  14. Google создаст искусственный интеллект на квантовом компьютере
  15. Шесть примеров, когда квантовые компьютеры нам очень помогут, hi-news.ru, 4 Июля 2017 г.
  16. Артём Коржиманов: «Итоги 2017 года в физике»
  17. «14 quantum bits: Physicists go beyond the limits of what is currently possible in quantum computation» (անգլերեն)։ University of Innsbruck, Phys.org։ Apr 01, 2011։ Վերցված է 2015-06-28 
  18. Lisa Zyga (Nov 28, 2014)։ «New largest number factored on a quantum device is 56,153» (անգլերեն)։ Phys.org։ Վերցված է 2015-06-28 
  19. Google создала 72-кубитный квантовый компьютер
  20. J. I. Cirac, P. Zoller Quantum Computations with Cold Trapped Ions // Physical Review Letters. — 1995-05-15. — В. 20. — Т. 74. — С. 4091–4094. — doi:10.1103/PhysRevLett.74.4091
  21. Ferdinand Schmidt-Kaler, Hartmut Haeffner, Mark Riebe, Stephan Gulde, Gavin P T Lancaster Realization of the Cirac-Zoller controlled-NOT quantum gate // Nature. — 2003-04-01. — Т. 422. — С. 408–11. — doi:10.1038/nature01494
  22. Р. Пенроуз, Путь к Реальности
  23. X.Бройер, Ф.Петруччионе. Теория открытых квантовых систем Արխիվացված է Դեկտեմբեր 15, 2013 Wayback Machine-ի միջոցով:
  24. Ю. И. Ожигов. Конструктивная физика Արխիվացված է Սեպտեմբեր 2, 2013 Wayback Machine-ի միջոցով: // rcd.ru
  25. «Biggest quantum computer to date» (անգլերեն)։ Geek.com։ Dec. 24, 2001։ Վերցված է 2015-06-28 
  26. http://dml.riken.jp/pub/nori/pdf/PhysicaC_426_1552_Coherent_manipulations.pdf(չաշխատող հղում)
  27. First universal programmable quantum computer unveiled
  28. IBM сообщает об успехах в создании квантового компьютера // oszone.net
  29. Дефекты кристаллической решетки алмаза позволили создать «блистающий» квантовый компьютер
  30. Quantum computer built inside diamond — article with reference to the original work in Nature
  31. Hannes Bernien, Sylvain Schwartz, Alexander Keesling, Harry Levine, Ahmed Omran Probing many-body dynamics on a 51-atom quantum simulator (En) // Nature. — 2017/11. — В. 7682. — Т. 551. — С. 579–584. — ISSN 1476-4687. — doi:10.1038/nature24622 — 1707.04344
  32. Владимир Королев։ «Российско-американские физики создали рекордно сложный 51-кубитный квантовый компьютер»։ nplus1.ru։ Վերցված է 2017-07-15 
  33. 33,0 33,1 J. Zhang, G. Pagano, P. W. Hess, A. Kyprianidis, P. Becker Observation of a many-body dynamical phase transition with a 53-qubit quantum simulator (En) // Nature. — 2017/11. — В. 7682. — Т. 551. — С. 601–604. — ISSN 1476-4687. — doi:10.1038/nature24654 — 1708.01044
  34. Владимир Королев։ «Физики создали рекордно сложный 53-кубитный квантовый вычислитель»։ nplus1.ru։ Վերցված է 2018-01-14 
  35. «Quantum simulator with 51 qubits is largest ever»։ New Scientist (en-US)։ Վերցված է 2017-07-21 
  36. https://www.ibm.com/blogs/research/2017/11/the-future-is-quantum/?
  37. https://www.technologyreview.com/s/609451/ibm-raises-the-bar-with-a-50-qubit-quantum-computer/
  38. «IBM создала мощнейший квантовый компьютер» (ռուսերեն)։ Корреспондент.net։ 2017-11-12։ Վերցված է 2017-11-13 
  39. CES 2018: Intel продвинулась в квантовых и нейроморфных вычислениях, 3dnews.ru, 9 января 2018 года.
  40. 2018 CES: Intel Advances Quantum and Neuromorphic Computing Research, сайт Intel, 8 января 2018 года.
  41. Google построил 72-кубитный квантовый компьютер, N+1, 5 марта 2018 г.
  42. A Preview of Bristlecone, Google’s New Quantum Processor, Блог Google Research Blog, 5 марта 2018 года.
  43. D-Wave Sells Quantum Computer to Lockheed Martin
  44. Customers, сайт D-Wave.
  45. 3Q: Scott Aaronson on Google’s new quantum-computing paper, 11 декабря 2015.

Գրականություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Հոդվածներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Գրքեր[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

  • Квантовые вычисления за и против / Под ред. Садовничего В. А.
  • Квантовый компьютер и квантовые вычисления / Под ред. Садовничего В. А.
  • Баумейстер Д., Экерт А., Цайлингер А. Физика квантовой информации. — М.: Постмаркет, 2002. — 376 с.
  • Валиев К. А., А. А. Кокин Квантовые компьютеры: надежды и реальность. — Ижевск: РХД, 2004. — 320 с.
  • Дойч Д. Структура реальности. — Ижевск: РХД, 2001. — 400 с.
  • Кайе Ф., Лафламм Р., Моска М. Введение в квантовые вычисления. — Ижевск: РХД, 2009. — 360 с.
  • Китаев А., Шень А., Вялый М. Классические и квантовые вычисления. — М.: МЦНМО, 1999. — 192 с.(չաշխատող հղում)
  • Нильсен М., Чанг И. Квантовые вычисления и квантовая информация. — М.: Мир, 2006. — 824 с.
  • Ожигов Ю. И. Квантовые вычисления. — М.: Макс Пресс, 2003. — 152 с.
  • Ожигов Ю. И. Конструктивная физика. — Ижевск: РХД, 2010. — 424 с.
  • Прескилл Дж. Квантовая информация и квантовые вычисления. — Ижевск: РХД, 2008-2011. — 464+312 с.
  • Скотт Ааронсон Квантовые вычисления со времен Демокрита = Scott Aaronson. Quantum Computing since Democritus. — М.: Альпина Нон-фикшн, 2017. — 494 p. — ISBN 978-5-91671-751-8 (Сайт курса - https://www.scottaaronson.com/democritus/)

Արտաքին հղումներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

դասախոսություններ