Anda semua sudah terbiasa dengan komputer kita: pagi hari kita membaca berita dari smartphone, sore hari kita bekerja dengan laptop, dan malam hari kita menonton film di tablet. Semua perangkat ini memiliki satu kesamaan - prosesor silikon yang terdiri dari miliaran transistor. Prinsip pengoperasian transistor tersebut cukup sederhana - tergantung pada tegangan yang diberikan, kita mendapatkan tegangan yang berbeda pada output, yang ditafsirkan sebagai logika 0 atau logika 1. Untuk melakukan operasi pembagian, ada sedikit pergeseran - misal kita adalah angka 1101, maka setelah digeser 1 bit ke kiri menjadi 01101, dan jika sekarang kita menggeser 1 bit ke kanan menjadi 01110. Dan permasalahan utamanya terletak pada fakta bahwa untuk divisi yang sama mungkin diperlukan beberapa lusin operasi serupa. Ya, mengingat fakta bahwa ada miliaran transistor, operasi seperti itu membutuhkan waktu nanodetik, tetapi jika ada banyak operasi, kita membuang-buang waktu untuk perhitungan ini.

Cara kerja komputer kuantum

Komputer kuantum menawarkan cara komputasi yang sangat berbeda. Mari kita mulai dengan definisinya:

Komputer kuantum -perangkat komputasi, yang menggunakan fenomenasuperposisi kuantumDanketerikatan kuantumuntuk transmisi dan pemrosesan data.

Ini jelas belum menjadi lebih jelas. Superposisi kuantum memberi tahu kita bahwa suatu sistem, dengan tingkat probabilitas tertentu, ada di semua keadaan yang memungkinkan (jumlah semua probabilitas, tentu saja, sama dengan 100% atau 1). Mari kita lihat ini dengan sebuah contoh. Informasi dalam komputer kuantum disimpan dalam qubit - meskipun bit biasa dapat memiliki status 0 atau 1, maka qubit dapat memiliki status 0, 1, dan 0 dan 1 secara bersamaan. Oleh karena itu, jika kita memiliki 3 qubit, misalnya 110, maka ekspresi dalam bit ini setara dengan 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111.

Apa manfaatnya bagi kita? Itu saja! Misalnya, kami memiliki kata sandi digital 4 karakter. Bagaimana prosesor biasa meretasnya? Cukup cari dari 0000 hingga 9999. 9999 masuk sistem biner berbentuk 10011100001111, artinya untuk menulisnya kita membutuhkan 14 bit. Oleh karena itu, jika kita memiliki PC kuantum dengan 14 qubit, kita sudah mengetahui kata sandinya: lagipula, salah satu kemungkinan status sistem tersebut adalah kata sandinya! Hasilnya, semua masalah yang bahkan membutuhkan waktu berhari-hari untuk dihitung oleh superkomputer akan diselesaikan secara instan menggunakan sistem kuantum: apakah Anda perlu menemukan zat dengan sifat tertentu? Tidak masalah, buatlah sistem dengan jumlah qubit yang sama dengan kebutuhan materi Anda - dan jawabannya sudah ada di saku Anda. Kita perlu membuat AI ( kecerdasan buatan? Ini sangat sederhana: meskipun PC biasa akan mencoba semua kombinasi, komputer kuantum akan bekerja secepat kilat, memilih jawaban terbaik.


Tampaknya semuanya bagus, tapi ada satu masalah penting- Bagaimana cara mengetahui hasil perhitungannya? Dengan PC biasa, semuanya sederhana - kita dapat mengambilnya dan membacanya dengan menghubungkan langsung ke prosesor: logika 0 dan 1 jelas diartikan di sana sebagai tidak adanya dan adanya muatan. Tapi ini tidak akan berhasil dengan qubit - lagi pula, setiap saat ia berada dalam keadaan sewenang-wenang. Dan di sinilah keterjeratan kuantum membantu kita. Esensinya terletak pada kenyataan bahwa Anda bisa mendapatkan sepasang partikel yang terhubung satu sama lain (dalam istilah ilmiah - jika, misalnya, proyeksi putaran satu partikel yang terjerat adalah negatif, maka yang lain pasti positif). Apa yang terlihat di jari Anda? Katakanlah kita mempunyai dua kotak yang masing-masing berisi selembar kertas. Kami membawa kotak-kotak itu ke jarak berapa pun, membuka salah satunya dan melihat ada selembar kertas di dalamnya garis horizontal. Ini secara otomatis berarti bahwa potongan kertas lainnya akan masuk garis vertikal. Namun masalahnya adalah begitu kita mengetahui keadaan selembar kertas (atau partikel), sistem kuantum akan runtuh - ketidakpastian menghilang, qubit berubah menjadi bit biasa.

Oleh karena itu, penghitungan pada komputer kuantum pada dasarnya dilakukan satu kali saja: kita membuat sistem yang terdiri dari partikel-partikel yang terjerat (kita tahu di mana “bagian” lainnya berada). Kami melakukan perhitungan, dan setelah itu kami "membuka kotak dengan selembar kertas" - kami mengetahui keadaan partikel yang terjerat, dan juga keadaan partikel di komputer kuantum, dan juga hasil perhitungannya. Jadi untuk perhitungan baru, Anda perlu membuat qubit lagi - "menutup kotak dengan selembar kertas" tidak akan berhasil - lagipula, kita sudah tahu apa yang digambar di selembar kertas.

Timbul pertanyaan - karena komputer kuantum dapat langsung menebak kata sandi apa pun - bagaimana cara melindungi informasi? Akankah privasi hilang dengan munculnya perangkat seperti itu? Tentu saja tidak. Apa yang disebut enkripsi kuantum bisa menyelamatkannya: ini didasarkan pada fakta bahwa ketika Anda mencoba "membaca" keadaan kuantum, keadaan tersebut dihancurkan, sehingga peretasan apa pun menjadi tidak mungkin.

Komputer kuantum rumah

Nah, pertanyaan terakhir – karena komputer kuantum sangat keren, kuat, dan tidak dapat diretas – mengapa kita tidak menggunakannya? Masalahnya sepele - ketidakmungkinan menerapkan sistem kuantum dalam kondisi rumah biasa. Agar qubit dapat berada dalam keadaan superposisi tanpa batas waktu, diperlukan kondisi yang sangat spesifik: vakum total (tidak adanya partikel lain), suhu sedekat mungkin dengan nol Kelvin (untuk superkonduktivitas), dan ketidakhadiran total radiasi elektromagnetik(karena tidak adanya pengaruh pada sistem kuantum). Setuju, sulit untuk menciptakan kondisi seperti itu di rumah, secara halus, tetapi penyimpangan sekecil apa pun akan mengarah pada fakta bahwa keadaan superposisi akan hilang dan hasil perhitungan akan salah. Masalah kedua adalah membuat qubit berinteraksi satu sama lain - saat berinteraksi, masa pakainya berkurang drastis. Hasilnya, jumlah maksimum saat ini adalah komputer kuantum dengan beberapa puluh qubit.

Namun, ada komputer kuantum dari D-Wave yang memiliki 1000 qubit, tetapi secara umum, mereka bukanlah komputer kuantum yang sebenarnya, karena tidak menggunakan prinsip keterjeratan kuantum, sehingga tidak dapat bekerja sesuai dengan algoritma kuantum klasik:


Namun tetap saja, perangkat tersebut ternyata jauh (ribuan kali) lebih bertenaga dibandingkan PC konvensional, yang dapat dianggap sebagai sebuah terobosan. Namun, mereka akan menggantikannya perangkat pengguna Oh, itu tidak akan terjadi dalam waktu dekat - pertama-tama kita perlu belajar menciptakan kondisi untuk pengoperasian perangkat tersebut di rumah, atau, sebaliknya, "membuat" perangkat tersebut berfungsi dalam kondisi yang kita kenal. Langkah-langkah ke arah kedua telah diambil - pada tahun 2013, komputer kuantum dua qubit pertama dibuat pada berlian pengotor, yang beroperasi pada suhu kamar. Namun sayangnya, ini hanyalah prototipe, dan 2 qubit tidak cukup untuk perhitungan. Jadi penantian PC kuantum masih sangat-sangat lama.

Kemanusiaan, seperti 60 tahun lalu, kembali berada di ambang terobosan besar di bidang teknologi komputasi. Segera menggantikan hari ini komputer Komputer kuantum akan datang.

Sejauh mana kemajuan yang dicapai?

Pada tahun 1965, Gordon Moore mengatakan bahwa dalam satu tahun jumlah transistor yang dapat dipasang pada microchip silikon berlipat ganda. Laju kemajuan ini akhir-akhir ini telah melambat, dan penggandaan lebih jarang terjadi - setiap dua tahun sekali. Bahkan kecepatan ini akan memungkinkan transistor mencapai ukuran atom dalam waktu dekat. Berikutnya adalah garis yang tidak bisa dilintasi. Dari sudut pandang struktur fisik transistor, ia tidak boleh lebih kecil dari besaran atom. Meningkatkan ukuran chip tidak menyelesaikan masalah. Pengoperasian transistor dikaitkan dengan pelepasan energi panas, dan kebutuhan prosesor sistem mutu pendinginan. Arsitektur multi-core juga tidak menyelesaikan masalah pertumbuhan lebih lanjut. Mencapai puncak perkembangan teknologi prosesor modern akan segera terjadi.
Pengembang mulai memahami masalah ini pada saat pengguna baru mulai memiliki komputer pribadi. Pada tahun 1980, salah satu pendiri ilmu informasi kuantum, profesor Soviet Yuri Manin, merumuskan ide komputasi kuantum. Setahun kemudian, Richard Feyman mengusulkan model komputer pertama dengan prosesor kuantum. Landasan teori Paul Benioff merumuskan seperti apa seharusnya komputer kuantum.

Cara kerja komputer kuantum

Untuk memahami cara kerjanya prosesor baru, Anda setidaknya harus memiliki pengetahuan dangkal tentang prinsip-prinsip mekanika kuantum. Tidak ada gunanya memberikan tata letak dan rumus matematika di sini. Rata-rata orang cukup mengenal tiga ciri khas mekanika kuantum:

• Keadaan atau posisi suatu partikel ditentukan hanya dengan tingkat probabilitas tertentu.
• Jika sebuah partikel dapat memiliki beberapa keadaan, maka partikel tersebut berada dalam semua kemungkinan keadaan sekaligus. Ini adalah prinsip superposisi.
• Proses pengukuran keadaan suatu partikel menyebabkan hilangnya superposisi. Merupakan ciri khas bahwa pengetahuan tentang keadaan partikel yang diperoleh melalui pengukuran berbeda keadaan sebenarnya partikel sebelum pengukuran.

Dari sudut pandang akal sehat, itu benar-benar omong kosong. Dalam dunia kita sehari-hari, prinsip-prinsip ini dapat direpresentasikan sebagai berikut: pintu ruangan tertutup dan sekaligus terbuka. Tertutup dan terbuka pada saat bersamaan.

Inilah perbedaan mencolok antara perhitungan. Prosesor konvensional beroperasi dalam aksinya kode biner. Bit komputer hanya dapat berada dalam satu keadaan - memiliki nilai logika 0 atau 1. Komputer kuantum beroperasi dengan qubit, yang dapat memiliki nilai logika 0, 1, 0, dan 1 sekaligus. Untuk memecahkan masalah tertentu, mereka akan memiliki keuntungan jutaan dolar dibandingkan mesin komputasi tradisional. Saat ini sudah ada puluhan deskripsi algoritma kerja. Pemrogram membuat yang khusus kode program, yang dapat bekerja sesuai dengan prinsip perhitungan baru.

Di mana komputer baru akan digunakan?

Pendekatan baru terhadap proses komputasi memungkinkan Anda bekerja dengan data dalam jumlah besar dan melakukan operasi komputasi instan. Dengan munculnya komputer pertama, beberapa orang, termasuk pejabat pemerintah, merasa sangat skeptis terhadap penggunaannya perekonomian nasional. Saat ini masih ada orang yang meragukan pentingnya komputer generasi baru. Sangat untuk waktu yang lama Jurnal teknologi menolak menerbitkan artikel tentang komputasi kuantum, karena menganggap bidang tersebut hanyalah penipuan untuk menipu investor.

Metode komputasi baru akan menciptakan prasyarat bagi penemuan ilmiah yang luar biasa di semua industri. Pengobatan akan memecahkan banyak masalah yang bermasalah, yang banyak menumpuk akhir-akhir ini. akan menjadi kemungkinan diagnostik kanker pada tahap awal penyakit dibandingkan sekarang. Industri kimia akan mampu mensintesis produk dengan sifat unik.

Terobosan dalam bidang astronotika tidak akan lama lagi. Penerbangan ke planet lain akan menjadi hal biasa seperti perjalanan sehari-hari keliling kota. Potensi yang melekat dalam komputasi kuantum pasti akan mengubah planet kita hingga tidak dapat dikenali lagi.

Lainnya ciri khas yang dimiliki komputer kuantum adalah kemampuan komputasi kuantum untuk menemukannya dengan cepat kode yang diperlukan atau sandi. Komputer biasa melakukan solusi optimasi matematis secara berurutan, melalui satu pilihan demi satu. Pesaing kuantum bekerja dengan seluruh rangkaian data sekaligus, memilih opsi yang paling sesuai secepat kilat dengan biaya yang belum pernah terjadi sebelumnya. waktu singkat. Transaksi bank akan didekripsi dalam sekejap mata, yang tidak dapat diakses oleh komputer modern.

Namun, sektor perbankan tidak perlu khawatir - rahasianya akan disimpan melalui metode enkripsi kuantum dengan paradoks pengukuran. Saat Anda mencoba membuka kode, sinyal yang dikirimkan akan terdistorsi. Informasi yang diterima tidak masuk akal. Dinas rahasia, yang menganggap spionase merupakan praktik umum, tertarik pada kemungkinan komputasi kuantum.

Kesulitan desain

Kesulitannya terletak pada menciptakan kondisi di mana bit kuantum dapat tetap berada dalam keadaan superposisi tanpa batas waktu.

Setiap qubit adalah mikroprosesor yang beroperasi berdasarkan prinsip superkonduktivitas dan hukum mekanika kuantum.

Sejumlah kondisi unik tercipta di sekitar elemen mikroskopis mesin logis. lingkungan:

• suhu 0,02 derajat Kelvin (-269,98 Celcius);
• sistem perlindungan terhadap radiasi magnet dan listrik (mengurangi dampak faktor-faktor ini hingga 50 ribu kali lipat);
• sistem pembuangan panas dan peredam getaran;
• penghalusan udara di bawah ini tekanan atmosfer 100 miliar kali.

Sedikit penyimpangan pada lingkungan menyebabkan qubit kehilangan status superposisinya secara instan, sehingga mengakibatkan kegagalan fungsi.

Di depan seluruh planet ini

Semua hal di atas dapat dikaitkan dengan kreativitas pikiran demam seorang penulis cerita fiksi ilmiah, jika perusahaan Google Bersama dengan NASA, tahun lalu mereka tidak membeli komputer kuantum D-Wave dari perusahaan riset Kanada, yang prosesornya berisi 512 qubit.

Dengan bantuannya, pemimpin pasar teknologi komputer akan memecahkan masalah pembelajaran mesin dalam penyortiran dan analisis wilayah yang luas data.

Snowden, yang meninggalkan Amerika Serikat, juga membuat pernyataan penting yang mengungkapkan bahwa NSA juga berencana mengembangkan komputer kuantumnya sendiri.

2014 - awal era sistem D-Wave

Atlet sukses Kanada Geordie Rose, setelah kesepakatan dengan Google dan NASA, mulai membangun prosesor 1000-qubit. Model masa depan akan melampaui prototipe komersial pertama setidaknya 300 ribu kali lipat dalam kecepatan dan volume perhitungan. Komputer kuantum, foto yang terletak di bawah, pada prinsipnya adalah pilihan komersial pertama di dunia teknologi baru perhitungan.

Dia terdorong untuk terlibat dalam pengembangan ilmiah karena kenalannya di universitas dengan karya Colin Williams tentang komputasi kuantum. Saya harus mengatakan bahwa Williams saat ini bekerja di perusahaan Rose sebagai manajer proyek bisnis.

Terobosan atau tipuan ilmiah

Rose sendiri belum sepenuhnya mengetahui apa itu komputer kuantum. Dalam sepuluh tahun, timnya telah beralih dari menciptakan prosesor 2-qubit menjadi gagasan komersial pertama saat ini.

Sejak awal penelitiannya, Rose berusaha membuat prosesor dengan jumlah minimum qubit dalam 1 ribu. Dan dia pasti harus memiliki pilihan komersial - untuk menjual dan menghasilkan uang.

Banyak orang, mengetahui obsesi dan kecerdasan komersial Rose, mencoba menuduhnya melakukan pemalsuan. Diduga, prosesor paling biasa dianggap sebagai prosesor kuantum. Hal ini juga difasilitasi oleh fakta bahwa teknik baru ini menunjukkan kinerja yang fenomenal saat tampil tipe tertentu perhitungan. Jika tidak, ia akan berperilaku seperti komputer biasa, hanya saja sangat mahal.

Kapan mereka akan muncul

Tidak perlu menunggu lama. Tim peneliti yang diorganisir oleh pembeli bersama prototipe tersebut akan melaporkan hasil penelitian D-Wave dalam waktu dekat.
Mungkin waktunya akan segera tiba di mana komputer kuantum akan merevolusi pemahaman kita tentang dunia di sekitar kita. Dan seluruh umat manusia pada saat ini akan mencapai lebih banyak hal tingkat tinggi evolusinya.

Umat ​​​​manusia, seperti 60 tahun lalu, kembali berada di ambang terobosan besar di bidang teknologi komputasi. Dalam waktu dekat, komputer kuantum akan menggantikan mesin komputasi saat ini.

Sejauh mana kemajuan yang dicapai?

Pada tahun 1965, Gordon Moore mengatakan bahwa dalam satu tahun jumlah transistor yang dapat dipasang pada microchip silikon berlipat ganda. Tingkat kemajuan ini telah melambat akhir-akhir ini, dan peningkatan dua kali lipat lebih jarang terjadi – yaitu setiap dua tahun sekali. Bahkan kecepatan ini akan memungkinkan transistor mencapai ukuran atom dalam waktu dekat. Berikutnya adalah garis yang tidak bisa dilintasi. Dari sudut pandang struktur fisik transistor, ia tidak boleh lebih kecil dari besaran atom. Meningkatkan ukuran chip tidak menyelesaikan masalah. Pengoperasian transistor dikaitkan dengan pelepasan energi panas, dan prosesor memerlukan sistem pendingin berkualitas tinggi. Arsitektur multi-core juga tidak menyelesaikan masalah pertumbuhan lebih lanjut. Mencapai puncak perkembangan teknologi prosesor modern akan segera terjadi.
Pengembang mulai memahami masalah ini pada saat pengguna baru mulai memiliki komputer pribadi. Pada tahun 1980, salah satu pendiri ilmu informasi kuantum, profesor Soviet Yuri Manin, merumuskan ide komputasi kuantum. Setahun kemudian, Richard Feyman mengusulkan model komputer pertama dengan prosesor kuantum. Landasan teori tentang bagaimana seharusnya komputer kuantum dirumuskan oleh Paul Benioff.

Cara kerja komputer kuantum

Untuk memahami cara kerja prosesor baru, Anda setidaknya harus memiliki pengetahuan dangkal tentang prinsip mekanika kuantum. Tidak ada gunanya memberikan tata letak dan rumus matematika di sini. Rata-rata orang cukup mengenal tiga ciri khas mekanika kuantum:

• Keadaan atau posisi suatu partikel ditentukan hanya dengan tingkat probabilitas tertentu.
• Jika sebuah partikel dapat memiliki beberapa keadaan, maka partikel tersebut berada dalam semua kemungkinan keadaan sekaligus. Ini adalah prinsip superposisi.
• Proses pengukuran keadaan suatu partikel menyebabkan hilangnya superposisi. Ciri khasnya adalah pengetahuan tentang keadaan partikel yang diperoleh melalui pengukuran berbeda dengan keadaan partikel sebenarnya sebelum pengukuran.

Dari sudut pandang akal sehat, itu benar-benar omong kosong. Dalam dunia kita sehari-hari, prinsip-prinsip ini dapat direpresentasikan sebagai berikut: pintu ruangan tertutup dan sekaligus terbuka. Tertutup dan terbuka pada saat bersamaan.

Inilah perbedaan mencolok antara perhitungan. Prosesor konvensional beroperasi dalam kode biner. Bit komputer hanya dapat berada dalam satu keadaan - memiliki nilai logika 0 atau 1. Komputer kuantum beroperasi dengan qubit, yang dapat memiliki nilai logika 0, 1, 0, dan 1 sekaligus. Untuk memecahkan masalah tertentu, mereka akan memiliki keuntungan jutaan dolar dibandingkan mesin komputasi tradisional. Saat ini sudah ada puluhan deskripsi algoritma kerja. Pemrogram membuat kode program khusus yang dapat bekerja sesuai dengan prinsip perhitungan baru.

Di mana komputer baru akan digunakan?

Pendekatan baru terhadap proses komputasi memungkinkan Anda bekerja dengan data dalam jumlah besar dan melakukan operasi komputasi instan. Dengan munculnya komputer pertama, beberapa orang, termasuk pejabat pemerintah, memiliki keraguan yang besar mengenai penggunaannya dalam perekonomian nasional. Saat ini masih ada orang yang meragukan pentingnya komputer generasi baru. Untuk waktu yang sangat lama, jurnal teknis menolak menerbitkan artikel tentang komputasi kuantum, mengingat hal ini merupakan taktik penipuan yang umum untuk menipu investor.

Metode komputasi baru akan menciptakan prasyarat bagi penemuan ilmiah yang luar biasa di semua industri. Pengobatan akan memecahkan banyak masalah yang bermasalah, yang banyak menumpuk akhir-akhir ini. Mendiagnosis kanker akan menjadi mungkin pada tahap penyakit yang lebih awal dibandingkan sekarang. Industri kimia akan mampu mensintesis produk dengan sifat unik.

Terobosan dalam bidang astronotika tidak akan lama lagi. Penerbangan ke planet lain akan menjadi hal biasa seperti perjalanan sehari-hari keliling kota. Potensi yang melekat dalam komputasi kuantum pasti akan mengubah planet kita hingga tidak dapat dikenali lagi.

Ciri khas lain yang dimiliki komputer kuantum adalah kemampuan komputasi kuantum untuk menemukan kode atau sandi yang diinginkan dengan cepat. Komputer biasa melakukan solusi optimasi matematis secara berurutan, mencoba satu opsi demi satu. Pesaing kuantum bekerja dengan seluruh rangkaian data sekaligus, memilih opsi yang paling sesuai dengan kecepatan kilat dalam waktu yang sangat singkat. Transaksi bank akan didekripsi dalam sekejap mata, yang tidak dapat diakses oleh komputer modern.

Namun, sektor perbankan tidak perlu khawatir - rahasianya akan disimpan melalui metode enkripsi kuantum dengan paradoks pengukuran. Saat Anda mencoba membuka kode, sinyal yang dikirimkan akan terdistorsi. Informasi yang diterima tidak masuk akal. Dinas rahasia, yang menganggap spionase merupakan praktik umum, tertarik pada kemungkinan komputasi kuantum.

Kesulitan desain

Kesulitannya terletak pada menciptakan kondisi di mana bit kuantum dapat tetap berada dalam keadaan superposisi tanpa batas waktu.

Setiap qubit adalah mikroprosesor yang beroperasi berdasarkan prinsip superkonduktivitas dan hukum mekanika kuantum.

Sejumlah kondisi lingkungan unik tercipta di sekitar elemen mikroskopis mesin logika:

• suhu 0,02 derajat Kelvin (-269,98 Celcius);
• sistem perlindungan terhadap radiasi magnet dan listrik (mengurangi dampak faktor-faktor ini hingga 50 ribu kali lipat);
• sistem pembuangan panas dan peredam getaran;
• penghalusan udara 100 miliar kali lebih rendah dari tekanan atmosfer.

Sedikit penyimpangan pada lingkungan menyebabkan qubit kehilangan status superposisinya secara instan, sehingga mengakibatkan kegagalan fungsi.

Di depan seluruh planet ini

Semua hal di atas dapat dikaitkan dengan kreativitas pikiran demam seorang penulis cerita fiksi ilmiah jika Google, bersama dengan NASA, tidak membeli komputer kuantum D-Wave tahun lalu dari sebuah perusahaan riset Kanada, yang prosesornya berisi 512 qubit.

Dengan bantuannya, pemimpin pasar teknologi komputer akan memecahkan masalah pembelajaran mesin dalam menyortir dan menganalisis data dalam jumlah besar.

Snowden, yang meninggalkan Amerika Serikat, juga membuat pernyataan penting yang mengungkapkan bahwa NSA juga berencana mengembangkan komputer kuantumnya sendiri.

2014 - awal era sistem D-Wave

Atlet sukses Kanada Geordie Rose, setelah kesepakatan dengan Google dan NASA, mulai membangun prosesor 1000-qubit. Model masa depan akan melampaui prototipe komersial pertama setidaknya 300 ribu kali lipat dalam kecepatan dan volume perhitungan. Komputer kuantum, yang digambarkan di bawah, adalah versi komersial pertama di dunia dari teknologi komputasi baru yang fundamental.

Dia terdorong untuk terlibat dalam pengembangan ilmiah karena kenalannya di universitas dengan karya Colin Williams tentang komputasi kuantum. Saya harus mengatakan bahwa Williams saat ini bekerja di perusahaan Rose sebagai manajer proyek bisnis.

Terobosan atau tipuan ilmiah

Rose sendiri belum sepenuhnya mengetahui apa itu komputer kuantum. Dalam sepuluh tahun, timnya telah beralih dari menciptakan prosesor 2-qubit menjadi gagasan komersial pertama saat ini.

Sejak awal penelitiannya, Rose berupaya membuat prosesor dengan jumlah qubit minimal 1.000. Dan dia pasti harus memiliki pilihan komersial - untuk menjual dan menghasilkan uang.

Banyak orang, mengetahui obsesi dan kecerdasan komersial Rose, mencoba menuduhnya melakukan pemalsuan. Diduga, prosesor paling biasa dianggap sebagai prosesor kuantum. Hal ini juga difasilitasi oleh fakta bahwa teknologi baru ini menunjukkan kinerja fenomenal saat melakukan jenis perhitungan tertentu. Jika tidak, ia akan berperilaku seperti komputer biasa, hanya saja sangat mahal.

Kapan mereka akan muncul

Tidak perlu menunggu lama. Tim peneliti yang diorganisir oleh pembeli bersama prototipe tersebut akan melaporkan hasil penelitian D-Wave dalam waktu dekat.
Mungkin waktunya akan segera tiba di mana komputer kuantum akan merevolusi pemahaman kita tentang dunia di sekitar kita. Dan seluruh umat manusia saat ini akan mencapai tingkat evolusi yang lebih tinggi.

Komputer kuantum adalah perangkat komputasi yang menggunakan fenomena superposisi kuantum dan keterikatan kuantum untuk mengirimkan dan memproses data. Komputer kuantum universal yang lengkap masih merupakan perangkat hipotetis, kemungkinan pembangunannya dikaitkan dengan perkembangan serius teori kuantum di bidang banyak partikel dan eksperimen kompleks; perkembangan di bidang ini dikaitkan dengan penemuan terbaru dan pencapaian fisika modern. Pada saat ini Hanya sedikit sistem eksperimental yang diimplementasikan secara praktis, mengeksekusi algoritma tetap dengan kompleksitas rendah.

Para ilmuwan dari Institut Fisika dan Teknologi Moskow, bersama rekan-rekannya dari Swiss, melakukan eksperimen yang berhasil memaksa komputer kuantum untuk kembali ke keadaan masa lalu. Kesimpulan singkat studi yang menggambarkan kemungkinan efek ini, menurut siaran pers yang diterbitkan di Phys.org. Detail penelitian tim fisikawan internasional di jurnal Scientific Reports.

Banyak ahli yakin bahwa dengan munculnya komputer kuantum yang lengkap, era mata uang kripto dan blockchain akan berakhir secara logis - sistem kriptografi yang menjadi dasar mata uang kripto akan langsung diretas, dan mata uang kripto itu sendiri akan terdepresiasi, karena hal pertama yang akan dilakukan pemilik komputer kuantum adalah menambang sisa Bitcoin, Eter, dan “koin” populer lainnya. Hal inilah yang dipikirkan oleh Alex Beat, seorang fisikawan Kanada yang meramalkan masa depan mata uang kripto yang suram di era kuantum.

Tentang komputasi kuantum, menurut setidaknya secara teori, mereka telah mengatakan hal ini selama beberapa dekade. Tipe modern mesin yang menggunakan mekanika non-klasik untuk memproses data dalam jumlah yang tidak terbayangkan telah menjadi terobosan besar. Menurut pengembangnya, penerapannya mungkin merupakan teknologi paling kompleks yang pernah dibuat. Pemroses kuantum beroperasi pada tingkat materi yang baru dipelajari umat manusia sekitar 100 tahun yang lalu. Potensi komputasi seperti itu sangat besar. Penggunaan sifat aneh kuanta akan mempercepat penghitungan, sehingga banyak masalah yang saat ini berada di luar kemampuan komputer klasik akan terpecahkan. Dan tidak hanya di bidang kimia dan ilmu material. Wall Street juga tertarik.

Berinvestasi di masa depan

CME Group telah berinvestasi di 1QB Information Technologies Inc. yang berbasis di Vancouver, yang berkembang perangkat lunak untuk prosesor kuantum. Menurut investor, perhitungan seperti itu kemungkinan besar akan berdampak pengaruh terbesar pada industri yang bekerja sama volume besar data yang sensitif terhadap waktu. Contoh konsumen tersebut adalah lembaga keuangan. Goldman Sachs berinvestasi di D-Wave Systems, dan In-Q-Tel didanai oleh CIA. Yang pertama menghasilkan mesin yang melakukan apa yang disebut “anil kuantum,” yaitu memecahkan masalah optimasi tingkat rendah menggunakan prosesor kuantum. Intel juga berinvestasi teknologi ini, meskipun ia menganggap implementasinya adalah masalah masa depan.

Mengapa hal ini perlu?

Alasan mengapa komputasi kuantum begitu menarik adalah karena hal itu kombinasi sempurna Dengan pembelajaran mesin. Saat ini merupakan aplikasi utama untuk perhitungan tersebut. Bagian dari gagasan komputer kuantum adalah penggunaannya perangkat fisik untuk menemukan solusi. Terkadang konsep ini dijelaskan dengan menggunakan contoh permainan Angry Birds. Untuk mensimulasikan gravitasi dan interaksi benda yang bertabrakan, CPU tablet menggunakan persamaan matematika. Prosesor kuantum mengubah pendekatan ini. Mereka "melempar" beberapa burung dan melihat apa yang terjadi. Burung dicatat di microchip, dilempar, lintasan optimalnya bagaimana? Kemudian semuanya diperiksa solusi yang mungkin atau setidaknya kombinasi yang sangat besar, dan jawabannya diberikan. Dalam komputer kuantum tidak ada ahli matematika, yang berlaku adalah hukum fisika.

Bagaimana cara kerjanya?

Bahan penyusun dasar dunia kita adalah mekanika kuantum. Jika Anda melihat molekul, alasan mengapa mereka terbentuk dan tetap stabil adalah interaksi orbital elektronnya. Semua perhitungan mekanika kuantum terkandung di dalamnya masing-masing. Jumlahnya bertambah secara eksponensial seiring dengan jumlah elektron yang disimulasikan. Misalnya, untuk 50 elektron ada 2 pangkat 50 pilihan yang memungkinkan. Ini fenomenal, sehingga mustahil menghitungnya saat ini. Menghubungkan teori informasi dengan fisika dapat menunjukkan jalan untuk memecahkan masalah tersebut. Komputer 50-qubit dapat melakukan ini.

Fajar era baru

Menurut Landon Downs, presiden dan salah satu pendiri 1QBit, prosesor kuantum adalah peluang untuk digunakan kekuatan komputasi dunia subatom, yang sangat penting untuk memperoleh bahan baru atau membuat obat baru. Ada transisi dari paradigma penemuan ke paradigma penemuan zaman baru desain. Misalnya, komputasi kuantum dapat digunakan untuk memodelkan katalis yang menghilangkan karbon dan nitrogen dari atmosfer sehingga membantu menghentikan pemanasan global.

Di garis depan kemajuan

Komunitas pengembangan teknologi sangat bersemangat dan aktif. Tim di seluruh dunia yang berasal dari perusahaan rintisan, perusahaan, universitas, dan laboratorium pemerintah berlomba untuk membangun mesin yang menggunakan pendekatan berbeda untuk memproses informasi kuantum. Chip qubit superkonduktor dan qubit ion yang terperangkap telah diciptakan oleh para peneliti dari Universitas Maryland dan Institut Standar dan Teknologi Nasional AS. Microsoft sedang mengembangkan pendekatan topologi yang disebut Station Q, yang bertujuan untuk mengeksploitasi anion non-Abelian yang belum terbukti keberadaannya secara meyakinkan.

Tahun kemungkinan terjadinya terobosan

Dan ini baru permulaan. Pada akhir Mei 2017, jumlah prosesor kuantum yang jelas melakukan sesuatu lebih cepat atau lebih baik dari itu komputer klasik, sama dengan nol. Peristiwa seperti itu akan membentuk “supremasi kuantum”, namun hal ini belum terjadi. Meski kemungkinan besar hal tersebut bisa terjadi tahun ini. Kebanyakan orang dalam mengatakan favoritnya adalah grup Google dipimpin oleh profesor fisika UC Santa Barbara John Martini. Tujuannya adalah untuk mencapai keunggulan komputasi menggunakan prosesor 49-qubit. Pada akhir Mei 2017, tim telah berhasil menguji chip 22-qubit sebagai langkah perantara menuju pembongkaran superkomputer klasik.

Dari mana semuanya dimulai?

Ide menggunakan mekanika kuantum untuk memproses informasi telah ada selama beberapa dekade. Salah satu peristiwa penting terjadi pada tahun 1981, ketika IBM dan MIT bersama-sama menyelenggarakan konferensi tentang fisika komputasi. Fisikawan terkenal mengusulkan pembuatan komputer kuantum. Menurutnya, mekanika kuantum sebaiknya digunakan untuk pemodelan. Dan ini adalah tugas besar karena tampaknya tidak mudah. Prinsip operasi prosesor kuantum didasarkan pada beberapa sifat aneh atom – superposisi dan belitan. Sebuah partikel dapat berada dalam dua keadaan pada saat yang bersamaan. Namun bila diukur, hanya akan muncul pada salah satu saja. Dan tidak mungkin memprediksi yang mana, kecuali dari sudut pandang teori probabilitas. Efek ini menjadi dasar eksperimen pemikiran kucing Schrödinger, yang hidup dan mati di dalam kotak hingga seorang pengamat mengintip. Tidak ada apa pun di dalamnya kehidupan sehari-hari tidak bekerja seperti itu. Namun, sekitar 1 juta percobaan yang dilakukan sejak awal abad ke-20 menunjukkan bahwa superposisi memang ada. DAN langkah selanjutnya akan mencari tahu bagaimana menggunakan konsep ini.

Prosesor kuantum: deskripsi pekerjaan

Bit klasik dapat mengambil nilai 0 atau 1. Jika Anda meneruskan stringnya melalui “gerbang logis” (DAN, ATAU, BUKAN, dll.), Anda dapat mengalikan angka, menggambar, dll. Sebuah qubit dapat mengambil nilai 0, 1 atau keduanya secara bersamaan. Jika, katakanlah, 2 qubit terjerat, maka ini membuat keduanya berkorelasi sempurna. Prosesor kuantum dapat menggunakan gerbang logika. Tn. Gerbang Hadamard, misalnya, menempatkan qubit dalam keadaan superposisi sempurna. Ketika superposisi dan keterjeratan digabungkan dengan gerbang kuantum yang ditempatkan secara cerdik, potensi komputasi subatomik mulai terungkap. 2 qubit memungkinkan Anda menjelajahi 4 status: 00, 01, 10, dan 11. Prinsip pengoperasian prosesor kuantum sedemikian rupa sehingga eksekusinya operasi logis memungkinkan untuk bekerja dengan semua posisi sekaligus. Dan jumlah status yang tersedia adalah 2 pangkat jumlah qubit. Jadi, jika Anda membuat komputer kuantum universal 50-qubit, secara teoritis Anda dapat menjelajahi 1,125 kuadriliun kombinasi sekaligus.

orang-orang Kudit

Prosesor kuantum di Rusia dipandang agak berbeda. Para ilmuwan dari MIPT dan Pusat Kuantum Rusia telah menciptakan “qudits”, yang merupakan beberapa qubit “virtual” dengan tingkat “energi” berbeda.

Amplitudo

Keunggulan prosesor kuantum adalah mekanika kuantum didasarkan pada amplitudo. Amplitudo itu seperti probabilitas, tetapi bisa juga negatif dan bilangan kompleks. Jadi, jika Anda perlu menghitung probabilitas suatu peristiwa, Anda dapat menjumlahkan amplitudo dari semua opsi yang memungkinkan untuk perkembangannya. Ide di balik komputasi kuantum adalah untuk mencoba menyesuaikannya sehingga beberapa jalur menuju jawaban yang salah memiliki amplitudo positif dan beberapa lainnya memiliki amplitudo negatif, sehingga keduanya saling meniadakan. Dan jalur menuju jawaban yang benar akan memiliki amplitudo yang sefase satu sama lain. Caranya adalah dengan mengatur segala sesuatunya tanpa mengetahui terlebih dahulu mana jawaban yang benar. Jadi sifat eksponensial keadaan kuantum, dikombinasikan dengan potensi interferensi antara amplitudo positif dan negatif, merupakan keuntungan dari jenis penghitungan ini.

Algoritma Shor

Ada banyak masalah yang tidak dapat diselesaikan oleh komputer. Misalnya enkripsi. Masalahnya adalah tidak mudah mencari faktor prima dari bilangan 200 digit. Sekalipun laptop Anda menjalankan perangkat lunak hebat, Anda mungkin harus menunggu bertahun-tahun untuk menemukan jawabannya. Jadi tonggak sejarah lain dalam komputasi kuantum adalah algoritma yang diterbitkan pada tahun 1994 oleh Peter Shore, yang sekarang menjadi profesor matematika di MIT. Metodenya adalah mencari pengganda jumlah besar menggunakan komputer kuantum yang belum ada. Pada dasarnya, algoritme melakukan operasi yang menunjuk ke area dengan jawaban yang benar. Tahun berikutnya, Shor menemukan metode koreksi kesalahan kuantum. Kemudian banyak yang menyadari hal itu cara alternatif komputasi, yang dalam beberapa kasus bisa lebih bertenaga. Kemudian ada lonjakan minat fisikawan terhadap penciptaan qubit dan gerbang logika di antara keduanya. Dan sekarang, dua dekade kemudian, umat manusia berada di ambang penciptaan komputer kuantum yang lengkap.