Първият квантов компютър е почти готов. Това ще направи революция в целия свят

Автор: Богдан Бишок/Дата на публикуване: 03-02-2017 16:02

Международен екип от учени представи за първи път проект за изграждането на първия квантов компютър, който ще направи революция в изчислителните технологии и ще реши сложни проблеми и загадки на Вселената - вида проблеми, от които най-мощните компютри в днешно време ще се нуждаят от милиони. или дори милиарди години за тяхното решаване.

Отдавна е известно, че такава квантова изчислителна система има неограничен потенциал да революционизира компютърните науки, науката и икономиката в мащаб, сравним с този на изобретението на първите компютри през 40-те години, според материал, който обяви строителния проект на квантов компютър, публикуван в последния брой на американското списание Science Advances, пише Agerpres.

Координаторът на този проект, Уинфрид Хенсингер, професор от университета в Съсекс, Обединеното кралство, подчерта, че този път става дума за сглобяването на такъв функционален компютър, а не за друго академично проучване на потенциала на такава машина.

За да създадат такъв компютър, изследователите ще използват микровълни за управление на отделни атоми. „Използваме нови концепции, които могат значително да опростят конструкцията на квантовия компютър“, каза Уинфрид Хенсингер, който е и директор на Ion Quantum Technology Group в университета в Съсекс.

Екипът от изследователи ще изгради след две години малък прототип на квантовия компютър, който ще интегрира всички съществуващи технологии, необходими за валидиране на концепцията. В епоха, когато силициевите компютри са станали достатъчно малки, за да се поберат във всеки джоб и практически всеки мобилен телефон е компютър, няколко пъти по-мощен от най-мощните компютри в началото на 21-ви век, екипът на Уинфрид Хенсингер предлага да се върне към компютрите с формат „макси“ от ранните дни на изчисленията, с квантов компютър, който вероятно ще заема цяла голяма сграда.

Огромните квантови машини ще бъдат оборудвани със сложна вакуумна система и модули със силициеви квантови чипове, които ще съдържат частици, възбудени в електрически полета. Такъв компютър ще се основава на квантовите свойства на материята, според които една елементарна частица може да има едновременно различни състояния, преминавайки от едно в друго чрез скачане, а не непрекъснато.

Тези характеристики предлагат експоненциален изчислителен потенциал, по-висок от този на настоящите компютри, използващи двоична система 0 или 1. Квантовият компютър е компютър, чиято работа се основава на квантовите явления на суперпозиция и "заплитане" (квантова неразделимост) и използва "qubiti". "вместо класическите битове информация. Докато битовете могат да бъдат 1 или 0, кубитът може да бъде 1, 0 или която и да е квантова суперпозиция от тях, което автоматично позволява да се извърши по-голям експоненциален брой изчисления в по-кратък експоненциален интервал от време.

Кубитите могат да направят това, тъй като квантовата механика позволява суперпозицията на различни състояния - квантовата частица всъщност не е в нито едно от възможните си състояния, докато не бъде наблюдавана, т.е. докато не взаимодейства със света по количествено измерим начин, според публикуваните обяснения. в статия по тази тема на Live Science. Суперпозицията не означава, че частицата е просто в невидимо състояние, а че може да съществува едновременно в две състояния (не 0 или 1, но също и 0 и 1).

Суперпозицията, която прави квантовите изчислителни машини толкова мощни, ги прави изключително трудни за изграждане. Насложените йони трябва да бъдат перфектно изолирани от околната среда, за да не загубят това квантово качество. Дори малко топлина, отделена наблизо, може да доведе до "колапс" на йони в насложеното квантово състояние в едно от потенциалните състояния и тогава изчислителните суперкапацитети на квантовия компютър са почти наполовина.

Различните интегрирани части или интерфейси на бъдещия квантов компютър ще бъдат свързани помежду си от електрически полета, а не от кабели и щепсели, както в днешните компютри. Този нов подход позволява 100 000 пъти по-бърза циркулация на електрически заредени частици между различните интерфейси на машината.

В новата архитектура всяка връзка е съставена от четири електрода, които се срещат, за да образуват "пресечна точка". Под електродите преминават проводници, които носят ток, за да генерират магнитно поле. Това магнитно поле контролира движението на йоните, съдържащи данни, които се движат от областта, където получават тези данни, от един електрод, докато не срещнат друг йон в зоната на "заплитане" на противоположния електрод, според Хенсингер.

Микровълните са насочени към двата йона в момента на срещата им, като по този начин стават „заплетени“ или квантово неразделни. Това означава, че каквото и да се случи с един от йоните, ще бъде незабавно отразено в другия йон. На този етап йоните получават стойността 1 или 0, но точната стойност, която получават, остава неизвестна. Чрез промяна на магнитното поле отново йонът, получил такава стойност и по този начин станал „носител на данни“, се връща към „пресечната точка“ между електродите от мястото, където започва към третия електрод, в т.нар. откриване, когато лазерна вълна удря йона и идентифицира състоянието му - независимо дали е 1 или 0.

Такъв компютър може да извърши факториално изчисление на 614-цифрено число за 110 дни, според учените, участващи в проекта - тоест, той може да умножи това число по всички естествени числа, по-малки от него, минус 0 (например 4 факториал е 4x3x2x1 = 24, докато 15 факториал е 15x14x13 ... x1 = 1 307 674 368 000 - за да разберем колко бързо се увеличава стойността на тези резултати). Такива огромни числа се използват в процесите на криптиране. За да ви даде представа какво означава това, DigiCert, американска компания, която предлага цифрови сертификати за редовна защитена комуникация, обяснява, че ако 1000 настолни системи с текуща производителност са започнали да отчитат 614-цифрено число в времето на раждането на Вселената, преди около 13,7 милиарда години, досега не би завършило това изчисление.

Този проект е част от програма на британското правителство за развитие на квантови технологии с цел да се даде възможност за тяхната промишлена експлоатация. В този проект участват екипи от изследователи от университета в Съсекс, които си сътрудничат с експерти от Google, датския университет в Орхус, японския изследователски институт RIKEN и германския университет Siegen. Началото на този проект беше оповестено публично с надеждата, че други блестящи умове в областта на компютърните науки и електрониката ще се присъединят, за да допринесат за раждането на първия квантов компютър.

„Този проект е важна стъпка към изграждането на първи квантов компютър, но пътят към такава изчислителна система все още е дълъг“, каза Тоби Кубит, член на Кралското общество за изследване на квантовата информационна теория. в University College London, който не участва в този проект.