L'humanité, comme il y a 60 ans, est à nouveau sur le point de réaliser une percée grandiose dans le domaine de la technologies informatiques. Très bientôt, les ordinateurs actuels seront remplacés par ordinateurs quantiques.

Où en sont les progrès ?

En 1965, Gordon Moore a déclaré qu'en un an, le nombre de transistors pouvant être montés sur une puce en silicium doublait. Ce rythme de progrès Dernièrement a ralenti et le doublement se produit moins fréquemment - une fois tous les deux ans. Même à ce rythme, les transistors pourront atteindre la taille d’un atome dans un avenir proche. Vient ensuite une ligne qui ne peut être franchie. Du point de vue de la structure physique du transistor, celui-ci ne peut en aucun cas être inférieur aux quantités atomiques. Augmenter la taille des puces ne résout pas le problème. Le fonctionnement des transistors est associé à la libération d'énergie thermique et les processeurs ont besoin d'un système de refroidissement de haute qualité. L'architecture multicœur ne résout pas non plus le problème d'une croissance future. Atteindre le sommet du développement technologique processeurs modernes cela arrivera bientôt.
Les développeurs ont compris ce problème à une époque où les utilisateurs commençaient tout juste à posséder des ordinateurs personnels. En 1980, l'un des fondateurs de la science de l'information quantique, le professeur soviétique Yuri Manin, a formulé l'idée de l'informatique quantique. Un an plus tard, Richard Feyman proposait le premier modèle informatique avec processeur quantique. Base théorique Paul Benioff a formulé à quoi devraient ressembler les ordinateurs quantiques.

Comment fonctionne un ordinateur quantique

Pour comprendre comment ça marche nouveau processeur, vous devez avoir au moins une connaissance superficielle des principes de la mécanique quantique. Il ne sert à rien de donner ici des schémas et des formules mathématiques. Il suffit à l’individu moyen de se familiariser avec les trois particularités de la mécanique quantique :

• L'état ou la position d'une particule n'est déterminé qu'avec un certain degré de probabilité.
• Si une particule peut avoir plusieurs états, alors elle se trouve dans tous les états possibles à la fois. C'est le principe de superposition.
• Le processus de mesure de l’état d’une particule conduit à la disparition de la superposition. Il est caractéristique que les connaissances sur l'état de la particule obtenues par mesure diffèrent de état réel particules avant les mesures.

Du point de vue du bon sens, c'est un non-sens complet. Dans notre monde ordinaire, ces principes peuvent être représentés ainsi : la porte de la pièce est fermée, et en même temps ouverte. Fermé et ouvert en même temps.

C'est la différence frappante entre les calculs. Un processeur classique fonctionne en code binaire. Bits d'ordinateur ne peut être que dans un seul état - avoir une valeur logique de 0 ou 1. Les ordinateurs quantiques fonctionnent avec des qubits, qui peuvent avoir une valeur logique de 0, 1, 0 et 1 à la fois. Pour résoudre certains problèmes, ils bénéficieront d’un avantage de plusieurs millions de dollars sur les machines informatiques traditionnelles. Aujourd'hui, il existe déjà des dizaines de descriptions d'algorithmes de travail. Les programmeurs créent un spécial code de programme, qui peut fonctionner selon de nouveaux principes de calcul.

Où le nouvel ordinateur sera-t-il utilisé ?

Une nouvelle approche du processus informatique vous permet de travailler avec d'énormes quantités de données et d'effectuer des opérations de calcul instantanées. Avec l’avènement des premiers ordinateurs, certaines personnes, y compris des responsables gouvernementaux, étaient très sceptiques quant à leur utilisation dans l’économie nationale. Il y a encore aujourd’hui des gens qui doutent de l’importance des ordinateurs d’une génération fondamentalement nouvelle. Pendant très longtemps, les revues techniques ont refusé de publier des articles sur l’informatique quantique, considérant ce domaine comme un stratagème frauduleux courant pour tromper les investisseurs.

Une nouvelle méthode informatique créera les conditions préalables à des découvertes scientifiques grandioses dans toutes les industries. La médecine résoudra de nombreux problèmes, dont un grand nombre se sont accumulés récemment. Il deviendra possible de diagnostiquer le cancer à un stade plus précoce qu’aujourd’hui. L’industrie chimique sera capable de synthétiser des produits aux propriétés uniques.

Une percée dans le domaine de l'astronautique ne se fera pas attendre. Les vols vers d’autres planètes deviendront aussi courants que les déplacements quotidiens en ville. Le potentiel inhérent à l’informatique quantique transformera certainement notre planète au-delà de toute reconnaissance.

Autre trait distinctif Ce que possèdent les ordinateurs quantiques, c'est la capacité de l'informatique quantique à trouver rapidement code requis ou chiffre. Ordinateur ordinaire effectue une solution d'optimisation mathématique de manière séquentielle, en passant par une option après l'autre. Le concurrent quantique travaille avec l’ensemble des données à la fois, sélectionnant les options les plus appropriées à une vitesse fulgurante et dans un délai sans précédent. Opérations bancaires sera décrypté en un clin d’œil, ce qui est inaccessible aux ordinateurs modernes.

Cependant, le secteur bancaire n'a pas à s'inquiéter : son secret sera sauvegardé par la méthode de cryptage quantique avec un paradoxe de mesure. Lorsque vous essayez d'ouvrir le code, le signal transmis sera déformé. Les informations reçues n’auront aucun sens. Les services secrets, pour qui l’espionnage est une pratique courante, s’intéressent aux possibilités de l’informatique quantique.

Difficultés de conception

La difficulté réside dans la création des conditions dans lesquelles un bit quantique peut rester indéfiniment dans un état de superposition.

Chaque qubit est un microprocesseur qui fonctionne selon les principes de supraconductivité et les lois de la mécanique quantique.

Un certain nombre de conditions uniques sont créées autour des éléments microscopiques d’une machine logique. environnement:

• température 0,02 degrés Kelvin (-269,98 Celsius) ;
• système de protection contre les rayonnements magnétiques et électriques (réduit l'impact de ces facteurs de 50 000 fois) ;
• système d'évacuation de la chaleur et d'amortissement des vibrations ;
• la raréfaction de l'air est 100 milliards de fois inférieure à la pression atmosphérique.

Une légère déviation de l’environnement fait perdre instantanément aux qubits leur état de superposition, entraînant un dysfonctionnement.

En avance sur le reste de la planète

Tout ce qui précède pourrait être attribué à la créativité de l’esprit enfiévré d’un auteur d’histoires de science-fiction, si société Google En collaboration avec la NASA, elle n'a pas acheté l'année dernière à la société de recherche canadienne l'ordinateur quantique D-Wave, dont le processeur contient 512 qubits.

Avec son aide, le leader du marché la technologie informatique résoudra les problèmes d’apprentissage automatique lors du tri et de l’analyse de grands ensembles de données.

Snowden, qui a quitté les États-Unis, a également fait une déclaration révélatrice importante : la NSA envisage également de développer son propre ordinateur quantique.

2014 - le début de l'ère des systèmes D-Wave

L'athlète canadien à succès Geordie Rose, après un accord avec Google et la NASA, a commencé à construire un processeur de 1 000 qubits. Le futur modèle dépassera le premier prototype commercial d'au moins 300 000 fois en termes de vitesse et de volume de calculs. L'ordinateur quantique, dont la photo se trouve ci-dessous, est la première version commerciale au monde du principe fondamental. nouvelle technologie calculs.

Il a été incité à s'engager dans le développement scientifique par sa connaissance à l'université des travaux de Colin Williams sur l'informatique quantique. Il faut dire que Williams travaille aujourd'hui au sein de la société Rose en tant que chef de projet commercial.

Percée ou canular scientifique

Rose lui-même ne sait pas vraiment ce que sont les ordinateurs quantiques. En dix ans, son équipe est passée de la création d'un processeur à 2 qubits à la première idée commerciale actuelle.

Dès le début de ses recherches, Rose a cherché à créer un processeur avec un nombre minimum de qubits de 1 000. Et il devait absolument avoir une option commerciale - pour vendre et gagner de l'argent.

Beaucoup, connaissant l'obsession et le sens commercial de Rose, tentent de l'accuser de contrefaçon. Apparemment, le processeur le plus ordinaire est présenté comme quantique. Ceci est également facilité par le fait que la nouvelle technologie présente des performances phénoménales lors de l'exécution de certains types de calculs. Sinon, il se comporte comme un ordinateur tout à fait ordinaire, mais très cher.

Quand apparaîtront-ils

Il n'y a pas longtemps à attendre. Un groupe de recherche organisé par les co-acheteurs du prototype rendra compte prochainement des résultats de la recherche sur D-Wave.
Le moment est peut-être bientôt venu où les ordinateurs quantiques révolutionneront notre compréhension du monde qui nous entoure. Et toute l'humanité en ce moment atteindra plus haut niveau son évolution.

Re-bonjour à tous les lecteurs de mon blog ! Hier, quelques histoires sur un ordinateur « quantique » sont à nouveau apparues dans l’actualité. Nous savons grâce au cours de physique de l'école qu'un quantum est une certaine portion égale d'énergie, il y a aussi l'expression « saut quantique », c'est-à-dire une transition instantanée d'un certain niveau d'énergie à un niveau encore plus élevé.. Voyons ensemble qu'est-ce qu'un ordinateur quantique et qu'est-ce que nous attendons tous que cette machine miracle apparaisse

Je me suis intéressé pour la première fois à ce sujet en regardant des films sur Edward Snowden. Comme vous le savez, ce citoyen américain a collecté plusieurs téraoctets d'informations confidentielles (preuves compromettantes) sur les activités des services de renseignement américains, les a soigneusement cryptées et les a publiées sur Internet. "Si, dit-il, quelque chose m'arrive, l'information sera déchiffrée et deviendra ainsi accessible à tous."

Le calcul était que cette information était « brûlante » et serait pertinente pendant encore dix ans. Et cela peut être déchiffré avec le moderne Puissance de calcul la même chose au moins dix ans plus tard. L'ordinateur quantique, selon les attentes des développeurs, accomplira cette tâche en vingt-cinq minutes environ. Les cryptographes sont paniqués. C’est le genre de saut « quantique » qui nous attend bientôt, mes amis.

Principes de fonctionnement d'un ordinateur quantique pour les nuls

Puisque nous parlons de physique quantique, parlons-en un peu. Je n'entrerai pas dans les mauvaises herbes, mes amis. Je suis une « théière », pas un physicien quantique. Il y a environ cent ans, Einstein publiait sa théorie de la relativité. Tous personnes intelligentesÀ cette époque, ils étaient surpris du nombre de paradoxes et de choses incroyables qu’il contenait. Ainsi, tous les paradoxes d’Einstein qui décrivent les lois de notre monde ne sont que le bavardage innocent d’un enfant de cinq ans comparé à ce qui se passe au niveau des atomes et des molécules.

Les « physiciens quantiques » eux-mêmes, qui décrivent les phénomènes se produisant au niveau des électrons et des molécules, disent à peu près ceci : « C'est incroyable. Cela ne peut pas être vrai. Mais c’est ainsi. Ne nous demandez pas comment tout cela fonctionne. Nous ne savons ni comment ni pourquoi. Nous regardons juste. Mais ça marche. Cela a été prouvé expérimentalement. Voici les formules, les dépendances et les enregistrements d’expériences.

Alors, quelle est la différence entre un ordinateur conventionnel et un ordinateur quantique ? Après tout, un ordinateur ordinaire fonctionne également à l’électricité, et l’électricité est un tas de très petites particules – des électrons ?

Nos ordinateurs fonctionnent selon le principe du « Oui » ou du « Non ». S'il y a du courant dans le fil, c'est « Oui » ou « Un ». S'il n'y a « Aucun » de courant dans le fil, alors il est « Zéro ». Les valeurs de variante "1" et "0" sont une unité de stockage d'informations appelée "Bit".. Un octet équivaut à 8 bits et ainsi de suite et ainsi de suite...

Imaginez maintenant votre processeur, sur lequel se trouvent 800 millions de « fils » de ce type, sur chacun desquels un tel « zéro » ou « un » apparaît et disparaît en une seconde. Et vous pouvez imaginer mentalement comment il traite les informations. Vous lisez le texte maintenant, mais en fait c'est une collection de zéros et de uns.

Par force brute et calculs, votre ordinateur traite vos demandes dans Yandex, recherche celles dont vous avez besoin jusqu'à ce qu'il résolve le problème et, par élimination, va au fond de celle dont vous avez besoin. Affiche les polices et les images sur le moniteur sous une forme lisible... Jusqu'à présent, j'espère que rien de compliqué ? Et l'image est également composée de zéros et de uns.

Maintenant, mes amis, imaginez une seconde un modèle de notre système solaire. Le Soleil est au centre et la Terre tourne autour de lui. Nous savons qu'à un certain moment, il se trouve toujours à un certain point de l'espace et qu'en une seconde, il volera déjà trente kilomètres plus loin.

Ainsi, le modèle de l’atome est également planétaire, où l’atome tourne également autour du noyau. Mais il a été PROUVÉ, mes amis, par des malins à lunettes, que l'atome, contrairement à la Terre, est simultanément et toujours en tous lieux... Partout et nulle part à la fois. Et ils ont appelé ce merveilleux phénomène « superposition ». Afin de mieux connaître d'autres phénomènes la physique quantique, je suggère de regarder un film de vulgarisation scientifique où dans un langage simple parle de choses complexes de manière plutôt originale.

Nous allons continuer. Et maintenant, « notre » bit est remplacé par un bit quantique. On l’appelle aussi « Qubit ». Il n'en a également que deux états initiaux"zéro" et "un". Mais, comme sa nature est « quantique », il peut SIMULTANÉMENT accepter toutes les valeurs intermédiaires. Et en même temps, soyez dedans. Désormais, vous n'avez plus besoin de calculer les valeurs de manière séquentielle, de les trier... ou de chercher longtemps dans la base de données. Ils sont déjà connus à l’avance, tout de suite. Les calculs sont effectués en parallèle.

Les premiers algorithmes « quantiques » pour les calculs mathématiques ont été inventés par le mathématicien anglais Peter Shore en 1997. Lorsqu'il les a montrés au monde, tous les cryptographes sont devenus très tendus, car les chiffres existants sont « craqués » par cet algorithme en quelques minutes. Mais à cette époque, aucun ordinateur ne fonctionnait avec l'algorithme quantique.

Depuis lors, d’une part, des travaux sont en cours pour créer un système physique dans lequel fonctionnerait un bit quantique. C'est-à-dire « matériel ». D’un autre côté, ils proposent déjà une protection contre le piratage quantique et le décryptage des données.

Et maintenant? Et voici à quoi ressemble un processeur quantique sous un microscope à 9 qubits de Google.

Nous ont-ils vraiment dépassés ? 9 qubits ou selon les « anciens » 15 bits, ce n'est pas encore grand-chose. Plus le coût élevé, la masse problèmes techniques et une courte « durée de vie » des quanta. Mais rappelez-vous qu'au début il y avait 8 bits, puis 16 sont apparus processeurs de bits...Il en sera ainsi avec ceux-ci...

L'ordinateur quantique en Russie : mythe ou réalité ?

Et nous ? Mais nous ne sommes pas nés derrière les fourneaux. Ici, j'ai déterré une photo de la première Cubit russe au microscope. Il est vraiment le seul ici.

Cela ressemble aussi à une sorte de « boucle » dans laquelle se passe quelque chose dont nous ne sommes pas encore conscients. C’est gratifiant de penser que les nôtres, avec le soutien de l’État, développent les leurs. Les évolutions nationales ne sont donc plus un mythe. C'est notre avenir. Nous verrons à quoi cela ressemblera.

Dernières nouvelles sur l'ordinateur quantique russe de 51 qubits

Voici les nouveautés de cet été. Nos gars (honneur et louanges à eux !) ont développé l'ordinateur quantique (!) le plus puissant au monde (!) 51 qubits (!), c'est-à-dire Le plus intéressant est qu'avant cela, Google avait annoncé son ordinateur à 49 qubits. Et ils estimaient qu'ils l'auraient terminé dans un mois environ. Et le nôtre a décidé de montrer un processeur quantique de 51 qubits prêt à l'emploi... Bravo ! C'est la course qui se déroule. Au moins, nous pouvons suivre. Parce que c'est attendu grande percée en science, lorsque ces systèmes fonctionnent. Voici une photo de la personne qui a présenté notre développement au forum international « quantique ».

Le nom de ce scientifique est Mikhail Lukin. Aujourd'hui, son nom est à l'honneur. Il est impossible de créer un tel projet seul, nous le comprenons. Lui et son équipe ont créé l’ordinateur ou processeur quantique le plus puissant au monde aujourd’hui (!). Voici ce que des personnes compétentes ont à dire à ce sujet :

« Un ordinateur quantique en état de marche est bien plus terrible qu'une bombe atomique », note Sergueï Belousov, co-fondateur du Centre quantique russe. - Il (Mikhail Lukin) a créé le système qui possède le plus de qubits. Au cas où. Sur ce moment Je pense que cela représente plus de deux fois plus de qubits que n'importe qui d'autre. Et il a spécifiquement fabriqué 51 qubits, pas 49. Parce que Google n’arrêtait pas de dire qu’ils en fabriqueraient 49. »

Cependant, Lukin lui-même et le chef du laboratoire quantique de Google, John Martinez, ne se considèrent ni comme des concurrents ni comme des rivaux. Les scientifiques sont convaincus que leur principal rival est la nature et que leur objectif principal est le développement de la technologie et sa mise en œuvre pour faire avancer l'humanité vers une nouvelle étape de développement.

"C'est une erreur de considérer cela comme une course", dit à juste titre John Martinez. - Nous faisons une vraie course avec la nature. Parce qu'il est vraiment difficile de créer un ordinateur quantique. Et c'est tout simplement excitant que quelqu'un ait réussi à créer un système avec un tel gros montant qubits Jusqu’à présent, 22 qubits est le maximum que nous puissions faire. Même si nous avons utilisé toute notre magie et notre professionnalisme.

Oui, tout cela est très intéressant. Si l’on se souvient des analogies, lorsque le transistor a été inventé, personne ne pouvait savoir que les ordinateurs fonctionneraient avec cette technologie 70 ans plus tard. Rien que dans un processeur moderne, leur nombre atteint 700 millions. Le premier ordinateur pesait plusieurs tonnes et occupait de vastes surfaces. Mais Ordinateur personnel ils sont arrivés quand même – bien plus tard…

Je pense que pour l'instant, il ne faut pas s'attendre à ce que des appareils de cette classe apparaissent dans nos magasins dans un avenir proche. Beaucoup les attendent. Les mineurs de cryptomonnaies en particulier discutent beaucoup à ce sujet. Les scientifiques le regardent avec espoir et les militaires le regardent avec une attention particulière. Le potentiel de cette évolution, tel que nous le comprenons, n’est pas tout à fait clair.

Il est clair que lorsque tout commencera à fonctionner, cela entraînera avec lui l'ensemble de l'industrie à forte intensité de connaissances. De nouvelles technologies, de nouvelles industries, de nouveaux logiciels apparaîtront progressivement. Le temps nous le dira. Si seulement notre propre ordinateur quantique, qui nous a été donné à la naissance, ne laissait pas tomber les gens, c'est notre tête. Alors ne vous précipitez pas pour jeter vos gadgets à la poubelle pour l’instant. Ils vous serviront longtemps. Écrivez si l'article était intéressant. Revenez souvent. Au revoir!

L'humanité, comme il y a 60 ans, est à nouveau sur le point de réaliser une avancée majeure dans le domaine de la technologie informatique. Très bientôt, les machines informatiques actuelles seront remplacées par des ordinateurs quantiques.

Où en sont les progrès ?

En 1965, Gordon Moore a déclaré qu'en un an, le nombre de transistors pouvant être montés sur une puce en silicium doublait. Ce rythme de progression a ralenti récemment et le doublement se produit moins fréquemment – ​​une fois tous les deux ans. Même à ce rythme, les transistors pourront atteindre la taille d’un atome dans un avenir proche. Vient ensuite une ligne qui ne peut être franchie. Du point de vue de la structure physique du transistor, celui-ci ne peut en aucun cas être inférieur aux quantités atomiques. Augmenter la taille des puces ne résout pas le problème. Le fonctionnement des transistors est associé à la libération d'énergie thermique et les processeurs ont besoin d'un système de refroidissement de haute qualité. L'architecture multicœur ne résout pas non plus le problème d'une croissance future. Atteindre le sommet du développement de la technologie moderne des processeurs se produira bientôt.
Les développeurs ont compris ce problème à une époque où les utilisateurs commençaient tout juste à posséder des ordinateurs personnels. En 1980, l'un des fondateurs de la science de l'information quantique, le professeur soviétique Yuri Manin, a formulé l'idée de l'informatique quantique. Un an plus tard, Richard Feyman proposait le premier modèle d'ordinateur doté d'un processeur quantique. La base théorique de ce à quoi devraient ressembler les ordinateurs quantiques a été formulée par Paul Benioff.

Comment fonctionne un ordinateur quantique

Pour comprendre le fonctionnement du nouveau processeur, il faut avoir au moins une connaissance superficielle des principes de la mécanique quantique. Il ne sert à rien de donner ici des schémas et des formules mathématiques. Il suffit à l’individu moyen de se familiariser avec les trois particularités de la mécanique quantique :

• L'état ou la position d'une particule n'est déterminé qu'avec un certain degré de probabilité.
• Si une particule peut avoir plusieurs états, alors elle se trouve dans tous les états possibles à la fois. C'est le principe de superposition.
• Le processus de mesure de l’état d’une particule conduit à la disparition de la superposition. Il est caractéristique que la connaissance de l'état de la particule obtenue par la mesure diffère de l'état réel de la particule avant les mesures.

Du point de vue du bon sens, c'est un non-sens complet. Dans notre monde ordinaire, ces principes peuvent être représentés ainsi : la porte de la pièce est fermée, et en même temps ouverte. Fermé et ouvert en même temps.

C'est la différence frappante entre les calculs. Un processeur classique fonctionne en code binaire. Les bits d'ordinateur ne peuvent être que dans un seul état : avoir une valeur logique de 0 ou 1. Les ordinateurs quantiques fonctionnent avec des qubits, qui peuvent avoir une valeur logique de 0, 1, 0 et 1 à la fois. Pour résoudre certains problèmes, ils bénéficieront d’un avantage de plusieurs millions de dollars sur les machines informatiques traditionnelles. Aujourd'hui, il existe déjà des dizaines de descriptions d'algorithmes de travail. Les programmeurs créent un code de programme spécial qui peut fonctionner selon de nouveaux principes de calcul.

Où le nouvel ordinateur sera-t-il utilisé ?

Une nouvelle approche du processus informatique vous permet de travailler avec d'énormes quantités de données et d'effectuer des opérations de calcul instantanées. Avec l’avènement des premiers ordinateurs, certaines personnes, y compris des responsables gouvernementaux, étaient très sceptiques quant à leur utilisation dans l’économie nationale. Il y a encore aujourd’hui des gens qui doutent de l’importance des ordinateurs d’une génération fondamentalement nouvelle. Pendant très longtemps, les revues techniques ont refusé de publier des articles sur l’informatique quantique, considérant ce domaine comme un stratagème frauduleux courant pour tromper les investisseurs.

Une nouvelle méthode informatique créera les conditions préalables à des découvertes scientifiques grandioses dans toutes les industries. La médecine résoudra de nombreux problèmes, dont un grand nombre se sont accumulés récemment. Il deviendra possible de diagnostiquer le cancer à un stade plus précoce qu’aujourd’hui. L’industrie chimique sera capable de synthétiser des produits aux propriétés uniques.

Une percée dans le domaine de l'astronautique ne se fera pas attendre. Les vols vers d’autres planètes deviendront aussi courants que les déplacements quotidiens en ville. Le potentiel inhérent à l’informatique quantique transformera certainement notre planète au-delà de toute reconnaissance.

Une autre caractéristique distinctive des ordinateurs quantiques est leur capacité à trouver rapidement le code ou le chiffre souhaité. Un ordinateur ordinaire exécute une solution d’optimisation mathématique de manière séquentielle, en essayant une option après l’autre. Le concurrent quantique travaille avec l’ensemble des données à la fois, sélectionnant les options les plus appropriées à une vitesse fulgurante et dans un délai sans précédent. Les transactions bancaires seront décryptées en un clin d’œil, ce qui est inaccessible aux ordinateurs modernes.

Cependant, le secteur bancaire n'a pas à s'inquiéter : son secret sera sauvegardé par la méthode de cryptage quantique avec un paradoxe de mesure. Lorsque vous essayez d'ouvrir le code, le signal transmis sera déformé. Les informations reçues n’auront aucun sens. Les services secrets, pour qui l’espionnage est une pratique courante, s’intéressent aux possibilités de l’informatique quantique.

Difficultés de conception

La difficulté réside dans la création des conditions dans lesquelles un bit quantique peut rester indéfiniment dans un état de superposition.

Chaque qubit est un microprocesseur qui fonctionne selon les principes de supraconductivité et les lois de la mécanique quantique.

Un certain nombre de conditions environnementales uniques sont créées autour des éléments microscopiques d'une machine logique :

• température 0,02 degrés Kelvin (-269,98 Celsius) ;
• système de protection contre les rayonnements magnétiques et électriques (réduit l'impact de ces facteurs de 50 000 fois) ;
• système d'évacuation de la chaleur et d'amortissement des vibrations ;
• la raréfaction de l'air est 100 milliards de fois inférieure à la pression atmosphérique.

Une légère déviation de l’environnement fait perdre instantanément aux qubits leur état de superposition, entraînant un dysfonctionnement.

En avance sur le reste de la planète

Tout ce qui précède pourrait être attribué à la créativité de l'esprit enfiévré d'un écrivain de science-fiction si Google, en collaboration avec la NASA, n'avait pas acheté l'année dernière à une société de recherche canadienne un ordinateur quantique D-Wave, dont le processeur contient 512 qubits.

Avec son aide, le leader du marché de l'informatique résoudra les problèmes d'apprentissage automatique dans le tri et l'analyse de grandes quantités de données.

Snowden, qui a quitté les États-Unis, a également fait une déclaration révélatrice importante : la NSA envisage également de développer son propre ordinateur quantique.

2014 - le début de l'ère des systèmes D-Wave

L'athlète canadien à succès Geordie Rose, après un accord avec Google et la NASA, a commencé à construire un processeur de 1 000 qubits. Le futur modèle dépassera le premier prototype commercial d'au moins 300 000 fois en termes de vitesse et de volume de calculs. L'ordinateur quantique, illustré ci-dessous, est la première version commerciale au monde d'une technologie informatique fondamentalement nouvelle.

Il a été incité à s'engager dans le développement scientifique par sa connaissance à l'université des travaux de Colin Williams sur l'informatique quantique. Il faut dire que Williams travaille aujourd'hui au sein de la société Rose en tant que chef de projet commercial.

Percée ou canular scientifique

Rose lui-même ne sait pas vraiment ce que sont les ordinateurs quantiques. En dix ans, son équipe est passée de la création d'un processeur à 2 qubits à la première idée commerciale actuelle.

Dès le début de ses recherches, Rose a cherché à créer un processeur avec un nombre minimum de qubits de 1 000. Et il devait absolument avoir une option commerciale - pour vendre et gagner de l'argent.

Beaucoup, connaissant l'obsession et le sens commercial de Rose, tentent de l'accuser de contrefaçon. Apparemment, le processeur le plus ordinaire est présenté comme quantique. Ceci est également facilité par le fait que la nouvelle technologie présente des performances phénoménales lors de l'exécution de certains types de calculs. Sinon, il se comporte comme un ordinateur tout à fait ordinaire, mais très cher.

Quand apparaîtront-ils

Il n'y a pas longtemps à attendre. Un groupe de recherche organisé par les co-acheteurs du prototype rendra compte prochainement des résultats de la recherche sur D-Wave.
Le moment est peut-être bientôt venu où les ordinateurs quantiques révolutionneront notre compréhension du monde qui nous entoure. Et toute l’humanité atteindra à ce moment un niveau supérieur de son évolution.

De telles machines sont désormais tout simplement nécessaires dans tous les domaines : médecine, aviation, exploration spatiale. Actuellement, des ordinateurs sont développés sur la base de la physique quantique et des technologies informatiques. Les bases d'un tel appareil informatique ne sont pas encore disponibles utilisateurs ordinaires et sont acceptés comme quelque chose d'incompréhensible. Après tout, tout le monde n’est pas familier avec les propriétés photoniques. particules élémentaires et des atomes. Pour comprendre au moins un peu le fonctionnement de cet ordinateur, il faut connaître et comprendre les principes élémentaires de la mécanique quantique. Cet ordinateur cohérent est en grande partie développé pour la NASA.

Une machine conventionnelle effectue des opérations en utilisant des bits classiques, qui peuvent prendre les valeurs 0 ou 1. En revanche, une machine informatique photonique utilise des bits ou qubits cohérents. Ils peuvent prendre les valeurs 1 et 0 à la fois. C'est ce qui donne un tel la technologie informatique leur puissance de calcul supérieure. Il existe plusieurs types d’objets informatiques pouvant être utilisés comme qubits.

1. Noyau d'un atome.
2. Électron.

Tous les électrons ont un champ magnétique, en règle générale, ils ressemblent à de petits aimants et cette propriété est appelée spin. Si vous les placez dans un champ magnétique, ils s’y adapteront de la même manière que l’aiguille d’une boussole. Il s’agit de la position d’énergie la plus basse, nous pouvons donc l’appeler spin nul ou faible. Mais il est possible de rediriger l’électron vers l’état « un » ou vers le spin supérieur. Mais cela demande de l’énergie. Si vous retirez le verre de la boussole, vous pouvez rediriger la flèche dans une direction différente, mais cela nécessite de la force.

Il existe deux accessoires : low et high spin, qui correspondent respectivement aux classiques 1 et 0. Mais le fait est que les objets photoniques peuvent être dans deux positions en même temps. Lorsque la rotation est mesurée, elle sera soit vers le haut, soit vers le bas. Mais avant la mesure, l’électron existera dans ce qu’on appelle une superposition quantique, dans laquelle ces coefficients indiquent la probabilité relative que l’électron se trouve dans un état ou un autre.

Il est assez difficile d’imaginer comment cela confère aux machines de cohérence leur incroyable puissance de calcul sans considérer l’interaction de deux qubits. Il existe désormais quatre états possibles pour ces électrons. Dans un exemple typique de deux bits, seuls deux bits d’information sont nécessaires. Ainsi, deux qubits contiennent quatre types d’informations. Cela signifie que vous devez connaître quatre nombres pour connaître la position du système. Et si vous effectuez trois tours, vous obtenez huit positions différentes, et dans une version typique, vous aurez besoin de trois bits. Il s'avère que la quantité d'informations contenues dans N qubits est égale à 2N bits standards. Fonction exponentielle dit que si, par exemple, il y a 300 qubits, alors vous devrez créer des superpositions délirantes et complexes où les 300 qubits seront interconnectés. Nous obtenons alors 2 300 bits classiques, ce qui est égal au nombre de particules dans l’univers entier. Il s'ensuit qu'il est nécessaire de créer une séquence logique qui permettra d'obtenir un résultat de calcul mesurable. C'est-à-dire composé uniquement d'accessoires standard. Il s’avère qu’une machine cohérente ne remplace pas les machines conventionnelles. Ils ne sont plus rapides que dans les calculs où il est possible d'utiliser toutes les superpositions disponibles. Et si tu veux juste regarder vidéo de haute qualité, discuter sur Internet ou rédiger un article pour le travail, un ordinateur à photons ne vous donnera aucune priorité.

Cette vidéo décrit le processus d'un ordinateur quantique.

Si nous parlons en mots simples, alors le système cohérent n'est pas conçu pour la vitesse de calcul, mais pour quantité requise pour obtenir des résultats qui se produiront dans unité minimale temps.

Le fonctionnement d'un ordinateur classique repose sur le traitement de l'information à l'aide de puces de silicium et de transistors. Ils utilisent code binaire, qui à son tour est composé de uns et de zéros. Une machine cohérente fonctionne par superposition. Au lieu de bits, des qubits sont utilisés. Cela vous permet non seulement d'effectuer des calculs rapidement, mais également de faire des calculs aussi précis que possible.

Quel sera le système informatique photonique le plus puissant ? Par exemple, si photon Machine à calculer Disposant d'un système de trente qubits, sa puissance sera de 10 000 milliards d'opérations de calcul par seconde. Actuellement, l’ordinateur 2 bits le plus puissant compte un milliard d’opérations par seconde.

Un grand groupe de scientifiques de différents pays développé un plan selon lequel les dimensions de l'appareil photonique seront proches des dimensions d'un terrain de football. Il sera le plus puissant du monde. Ce sera une sorte de structure composée de modules, placée sous vide. L'intérieur de chaque module est constitué de champs électriques ionisés. C'est avec leur aide que seront formées certaines parties du circuit qui effectueront des actions logiques simples. Un exemple d’une telle technologie informatique photonique est en cours de développement à l’Université du Sussex en Angleterre. Le coût estimé est actuellement de plus de 130 millions de dollars.

Il y a dix ans, D-Wave a présenté le premier ordinateur cohérent au monde, composé de 16 qubits. Chaque qubit est constitué à son tour d’un cristal de niobium placé dans un inducteur. Électricité, qui alimente la bobine, forme un champ magnétique. Ensuite, cela modifie l’appartenance dans laquelle se trouve le qubit. En utilisant une telle machine, vous pouvez facilement découvrir comment les drogues synthétiques interagissent avec les protéines sanguines.
Ou encore, il sera possible d'identifier une maladie telle que le cancer à un stade plus précoce.

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Vous êtes tous habitués à nos ordinateurs : le matin nous lisons les informations depuis un smartphone, l'après-midi nous travaillons avec un ordinateur portable et le soir nous regardons des films sur une tablette. Tous ces appareils ont une chose en commun : un processeur au silicium composé de milliards de transistors. Le principe de fonctionnement de tels transistors est assez simple : en fonction de la tension fournie, nous obtenons une tension différente à la sortie, qui est interprétée soit comme 0 logique, soit comme 1 logique. Pour effectuer des opérations de division, il y a un décalage binaire - si nous, par exemple, étions le nombre 1101, alors après l'avoir décalé de 1 bit vers la gauche, ce sera 01101, et si maintenant nous le décalons de 1 bit vers la droite, ce sera 01110. Et le problème principal réside dans le fait que pour une même division, plusieurs dizaines de telles opérations peuvent être nécessaires. Oui, étant donné qu'il existe des milliards de transistors, une telle opération prend des nanosecondes, mais s'il y a beaucoup d'opérations, on perd du temps sur ces calculs.

Comment fonctionnent les ordinateurs quantiques

Un ordinateur quantique offre une manière de calculer complètement différente. Commençons par la définition :

Ordinateur quantique -appareil informatique, qui utilise des phénomènessuperposition quantiqueEtintrication quantiquepour la transmission et le traitement des données.

Ce n’est clairement pas devenu plus clair. La superposition quantique nous dit qu'un système, avec un certain degré de probabilité, existe dans tous les états possibles (la somme de toutes les probabilités, bien sûr, est égale à 100 % ou 1). Regardons cela avec un exemple. Les informations dans les ordinateurs quantiques sont stockées dans des qubits - alors que les bits ordinaires peuvent avoir un état de 0 ou 1, un qubit peut alors avoir un état de 0, 1 et 0 et 1 en même temps. Donc, si nous avons 3 qubits, par exemple 110, alors cette expression en bits équivaut à 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111.

Qu'est-ce que cela nous donne ? Oui tout! Par exemple, nous avons un mot de passe numérique à 4 caractères. Comment un processeur ordinaire peut-il le pirater ? Recherchez simplement de 0000 à 9999. 9999 dans système binaire a la forme 10011100001111, c'est-à-dire que pour l'écrire, nous avons besoin de 14 bits. Par conséquent, si nous avons un PC quantique avec 14 qubits, nous connaissons déjà le mot de passe : après tout, l’un des états possibles d’un tel système est le mot de passe ! En conséquence, tous les problèmes que même les superordinateurs mettent désormais des jours à calculer seront résolus instantanément grâce aux systèmes quantiques : avez-vous besoin de trouver une substance possédant certaines propriétés ? Pas de problème, créez un système avec le même nombre de qubits que vos besoins en matière - et la réponse sera déjà dans votre poche. Nous devons créer l'IA ( intelligence artificielle? Cela ne pourrait pas être plus simple : alors qu’un PC classique essaiera toutes les combinaisons, un ordinateur quantique fonctionnera à la vitesse de l’éclair et choisira la meilleure réponse.


Il semblerait que tout va bien, mais il y a un problème important : comment connaître le résultat des calculs ? Avec un PC classique, tout est simple, on peut le prendre et le lire en se connectant directement au processeur : les 0 et 1 logiques y sont définitivement interprétés comme l'absence et la présence de charge. Mais cela ne fonctionnera pas avec les qubits - après tout, à tout moment, ils sont dans un état arbitraire. Et c’est là que l’intrication quantique vient à notre aide. Son essence réside dans le fait que vous pouvez obtenir une paire de particules connectées les unes aux autres (en termes scientifiques - si, par exemple, la projection de spin d'une particule intriquée est négative, alors l'autre sera certainement positive). A quoi ça ressemble sur vos doigts ? Disons que nous avons deux boîtes contenant chacune un morceau de papier. Nous transportons des boîtes à n'importe quelle distance, ouvrons l'une d'elles et constatons que le morceau de papier à l'intérieur est rayé horizontalement. Cela signifie automatiquement que l'autre morceau de papier aura des rayures verticales. Mais le problème est que dès que nous connaissons l'état d'un morceau de papier (ou d'une particule), le système quantique s'effondre - l'incertitude disparaît, les qubits se transforment en bits ordinaires.

Par conséquent, les calculs sur les ordinateurs quantiques sont essentiellement ponctuels : nous créons un système constitué de particules intriquées (nous savons où se trouvent leurs autres « moitiés »). Nous effectuons des calculs, puis « ouvrons la boîte avec le morceau de papier » - nous découvrons l'état des particules intriquées, et donc l'état des particules dans l'ordinateur quantique, et donc le résultat des calculs. Donc, pour de nouveaux calculs, vous devez recréer des qubits - simplement "fermer la boîte avec le morceau de papier" ne fonctionnera pas - après tout, nous savons déjà ce qui est dessiné sur le morceau de papier.

La question se pose - puisqu'un ordinateur quantique peut deviner instantanément n'importe quel mot de passe - comment protéger les informations ? La vie privée va-t-elle disparaître avec l’avènement de tels appareils ? Bien sûr que non. Le cryptage dit quantique vient à la rescousse : il repose sur le fait que lorsque l’on tente de « lire » un état quantique, celui-ci est détruit, ce qui rend tout piratage impossible.

Ordinateur quantique domestique

Eh bien, la dernière question – puisque les ordinateurs quantiques sont si cool, puissants et impossibles à pirater – pourquoi ne les utilisons-nous pas ? Le problème est trivial : l’impossibilité de mettre en œuvre un système quantique dans des conditions domestiques ordinaires. Pour qu'un qubit puisse exister indéfiniment dans un état de superposition, des conditions extrêmement spécifiques sont nécessaires : un vide complet (absence d'autres particules), une température aussi proche que possible de zéro Kelvin (pour la supraconductivité) et l'absence totale de un rayonnement électromagnétique(pour absence d'influence sur le système quantique). D'accord, il est difficile de créer de telles conditions à la maison, c'est un euphémisme, mais le moindre écart entraînera la disparition de l'état de superposition et les résultats des calculs seront incorrects. Le deuxième problème est de faire interagir les qubits les uns avec les autres : lors de l’interaction, leur durée de vie est réduite de manière catastrophique. En conséquence, le maximum pour cette journée est constitué d'ordinateurs quantiques dotés de quelques dizaines de qubits.

Cependant, il existe des ordinateurs quantiques de D-Wave qui ont 1000 qubits, mais, d'une manière générale, ce ne sont pas de vrais ordinateurs quantiques, car ils n'utilisent pas les principes de l'intrication quantique, ils ne peuvent donc pas fonctionner selon les algorithmes quantiques classiques :


Néanmoins, ces appareils s'avèrent nettement (des milliers de fois) plus puissants que les PC conventionnels, ce qui peut être considéré comme une percée. Cependant, ils ne remplaceront pas les appareils des utilisateurs de si tôt - nous devons d'abord apprendre à créer les conditions nécessaires au fonctionnement de tels appareils à la maison ou, au contraire, « faire » fonctionner ces appareils dans les conditions qui nous sont familières. Des pas dans la deuxième direction ont déjà été franchis : en 2013, le premier ordinateur quantique à deux qubits a été créé sur du diamant impureté, fonctionnant à température ambiante. Cependant, hélas, ce n'est qu'un prototype, et 2 qubits ne suffisent pas pour les calculs. L’attente pour les PC quantiques est donc encore très, très longue.