양자 프로세서 : 설명, 작동 원리

최소한 양자 컴퓨팅에 대해서이론은 수십 년 동안 이야기 해왔다. 잠재적으로 상상도 할 수없는 양의 데이터를 처리하기 위해 비 고전적 기계를 사용하는 현대적인 유형의 기계가 큰 발전을 이루었습니다. 개발자들에 따르면, 그들의 구현은 아마도 지금까지 만들어진 가장 복잡한 기술이라고 밝혀졌습니다. 양자 프로세서는 인류가 불과 100 년 전에 배운 물질 수준에서 작동합니다. 그러한 계산의 잠재력은 엄청납니다. 기괴한 특성의 특성을 사용하면 계산 속도가 빨라지므로 현재 클래식 컴퓨터의 힘을 능가하는 많은 작업이 해결 될 것입니다. 뿐만 아니라 화학 및 재료 과학 분야 에서뿐만 아닙니다. 월스트리트 (Wall Street)도 관심이있다.

미래의 투자

CME 그룹, 밴쿠버에 투자1QB Information Technologies Inc., 양자 형 프로세서 용 소프트웨어 개발 투자자에 따르면 이러한 계산은 시간에 민감한 대량의 데이터로 작업하는 산업에 가장 큰 영향을 줄 수 있습니다. 그러한 소비자의 예로는 금융 기관이 있습니다. Goldman Sachs는 D-Wave Systems에 투자했으며 In-Q-Tel는 CIA에서 자금을 조달합니다. 첫 번째 제품은 "양자 어닐링 (quantum annealing)"을 수행하는 기계를 생산합니다. 즉, 양자 프로세서로 저수준 최적화 문제를 해결합니다. 인텔은이 기술의 구현을 미래의 문제로 간주하기는하지만이 기술에 대한 투자에도 종사하고 있습니다.

왜 이것이 필요한가?

왜 양자 컴퓨팅이너무 흥미 진진한 것은 기계 학습과 완벽한 조화를 이루고 있습니다. 현재이 계산을위한 주요 응용 프로그램입니다. 이것은 부분적으로 양자 컴퓨터라는 바로 그 아이디어의 결과입니다. 양자 컴퓨터는 솔루션을 검색하기 위해 물리적 장치를 사용하는 것입니다. 때때로이 개념은 Angry Birds 게임의 예를 통해 설명됩니다. 충돌하는 물체의 중력 및 상호 작용을 시뮬레이트하기 위해 태블릿 CPU는 수학 방정식을 사용합니다. 양자 프로세서는 이러한 접근 방식을 뒤집어 놓습니다. 그들은 몇 마리의 새를 던져 무슨 일이 일어나는 지 지켜 봅니다. 그 과제는 마이크로 칩에 기록됩니다 : 그들은 새이고, 그들은 던져지고, 최적의 궤적은 무엇입니까? 그런 다음 가능한 모든 솔루션을 검사하거나 적어도 매우 큰 조합을 사용하여 응답을받습니다. 양자 컴퓨터에서 문제는 수학자에 의해 해결되지 않고 물리 법칙이 대신 작동합니다.

어떻게 작동합니까?

우리 세계의 주요 빌딩 블록 -양자 역학. 분자를 보면, 그들이 형성되고 안정을 유지하는 이유는 전자 궤도의 상호 작용입니다. 모든 양자 - 기계 계산은 각각의 양자 - 기계 계산에 포함되어 있습니다. 그들의 수는 시뮬레이션 된 전자의 수가 증가함에 따라 기하 급수적으로 증가합니다. 예를 들어 50 전자의 경우 2 ~ 50 도의 가능한 옵션이 있습니다. 이것은 엄청나게 많은 숫자이므로 오늘 계산할 수 없습니다. 물리학에 정보 이론을 연결하면 이러한 문제를 해결할 수 있습니다. 50 큐빗 컴퓨터가 이것을 할 수 있습니다.

새로운 시대의 새벽

Landon Downes에 따르면, 대통령과1QBit 사의 공동 창업자 인 양자 프로세서는 아 원자 세계의 컴퓨팅 능력을 사용할 수있는 능력을 갖추고 있으며 이는 새로운 재료를 얻거나 신약을 개발하는 데 매우 중요합니다. 발견의 패러다임에서 새로운 디자인 시대로의 전환이 있습니다. 예를 들어, 양자 컴퓨팅은 탄소와 질소가 대기에서 제거되어 지구 온난화를 막는데 도움이되는 촉매를 시뮬레이트하는 데 사용될 수 있습니다.

진행의 최전선에

이 기술 개발자 커뮤니티극도로 동요하고 바쁘다. 신생 기업, 기업, 대학 및 정부 연구소의 전 세계 팀은 양자 정보 처리에 대해 서로 다른 접근 방식을 사용하는 기계를 만들기 위해 경쟁합니다. 메릴랜드 대학 (University of Maryland)과 미국 국립 표준 기술 연구소 (National Institute of Standards and Technology USA)의 연구자들에 종사하는 갇힌 이온에 초전도 큐 비트 칩 (qubit chip)과 큐 비트 (qubit)를 만들었습니다. Microsoft는 스테이션 Q라는 토폴로지 방식을 개발하고 있습니다. 스테이션 Q는 아직 입증되지 않은 비 Abelian 음이온을 사용하는 것을 목표로합니다.

가능한 획기적인 해

그리고 이것은 시작에 불과합니다. 2017 년 5 월 말 기준으로 클래식 컴퓨터보다 더 빠르거나 더 나은 기능을 수행하는 양자 유형 프로세서의 수는 0입니다. 그러한 사건은 "양자 우월성"을 확립 할 것이지만 지금까지는 일어나지 않았다. 올해도 이런 일이 일어날 수 있습니다. 대부분의 내부자들은 존 마티니 산타 바바라 캘리포니아 대학교 물리 교수가 이끄는 앞서가는 그룹이 구글이라고 말한다. 그 목표는 49 큐 비트 프로세서로 뛰어난 컴퓨팅 성능을 달성하는 것입니다. 2017 년 5 월 말까지이 팀은 클래식 슈퍼 컴퓨터를 분해하기위한 중간 단계로 22- 비트 비트 칩을 성공적으로 테스트했습니다.

어떻게 시작 되었습니까?

양자 역학을 사용하는 아이디어수십 년 동안 정보 처리. 1981 년 IBM과 MIT가 공동으로 계산 물리학에 관한 회의를 조직 한 주요 사건 중 하나가 발생했습니다. 유명한 물리학 자 Richard Feynman은 양자 컴퓨터를 만들 것을 제안했습니다. 그에 따르면, 모델링을 위해서는 양자 역학의 수단을 사용해야한다고합니다. 그리고 이것은 단순 해 보이지 않기 때문에 훌륭한 작업입니다. 양자 프로세서의 경우 작동 원리는 중첩 및 얽힘과 같은 원자의 여러 이상한 속성을 기반으로합니다. 입자는 동시에 두 가지 상태에있을 수 있습니다. 그러나 측정하면 그 중 하나에 만 나타납니다. 그리고 확률 이론의 관점을 제외하고는 어느 것을 예측할 수 없습니다. 이 효과는 슈뢰딩거 고양이를 이용한 사고 실험의 기초가되는데, 고양이는 관찰자가 눈을 nea을 때까지 살아 있고 죽었습니다. 일상 생활에서는 이런 식으로 작동하지 않습니다. 그럼에도 불구하고 20 세기 초부터 시행 된 약 1 백만 건의 실험은 중첩이 존재 함을 보여줍니다. 그리고 다음 단계는이 개념을 사용하는 방법을 알아내는 것입니다.

퀀텀 프로세서 : 작업 설명

클래식 비트는 0 또는1. "logic gate"(AND, OR, NOT 등)를 통해 라인을 통과하면 숫자를 곱하거나 이미지를 그리는 등의 작업을 수행 할 수 있습니다. qubit은 동시에 0, 1 또는 둘 다의 값을 가질 수 있습니다. 예를 들어, 2 큐빗이 얽히면 완전히 상관됩니다. 양자 형 프로세서는 논리 게이트를 사용할 수있다. T. n. 예를 들어,하다 마드 밸브는 큐 비트를 완벽한 중첩 상태로 만듭니다. 중첩과 복잡성이 스마트하게 위치한 양자 게이트와 결합되면 아 원자 계산의 잠재력이 펼쳐지기 시작합니다. 2 큐 비트를 사용하면 00, 01, 10 및 11의 4 가지 상태를 탐색 할 수 있습니다. 양자 프로세서의 작동 원리는 논리 연산을 통해 모든 위치에서 한 번에 작업 할 수 있도록하는 것입니다. 그리고 이용 가능한 상태의 수는 큐 비트 수에서 2입니다. 따라서 50 큐 비트 범용 양자 컴퓨터를 만드는 경우 이론적으로는 1,125 조 모든 조합을 동시에 탐색 할 수 있습니다.

쿠 디티

러시아의 양자 프로세서는 여러그렇지 않으면. 모스크바 물리 기술 연구소와 러시아 양자 센터의 과학자들은“쿠르트”를 만들었는데, 이는“에너지”수준이 다른 여러“가상”큐 비트입니다.

진폭

양자 타입 프로세서는장점은 양자 역학이 진폭을 기반으로한다는 것입니다. 진폭은 확률과 비슷하지만 음수 및 복소수 일 수도 있습니다. 따라서 사건의 확률을 계산해야하는 경우 모든 종류의 옵션의 진폭을 개발에 추가 할 수 있습니다. 퀀텀 컴퓨팅의 개념은 간섭 패턴을 조정하여 오답에 대한 일부 경로가 양의 진폭을 가지며 일부는 음의 진폭을 가지므로 서로 상쇄되도록하는 것입니다. 정답으로 이어지는 경로는 서로 위상이 같은 진폭을 갖습니다. 트릭은 어떤 대답이 옳은지를 미리 몰라도 모든 것을 정리해야한다는 것입니다. 따라서 양의 진폭과 음의 진폭 사이의 간섭 전위와 결합 된 양자 상태의 지수는이 유형의 계산의 이점입니다.

해안 알고리즘

컴퓨터에없는 많은 작업이 있습니다해결할 수 있습니다. 예를 들어, 암호화. 문제는 200 자리 숫자의 소수를 찾는 것이 쉽지 않다는 것입니다. 랩톱이 우수한 소프트웨어로 작동하더라도 답을 찾기 위해 몇 년을 기다려야 할 수도 있습니다. 따라서 양자 컴퓨팅의 또 다른 이정표는 MIT의 수학 교수 인 Peter Shore가 1994 년에 발표 한 알고리즘이었습니다. 그의 방법은 양자 컴퓨터를 사용하여 많은 수의 승수를 검색하는 것입니다. 본질적으로 알고리즘은 정답이있는 영역을 가리키는 작업을 수행합니다. 이듬해 쇼어는 양자 오류 수정 방법을 발견했다. 그리고 많은 사람들이 이것이 대안적인 컴퓨팅 방식이라는 것을 깨달았습니다. 어떤 경우에는 더 강력 할 수 있습니다. 그런 다음 물리학 자들이 큐 비트와 논리 게이트를 만드는 데 관심이 급증했습니다. 그리고 20 년이 지난 지금 인류는 본격적인 양자 컴퓨터를 만들기 직전입니다.

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