Afọ iri ka e mesịrị, ọ dịghị onye maara mgbe

Onye na-amachaghị ihe bụ́ onye gụworo ọtụtụ akwụkwọ banyere kọmpụta quantum pụrụ inwe echiche na ha bụ igwe “na-apụ apụ” nke na-arụ ọrụ n’otu ụzọ ahụ dị ka kọmpụta a na-emekarị. Ọ dịghị ihe nwere ike ịdị njọ karịa. Ụfọdụ kwenyere na o nwebeghị kọmpụta quantum. Ndị ọzọ na-eche ihe a ga-eji mee ya ebe ọ bụ na e mebereghị ha iji dochie sistemụ efu.

Anyị na-anụkarị na kọmpụta quantum nke mbụ na-arụ ọrụ nke ọma ga-apụta n'ihe dị ka afọ iri. Otú ọ dị, dị ka Linley Gwennap, bụ́ onye isi nyocha na Linley Group, kwuru n’isiokwu ahụ, “Mgbe ndị mmadụ na-ekwu na kọmputa quantum ga-apụta n’ime afọ iri, ha amaghị mgbe ọ ga-eme.”

N'agbanyeghị ọnọdụ a edoghị anya, ikuku nke asọmpi maka ihe a na-akpọ nke kacha elu. Na-eche banyere ọrụ quantum na ihe ịga nke ọma nke ndị China, ndị ọchịchị America gafere National Quantum Initiative Act na Disemba gara aga (1). Ezubere akwụkwọ a iji nye nkwado gọọmentị etiti maka nyocha, mmepe, ngosipụta na ngwa nke mgbakọ na mwepụ na teknụzụ. N'ime afọ iri dị egwu, gọọmentị US ga-emefu ijeri ijeri iji wuo akụrụngwa mgbakọ na mwepụ, usoro gburugburu ebe obibi, na were ndị mmadụ n'ọrụ. Ndị isi niile na-emepụta kọmpụta quantum - D-Wave, Honeywell, IBM, Intel, IonQ, Microsoft na Rigetti, yana ndị mepụtara quantum algọridim 1QBit na Zapata nabatara nke a. National Quantum Initiative.

Ndị ọsụ ụzọ D-WAve

Na 2007, D-Wave Systems webatara mgbawa 128-qubit (2), kpọrọ kọmpụta quantum mbụ n'ụwa. Otú ọ dị, ọ bụghị ihe doro anya ma enwere ike ịkpọ ya - naanị ọrụ ya ka egosiri, na-enweghị nkọwa ọ bụla nke nhazi ya. N'afọ 2009, D-Wave Systems mepụtara usoro nyocha ihe oyiyi "quantum" maka Google. Na Mee 2011, Lockheed Martin nwetara kọmpụta quantum nke D-Wave Systems rụpụtara. D-efegharị otu maka $ 10 nde, mgbe ị na-edebanye aha nkwekọrịta ọtụtụ afọ maka ọrụ ya na mmepe nke algọridim kwesịrị ekwesị.

Na 2012, igwe a gosipụtara usoro nke ịchọta protein protein nke helical na ume kacha ala. Ndị nyocha na D-Wave Systems na-eji sistemụ nwere ọnụọgụ dị iche iche qubits, rụrụ ọtụtụ mgbakọ na mwepụ, bụ́ ndị ụfọdụ n'ime ha karịrị ike nke kọmputa oge gboo. Otú ọ dị, na mmalite 2014, John Smolin na Graham Smith bipụtara akwụkwọ na-arụ ụka na igwe D-Wave Systems abụghị igwe. N'oge na-adịghị anya mgbe nke a gasịrị, Physics of Nature gosipụtara nsonaazụ nnwale ndị gosipụtara na D-Wave One bụ mgbe niile ...

Nnwale ọzọ, emere na June 2014, egosighi ọdịiche dị n'etiti kọmpụta kpochapụwo na igwe D-Wave Systems, mana ụlọ ọrụ ahụ zara na ihe dị iche bụ naanị ihe a na-ahụ anya maka nsogbu dị mgbagwoju anya karịa ndị edoziri na ule ahụ. Ná mmalite nke 2017, ụlọ ọrụ ahụ webatara ụgbọ ala e chere na ọ nwere 2 puku qubitsnke bụ ugboro 2500 ngwa ngwa karịa algọridim nke oge gboo kacha ọsọ. Ọzọkwa, ọnwa abụọ ka e mesịrị, otu ìgwè ndị ọkà mmụta sayensị gosipụtara na ntụnyere a ezighị ezi. Nye ọtụtụ ndị na-arụ ụka, sistemụ D-Wave ka na-abụghị kọmpụta quantum, mana ha ịme anwansị iji oge gboo ụzọ .

Ọgbọ nke anọ D-Wave usoro na-eji mkpochapu quantumna steeti qubit na-aghọta site na superconducting quantum circuits (dabere na nke a na-akpọ Josephson junctions). Ha na-arụ ọrụ na gburugburu ebe efu-efu ma na-anya isi sistemụ 2048-qubit. Na njedebe nke 2018, D-Wave webatara n'ahịa BOUNCE, ya bụ, gị gburugburu ngwa ngwa n'ezie oge (KAE). Ihe ngwọta igwe ojii na-enye ndị ahịa mpụga ohere ịnweta mgbakọ quantum ozugbo.

Na February 2019, D-Wave kwupụtara ọgbọ na-abịa  Pegasus. A mara ọkwa na ọ bụ "usoro ọnụọgụ ahịa kachasị ukwuu n'ụwa" yana njikọ iri na ise kwa qubit kama ịbụ isii, yana karịa 5 qubits na ịgbanwuo kagbuo mkpọtụ na ọkwa amabeghị mbụ. Ngwaọrụ kwesịrị ịga na-ere n'etiti afọ na-abịa.

Qubits, ma ọ bụ nnukwu ọnọdụ gbakwunyere njikọ

Ndị nhazi kọmpụta ọkọlọtọ na-adabere na ngwugwu, ma ọ bụ iberibe ozi, nke ọ bụla na-anọchi anya otu ee ma ọ bụ mba. Ndị nhazi Quantum dị iche iche. Ha anaghị arụ ọrụ n'ụwa efu-otu. ikiaka ọkpụkpụ, Nke kacha nta na nke a na-ekewaghị ekewa nke ozi quantum bụ usoro akụkụ abụọ akọwapụtara oghere hilbert. Ya mere, ọ dị iche na bat kpochapụwo na ọ nwere ike ịbanye ọ bụla superposition steeti quantum abụọ. Dị ka ihe atụ anụ ahụ nke qubit, ihe atụ a na-enyekarị bụ urughuru nwere atụ ½, dị ka eletrọn, ma ọ bụ polarization nke otu foton.

Iji jikwaa ike qubits, ị ga-ejikọrịrị ha site na iji usoro akpọrọ mgbagwoju anya. Na qubit ọ bụla agbakwunyere, ike nhazi nke ihe nrụpụta okpukpu abụọ onwe gi, ebe ọ bụ na ọnụ ọgụgụ nke entanglements na-esonyere na ntinye nke qubit ọhụrụ na steeti niile dị ugbu a na processor (3). Mana imepụta na ijikọta qubits wee gwa ha ka ha rụọ mgbako dị mgbagwoju anya abụghị ọrụ dị mfe. Ha na-anọ oke mmetụta maka mmetụta mpụganke nwere ike iduga njehie mgbako na, n'ọnọdụ kachasị njọ, na ire ere nke qubits jikọtara ọnụ, ya bụ. ndakọrịtanke bụ ezigbo ọbụbụ ọnụ nke sistemu quantum. Ka a na-agbakwụnyekwu qubits, mmetụta ọjọọ nke ndị agha mpụga na-abawanye. Otu ụzọ isi dozie nsogbu a bụ ime ka ndị ọzọ nwee ike qubits "Njikwa"onye naanị ọrụ ya bụ ịlele na mezie data mmepụta.

3. Ihe nnọchianya nke usoro IBM 50-qubit

Agbanyeghị, nke a pụtara na a ga-achọ kọmpụta quantum dị ike karịa, bara uru maka idozi nsogbu ndị dị mgbagwoju anya dị ka ikpebi ka ụmụ irighiri protein na-agbakọ ma ọ bụ ịmegharị usoro anụ ahụ n'ime atom. zuru oke. Tom Watson nke Mahadum Delft dị na Netherlands gwara BBC na nso nso a:

-

Na nkenke, ọ bụrụ na kọmpụta quantum chọrọ ịwepụ, ịkwesịrị iwepụta ụzọ dị mfe iji mepụta ndị nrụpụta qubit buru ibu ma kwụsie ike.

N'ihi na qubits anaghị akwụsi ike, ịmepụta usoro na ọtụtụ n'ime ha siri ike. Ya mere, ọ bụrụ na, n'ikpeazụ, qubits dị ka quantum computing echiche dara, ndị ọkà mmụta sayensị nwere ihe ọzọ: quantum qubit ọnụ ụzọ ámá.

Ndị otu Mahadum Purdue bipụtara ọmụmụ na npj Quantum Information na-akọwapụta ihe okike ha. Ndị ọkà mmụta sayensị kwenyere na KuditN'adịghị ka qubits, ha nwere ike ịdị n'ihe karịrị steeti abụọ-dịka ọmụmaatụ, 0, 1, na 2-na maka steeti ọ bụla agbakwunyere, ike mgbakọ nke otu qudit na-abawanye. N'ikwu ya n'ụzọ ọzọ, ịkwesịrị itinye koodu na hazie otu ozi ahụ. obere ama karịa qubits.

Iji mepụta ọnụ ụzọ ọnụọgụ nwere qudits, ndị otu Purdue debere qudits anọ n'ime foton abụọ jikọtara ọnụ na usoro ugboro na oge. Ndị otu ahụ họọrọ foton n'ihi na gburugburu ha anaghị emetụta ha n'ụzọ dị mfe, yana iji ọtụtụ ngalaba na-enye ohere maka njikọ dị ukwuu na foton ole na ole. Ọnụ ụzọ ámá emechara nwere ike mgbakọ nke 20 qubits, n'agbanyeghị na ọ chọrọ naanị qudits anọ, na-agbakwụnye nkwụsi ike n'ihi iji foton, na-eme ka ọ bụrụ usoro na-ekwe nkwa maka kọmputa quantum n'ọdịnihu.

Silicon ma ọ bụ ion ọnyà

Ọ bụ ezie na ọ bụghị onye ọ bụla na-ekerịta echiche a, iji silicon na-emepụta kọmputa quantum yiri ka ọ nwere nnukwu uru, ebe ọ bụ na nkà na ụzụ silicon emebere nke ọma na enweelarị nnukwu ụlọ ọrụ jikọtara ya. A na-eji silicon na Google na IBM's quantum processors, n'agbanyeghị na ọ na-ajụ oyi ka ọ dị obere okpomọkụ. Ọ bụghị ihe dị mma maka sistemu quantum, mana ndị sayensị na-arụ ọrụ na ya.

Dị ka akwụkwọ e bipụtara na nso nso a na Nature si kwuo, otu ndị na-eme nchọpụta na-eji ike microwave dozie ihe abụọ electron kwụsịrị na silicon wee jiri ha mee usoro nyocha. Otu ahụ, nke gụnyere, karịsịa, ndị ọkà mmụta sayensị na Mahadum Wisconsin-Madison, "kwụsịtụrụ" otu qubits electron na usoro silicon, nke a na-ekpebi site na ike nke radieshon microwave. N'ebe dị elu, eletrọn ahụ na-atụgharị n'otu oge gburugburu anyụike abụọ dị iche iche. A na-ejikọta qubits abụọ ahụ ma hazie ya iji mee nyocha nyocha, mgbe nke ahụ gasịrị, ndị nchọpụta jiri data nke usoro ahụ na-emepụta na data natara site na kọmputa ọkọlọtọ na-eme otu nyocha ule. Mgbe mezie data, a programmable abụọ-bit quantum silicon processor.

Ọ bụ ezie na ọnụego njehie ahụ ka dị elu karịa nke a na-akpọ ọnyà ion (ngwaọrụ na-echekwa ihe ndị a na-ebo ebubo dị ka ion, electrons, protons ruo oge ụfọdụ) ma ọ bụ kọmputa.  dabere na superconductors dị ka D-Wave, mmezu a ka dị ịrịba ama n'ihi na ikewapụ qubits na mkpọtụ mpụga siri ike. Ndị ọkachamara na-ahụ ohere iji tụọ ma melite usoro. Na iji silicon, site na nkà na ụzụ na nke akụ na ụba, bụ isi ihe dị mkpa ebe a.

Otú ọ dị, maka ọtụtụ ndị nchọpụta, silicon abụghị ọdịnihu nke mgbakọ mgbakọ na mwepụ. Disemba gara aga, ozi pụtara na ndị injinia sitere na ụlọ ọrụ America bụ IonQ jiri ytterbium mepụta kọmpụta kọmpụta kacha arụ ọrụ n'ụwa karịa sistemụ D-Wave na IBM.

Ihe si na ya pụta bụ igwe nwere otu atom na ọnyà ion (4) na-eji otu qubit data maka itinye koodu, a na-ejikwa qubits wee tụọ ya site na iji pulses laser pụrụ iche. Kọmputa ahụ nwere ebe nchekwa nke nwere ike ịchekwa 160 qubits nke data. Ọ nwekwara ike ịrụ mgbako na 79 qubits n'otu oge.

4. IonQ ion ọnyà eserese

Ndị ọkà mmụta sayensị si IonQ mere ule ọkọlọtọ nke ihe a na-akpọ Bernstein-Waziraniego algọridim. Ọrụ nke igwe ahụ bụ ịkọ nọmba n'etiti 0 na 1023. Kọmputa oge ochie chọrọ nnwale iri na otu maka ọnụọgụ 10-bit. Kọmputa quantum na-eji ụzọ abụọ were were nkweta 100% maa ihe ga-esi na ya pụta. Na nnwale mbụ, kọmpụta quantum nke IonQ chepụtara nkezi nke 73% nke ọnụọgụ ndị enyere. Mgbe algọridim na-agba ọsọ maka ọnụọgụ ọ bụla n'etiti 1 na 1023, kọmputa nkịtị nwere 0,2% ohere ịga nke ọma, ma IonQ nwere 79% ohere ịga nke ọma.

IonQ kwenyere na sistemụ dabere na ọnyà ion dị elu karịa kọmpụta silicon quantum nke Google na ụlọ ọrụ ndị ọzọ na-ewu. Matriks 79-qubit ha dị elu karịa nke Google's Bristlecone quantum processor site na 7 qubits. Nsonaazụ ionQ bụkwa ihe na-akpali akpali ma a bịa na ntụkwasị obi sistemụ. Dị ka ndị na-emepụta igwe si kwuo, maka otu qubit ọ na-anọgide na 99,97%, nke pụtara njehie 0,03%, ebe nsonaazụ kacha mma nke asọmpi ahụ ruru ihe dịka 0,5%. Ọnụego mperi abụọ-bit maka ngwaọrụ IonQ kwesịrị ịbụ 99,3%, ebe ọtụtụ ndị asọmpi nọ n'okpuru 95%.

Ọ bara uru ịgbakwunye na, dị ka ndị nchọpụta Google si kwuo, nke kacha elu - isi ebe kọmpụta quantum na-arụ ọrụ karịa igwe ndị ọzọ niile dị - enwere ike iru ya na kọmpụta quantum 49-qubit, ma ọ bụrụhaala na ọnụego njehie na ọnụ ụzọ qubit abụọ dị n'okpuru 0,5%. Otú ọ dị, usoro ọnyà ion na mgbakọ quantum ka na-eche nsogbu ndị siri ike ihu: oge ​​igbu oge na nnukwu nha, yana izi ezi na scalability nke nkà na ụzụ.

Ebe ewusiri ike nke mkpọmkpọ ebe na nsonaazụ ndị ọzọ

Na Jenụwarị 2019, na CES 2019, onye isi IBM Ginni Rometty kwupụtara na IBM enyelarị sistemụ ịgbakọ ọnụ ọnụ maka iji azụmaahịa. IBM quantum kọmputa5) dị na New York dị ka akụkụ nke usoro ahụ IBM Q Sistemụ Otu. Iji Q Network na Q Quantum Compputational Center, ndị mmepe nwere ike iji ngwa Qiskit n'ụzọ dị mfe iji chịkọta algọridim quantum. Ya mere, ike mgbako nke IBM quantum kọmputa dị ka ọrụ mgbako igwe, ọnụ ahịa ezi uche dị na ya.

D-Wave anọwokwa na-enye ọrụ ndị dị otú ahụ ruo oge ụfọdụ, na ndị isi egwuregwu ndị ọzọ (dị ka Amazon) na-eme atụmatụ onyinye igwe ojii dị ka quantum. Microsoft gara n'ihu na mmalite Q# asụsụ mmemme (akpọ dị ka) nke nwere ike ịgba Visual Studio ma na-agba ọsọ na laptọọpụ. Ndị mmemme nwere ngwá ọrụ iji ṅomie quantum algọridim wee mepụta àkwà mmiri ngwanrọ n'etiti oge gboo na mgbakọ quantum.

Agbanyeghị, ajụjụ a bụ, kedu ihe kọmpụta na ike kọmpụta ha bara uru n'ezie? N'ime nnyocha e bipụtara n'October gara aga na magazin Science Science, ndị ọkà mmụta sayensị si IBM, University of Waterloo na Technical University of Munich gbalịrị ịkọwa ụdị nsogbu nke kọmputa quantum yiri ka ọ kacha mma.

Dị ka ọmụmụ si kwuo, ngwaọrụ ndị dị otú ahụ ga-enwe ike dozie mgbagwoju anya linear algebra na njikarịcha nsogbu. Ọ na-ada ụda na-edoghị anya, mana enwere ike ịnwe ohere maka ngwọta dị mfe na dị ọnụ ala maka okwu ndị na-achọ ugbu a nnukwu mbọ, akụrụngwa na oge, na mgbe ụfọdụ anyị agaghị eru.

5. IBM Quantum Kọmputa

Mgbakọ Quantum bara uru diametrically gbanwee ubi nke cryptography. Ekele dịrị ha, koodu nzuzo nwere ike ịgbawa ngwa ngwa yana ikekwe blockchain technology ga-ebibi. Izo ya ezo RSA ugbu a na-egosi na ọ bụ nchekwa a pụrụ ịdabere na ya na enweghị ike imebi nke na-echebe ọtụtụ data na nkwukọrịta ụwa. Agbanyeghị, kọmpụta quantum dị ike zuru oke nwere ike dị mfe mgbape RSA izo ya ezo site n'enyemaka Algọridim nke Shor.

Kedu ka esi egbochi nke a? Ụfọdụ na-akwado ịbawanye ogologo igodo nzuzo ọhaneze na nha dị mkpa iji merie mwepu nke quantum. Dị ka ndị ọzọ si kwuo, ekwesịrị iji ya naanị iji hụ na nchekwa nkwukọrịta. N'ihi quantum cryptography, omume nke nbibi data ga-emebi ya, mgbe nke ahụ gasịrị, onye na-emebi ihe ahụ agaghị enwe ike ịnweta ozi bara uru na ya, a ga-adọkwa onye nnata aka ná ntị banyere mgbalị nkpuchi.

A na-ekwukarịkwa ngwa nwere ike iji kọmpụta quantum. nyocha akụ na ụba na amụma. Site na usoro quantum, ụdị mgbagwoju anya nke omume ahịa nwere ike ịgbasa ka ọ tinye ọtụtụ mgbanwe karịa ka ọ dị na mbụ, na-eduga n'ịchọpụta nyocha na amụma ziri ezi. Site n'iji kọmpụta quantum jikwaa ọtụtụ puku mgbanwe n'otu oge, ọ ga-ekwe omume ibelata oge na ego achọrọ maka mmepe. ọgwụ ọhụrụ, ihe ngwọta njem na ngwa agha, ụdọ ọkọnọ, ụdị ihu igweyana maka idozi ọtụtụ nsogbu ndị ọzọ nke nnukwu mgbagwoju anya.

Iwu Marigold

Ụwa nke kọmputa ochie nwere iwu Moore nke ya, ebe kọmpụta quantum ga-abụ ndị a na-akpọ eduzi. Iwu Marigold. Ọ nwetara aha ya n'aka otu n'ime ndị ọkachamara quantum kachasị ama nke Google, Hartmut Nevena (6), nke na-ekwu na a na-eme ọganihu na teknụzụ quantum computing ugbu a Ọnụọgụgụ ọnụ abụọ.

Nke a pụtara na kama ịba ụba nke nrụpụta ugboro abụọ site n'usoro n'usoro, dị ka ọ dị na kọmputa oge gboo na Iwu Moore, teknụzụ quantum na-abawanye arụpụta ngwa ngwa.

Ndị ọkachamara na-ebu amụma mmalite nke quantum ka elu, nke nwere ike ịsụgharị ọ bụghị naanị n'ịdị elu nke kọmputa quantum karịa ụzọ oge ochie ọ bụla, kamakwa n'ụzọ ndị ọzọ - dị ka mmalite nke oge nke kọmputa quantum bara uru. Nke a ga-emeghe ụzọ maka ọganiihu na kemistri, astrophysics, ọgwụ, nchekwa, nkwukọrịta na ọtụtụ ndị ọzọ.

Otú ọ dị, e nwekwara echiche na ịdị elu dị otú ahụ agaghị adị ma ọ dịghị ihe ọzọ n'ọdịnihu dị anya. Ụdị obi abụọ dị nro bụ nke ahụ Kọmputa Quantum agaghị edochi kọmpụta oge gboo n'ihi na emebereghị ya ime ya. Ị nweghị ike iji igwe quantum dochie iPhone ma ọ bụ PC, dịka ị na-enweghị ike dochie akpụkpọ ụkwụ tennis ... na ụgbọelu ụgbọelu nuklia.. Kọmputa oge ochie na-enye gị ohere ịme egwuregwu, lelee email, sọfụ na webụ ma mee mmemme. Kọmputa quantum na-emekarị ihe ngosi simulations dị mgbagwoju anya maka sistemụ ọnụọgụ abụọ na-agba na ibe kọmputa. N'ikwu ya n'ụzọ ọzọ, ndị na-azụ ahịa n'otu n'otu agaghị enweta uru ọ bụla site na kọmpụta nke ha, mana ndị ga-erite uru na mmepụta ahụ ga-abụ, dịka ọmụmaatụ, NASA ma ọ bụ Massachusetts Institute of Technology.

Oge ga-egosi ụzọ dị mma karịa - IBM ma ọ bụ Google. Dịka iwu Neven siri dị, ọ bụ naanị ọnwa ole na ole ka anyị ga-anọ ịhụ ngosipụta zuru oke nke oke nke quantum site n'otu otu ma ọ bụ ọzọ. Nke a abụghịkwa atụmanya nke “afọ iri site ugbu a, ya bụ, ònye maara mgbe.”