Քվանտային համակարգիչ

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։

Լիարժեք ունիվերսալ քվանտային համակարգիչը համարվում է դեռևս հիպոթետիկ սարք, որի կառուցման հնարավորությունը մեծ մասամբ 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։

Ներածում

Քվանտային համակարգիչներ ստեղծելու միտքը տրվել է 1980 թվականին Յուրի Մանինի կողմից։

Քվանտային համակարգիչի առաջին մոդելը ներկայացվել է Ռիչարդ Ֆեյմանի կողմից 1981 թվականին։ Շուտով Փոլ Բենիոֆը տեսականորեն նկարագրում է այսպիսի համակարգիչ ստեղծելու հիմքերը։

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

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 $n$ իրական մասնիկներից բաղկացած թվի աստիճանացույց պես, որի պահվածքը դասական համակարգիչների դեպքում անհնար է մոդելավորել արդեն $n=10$ 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 $|0\rangle ,|1\rangle ,\ldots ,|N-1\rangle$ վիճակներից որևէ մեկում, ապա քվանտային պրոցեսորը յուրաքանչյուր պահի կարող է գտնվել միաժամանակ բոլոր այս բազիսային վիճակներում, ընդ որում $|j\rangle$ վիճակում քվանտային պրոցեսորը ունի հնարավորություն հանդես գալու իր $\lambda _{j}$ կոմպլեքսային ամպլիտուդով։ Նման քվանտային վիճակը կոչվում է տվյալների դասական վիճակների «քվանտային վերադրում» և ներկայացվում է որպես.

$|\Psi \rangle =\sum \limits _{j=0}^{N-1}\lambda _{j}|j\rangle .$

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»»։

Քվանտային $|\Psi \rangle$ 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 $|j\rangle$ վիճակում կա քվանտային կետերի էլեկտրոնների խմբի տարածական դիրք, որը կառավարվում է $V$ արտաքին դաշտում, ապա ունիտար գործողությունը հանդիսանում է Շրյոդինգերի հավասարման լուծումը։

Չափումը պատահական մեծություն է, որը ընդունում է $|j\rangle ,\ j=0,1,\ldots ,N-1$ արժեքներ համապատասխանաբար $|\lambda _{j}|^{2}$ հավանականությամբ։ Սրանում է Բորնի քվանտամեխանիկական կանոնի էությունը։ Չափումը քվանտային վիճակի վերաբերյալ տեղեկություն ստանալու միակ հնարավորությունն է, քանի որ $\lambda _{j}$ 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 $|\Psi \rangle$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։

Տեսություն

Քուբիթեր

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

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։

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

• Գրովերի ալգորիթմը թույլ է տալիս գտնել $f(x)=1,\;0\leq x<N$ հավասարման լուծումը $O({\sqrt {N}})$ 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 $n$ մասերի քվանտային համակարգի ունիտար էվոլյուցիան $O(n)$ 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

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

Գաղտնագրության հավելված

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 մեծ մասամբ 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։ Այս սեռի համակարգերի նախատիպերը գտնվում են մշակման փուլում։

Արհեստական բանականության շրջանակներում տեղի ունեցած հետազոտություններ

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։ 2013 թվականին Google ընկերությունը հայտարարում է քվանտային հետազոտություններ անցկացնող լաբարատորիայի բացման մասին, որը նպատակ ուներ արհեստական բանականության բնագավառում հետազոտություններ կատարել։ 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

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։ Փորձագետների նախագուշակմամբ, քվանտային համակարգիչների շրջանակներում կատարվող մոդելավորումը բացում է նոր հեռանկարներ քիմիական բնագավառների զարգացման համար, մասնավորապես դեղորայքների ստեղծման ոլորտում։

Քվանտային համակարգիչների ֆիզիկական իրականացում

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):

Ֆիզիկական իրականացման սկզբունքներ

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։
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։

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

Փորձարարական օրինակներ

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։

2005 թվականին Պաշկինի գիտական խմբի կողմից և ճապոնացի փորձագետների օգնությամբ ստեղծվում է երկքուբիթային քվանտային պրոցեսսոր գերհաղորդական տարրերի միջոցով։

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։

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։

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։

2017 թվականի հուլիսին ֆիզիկոսների խումբը Ռուսական քվանտային կենտրոնի համահիմնադիր և Հարվարդի համալսարանի պրոֆեսսոր Միխայիլ Լուկինի գլխավորությամբ՝ ստեղծում է 51 քուբիթային ծրագրավորված քվանտային սիմուլյատոր։ 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։ 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։ Այնուամենայնիվ այս երկու համակարգերը չեն հանդիսանում ունիվերսալ համակարգիչ և ստեղծված են միայն որոշ խնդիրներ լուծելու նպատակով։

2017 թվականի նոյեմբերին IBM ընկերության գիտնականները հաջողությամբ ստեղծում և փորձարկում են 50 քվանտային պարպումներից բաղկացած պրոցեսսորի նախատիպը։

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։

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 %)։

D-Wave ադիաբատիկ համակարգիչներ

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։

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։

Գրականություն

Հոդվածներ

• Опенов Л. А. Спиновые логические вентили на основе квантовых точек // Соросовский образовательный журнал, 2000, т. 6, № 3, с. 93-98;
• G. Brassard, I. Chuang, S. Lloyd, C. Monroe. Quantum computing Արխիվացված 2018-10-20 Wayback Machine // PNAS. — 1998. — Vol. 95. — P. 11032—11033.
• Килин С. Я. Квантовая информация // УФН. — 1999. — Т. 169. — C. 507—527.
• Валиев К. А. Квантовые компьютеры: можно ли их сделать «большими»? // УФН. — 1999. — Т. 169. — C. 691—694.
• A. M. Steane, E. G. Rieffel. Beyond Bits: The Future of Quantum Information Processing // IEEE Computer. — January 2000. — P. 38—45.
• Kilin S.Ya. Quanta and information // Progress in optics. — 2001. — Vol. 42. — P. 1-90.
• Валиев К. А. Квантовые компьютеры и квантовые вычисления // УФН. — 2005. — Т. 175. — C. 3—39.
• T. D. Ladd, F. Jelezko, R. Laflamme, Y. Nakamura, C. Monroe, J. L. O’Brien. Quantum Computing // Nature. — 2010. — Vol. 464. — P. 45—53.
• Квантовый компьютер и квантовые вычисления. Глав. ред. В. А. Садовничий, Ижевск: ИЖТ, 1999. — 288с.

Գրքեր

• 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

Քվանտային համակարգիչ էջը Վիքիպահեստում

• Հոլովակը բացելու համար սեղմել այստեղ
• Ֆիզիկական գիտություններով զբաղվող Մերիլենդի համալսարանի լաբարատորիա Արխիվացված 2019-02-05 Wayback Machine:
• Քվանտային համակարգչի երևակայական պատմությունը
• Ambainis, Andris; Chakrabarti, Bikas K. (2008). «Quantum Annealing and Analog Quantum Computation». Rev. Mod. Phys. 80 (3): 1061–1081. arXiv:0801.2193. doi:10.1103/RevModPhys.80.1061.
• Բացահայտում քվանտային համակագչի բնագավառում Արխիվացված 2020-02-04 Wayback Machine
• [1]

դասախոսություններ

• Հոլովակը բացելու համար սեղմել այստեղ
• Քվանտային համակարգում հաստատունների համար – 22 վիդեո դասախոսություններ Մայքլ Նիելսենի կողմից
• Վիդեո դասախոսություններ Դևիդ Դոչի կողմից
• Դասախոսություններ Հենրի Պոինքերի անվան համալսարանում (սալիկահանդեսներ և վիդեոներ)
• Առցանց դասախոսություն Քվանտային համակարգիչներ թեմայով, Էդվարդ Գերջուոյի կողմից (2008)
• Quantum Computing research by Mikko Möttönen at Aalto University (video) ՅուԹյուբում