Zéng Joer méi spéit weess keen wéini

Eng manner informéiert Persoun, déi eng ganz Rëtsch vu Publikatiounen iwwer Quantecomputer gelies huet, kann den Androck kréien, datt dëst "Off-the-shelf" Maschinnen sinn, déi op déiselwecht Aart a Weis funktionnéieren wéi normal Computeren. Näischt kéint méi falsch sinn. E puer gleewen souguer datt et nach keng Quantecomputer gëtt. An anerer froe sech fir wat se benotzt ginn, well se net entwéckelt sinn fir Null-One Systemer ze ersetzen.

Mir héieren dacks datt déi éischt richteg a richteg funktionéierend Quantecomputer an ongeféier engem Joerzéngt erschéngen. Wéi och ëmmer, wéi d'Linley Gwennap, Chef Analyst bei der Linley Group, am Artikel bemierkt huet, "wann d'Leit soen datt e Quantecomputer an zéng Joer erschéngt, wësse se net wéini et geschitt."

Trotz dëser vague Situatioun, d'Atmosphär vun Concours fir de sougenannte. Quante Dominanz. Besuergt iwwer d'Quanteaarbecht an d'Fortschrëtter vun de Chinesen, huet d'US Administratioun d'National Quantum Initiative Act am leschte Dezember gestëmmt.1). D'Dokument soll d'Federal Ënnerstëtzung fir d'Fuerschung, d'Entwécklung, d'Demonstratioun an d'Applikatioun vu Quantecomputer an Technologien ubidden. An enger magescher zéng Joer wäert d'US Regierung Milliarden ausginn fir Quantecomputerinfrastrukturen, Ökosystemer ze bauen a Leit ze rekrutéieren. All déi grouss Entwéckler vu Quantecomputer - D-Wave, Honeywell, IBM, Intel, IonQ, Microsoft a Rigetti, wéi och d'Creatoren vu Quantenalgorithmen 1QBit an Zapata hunn dëst begréisst. National Quantum Initiative.

D-WAve Pionéier

Am Joer 2007 huet D-Wave Systems en 128-Qubit Chip agefouert (2), heescht den éischte Quantecomputer vun der Welt. Et war allerdéngs keng Gewëssheet, ob et esou genannt ka ginn - nëmme säi Wierk gouf gewisen ouni Detailer vu senger Konstruktioun. Am Joer 2009 huet D-Wave Systems eng "Quante" Bild Sichmotor fir Google entwéckelt. Am Mee 2011 huet Lockheed Martin e Quantecomputer vun D-Wave Systems kaaft. D-Welle eng fir $ 10 Milliounen, iwwerdeems ënnerschriwwen engem Multi-Joer Kontrakt fir seng Operatioun an Entwécklung vun Zesummenhang algorithms.

Am Joer 2012 huet dës Maschinn de Prozess bewisen fir de spiralesche Proteinmolekül mat der niddregster Energie ze fannen. Fuerscher vun D-Wave Systems benotzen Systemer mat verschiddenen Zuelen qubits, huet eng Rei mathematesch Berechnungen gemaach, e puer vun deenen wäit iwwer d'Kapazitéite vu klassesche Computere waren. Wéi och ëmmer, am fréie 2014 hunn de John Smolin a Graham Smith en Artikel publizéiert, deen behaapt datt d'D-Wave Systems Maschinn keng Maschinn war. Kuerz duerno huet d'Physik vun der Natur d'Resultater vun Experimenter presentéiert, déi beweisen datt D-Wave One nach ëmmer ...

En aneren Test, deen am Juni 2014 gemaach gouf, huet keen Ënnerscheed tëscht engem klassesche Computer an enger D-Wave Systems Maschinn gewisen, awer d'Firma huet geäntwert datt den Ënnerscheed nëmme bemierkbar war fir méi komplex Aufgaben wéi déi am Test geléist ginn. Am fréien 2017 huet d'Firma eng Maschinn enthüllt, déi anscheinend aus 2 dausend qubitsdéi 2500 Mol méi séier war wéi déi schnellsten klassesch Algorithmen. An erëm, zwee Méint méi spéit, huet eng Grupp vu Wëssenschaftler bewisen datt dëse Verglach net richteg war. Fir vill Skeptiker sinn D-Wave Systemer nach ëmmer net Quantecomputer, awer hir Simulatioune klassesch Methoden benotzt.

Déi véiert Generatioun D-Wave System benotzt quantum annealingsan d'Zoustand vun engem Qubit ginn duerch superleitend Quantekreesser realiséiert (baséiert op de sougenannte Josephson-Kräizungen). Si funktionnéieren an engem Ëmfeld no bei der absoluter Null a bidden e System vun 2048 Qubits. Um Enn vum 2018 huet D-Wave um Maart agefouert BOUNCE, dat ass, Är Echtzäit Quante Applikatioun Ëmfeld (KAE). D'Cloud Léisung erméiglecht externe Clienten Zougang zu Quantecomputer an Echtzäit.

Am Februar 2019 huet D-Wave déi nächst Generatioun ugekënnegt  Pegasus. Et gouf ugekënnegt als "de weltgréisste kommerziellen Quantesystem" mat fofzéng Verbindungen pro Qubit amplaz sechs, mat iwwer 5 qubits a Kaméidi Reduktioun op engem virdru onbekannte Niveau. Den Apparat soll an der Mëtt vum nächste Joer am Verkaf erscheinen.

Qubits, oder Superpositiounen plus Entanglement

Standard Computerprozessoren vertrauen op Päckchen oder Informatiounsstécker, jidderee representéiert eng eenzeg Jo oder Nee Äntwert. Quantephysik Prozessoren sinn anescht. Si schaffen net an enger Null-eent Welt. Ielebou Schanken, déi klengst an ondeelbar Eenheet vu Quanteninformatioun ass de beschriwwen zweedimensionalen System hilbert Raum. Dofir ënnerscheet et sech vum klassesche Beat an datt et ka sinn all Superpositioun zwee Quantestate. De kierperleche Modell vun engem Qubit gëtt meeschtens als e Beispill vun engem Partikel mat Spin ½ uginn, sou wéi en Elektron, oder d'Polariséierung vun engem eenzege Photon.

Fir d'Kraaft vu Qubits ze notzen, musst Dir se duerch e Prozess verbannen Duercherneen. Mat all zousätzlech Qubit, d'Veraarbechtungskraaft vum Prozessor verduebelt selwer, well d'Zuel vun den Entanglements begleet gëtt vun der Entanglement vun engem neie Qubit mat all de Staaten déi schonn am Prozessor verfügbar sinn (3). Awer Qubits erstellen an ze kombinéieren an hinnen dann ze soen komplizéiert Berechnungen ze maachen ass keng einfach Aufgab. Si bleiwen extrem empfindlech fir extern Aflëssdéi zu Berechnungsfehler féieren an am schlëmmste Fall zum Zerfall vu verwéckelte Qubits, d.h. Dekohärenzdat ass de richtege Fluch vu Quantesystemer. Wéi zousätzlech Qubits bäigefüügt ginn, ginn déi negativ Auswierkunge vun externe Kräfte erop. Ee Wee fir dëse Problem ze këmmeren ass zousätzlech z'aktivéieren qubits "Kontroll"deem seng eenzeg Funktioun ass den Ausgang ze kontrolléieren an ze korrigéieren.

3. Symbolesch Representatioun vun der 50-qubit IBM System

Wéi och ëmmer, dëst bedeit datt méi mächteg Quantecomputer gebraucht ginn, nëtzlech fir komplex Probleemer ze léisen, sou wéi d'Bestëmmung wéi Proteinmoleküle sech klappen oder déi kierperlech Prozesser bannent Atomer simuléieren. ganz qubit. Den Tom Watson vun der Universitéit Delft an Holland huet viru kuerzem dem BBC News gesot:

-

Kuerz gesot, wann Quantecomputer sollen ofhuelen, musst Dir mat engem einfache Wee kommen fir grouss a stabil Qubit-Prozessoren ze produzéieren.

Zënter Qubits onbestänneg sinn, ass et extrem schwéier e System mat ville vun hinnen ze kreéieren. Also wann, am Endeffekt, Qubits als Konzept fir Quantecomputer versoen, hunn d'Wëssenschaftler eng Alternativ: Qubit Quantum Gates.

E Team vun der Purdue University publizéiert eng Etude am npj Quantum Informatioun iwwer hir Kreatioun. Wëssenschaftler gleewen dat kuditsAm Géigesaz zu Qubits kënne se a méi wéi zwee Staaten existéieren - zum Beispill 0, 1 an 2 - a fir all Zousatzzoustand erhéicht d'Rechkraaft vun engem Qudit. An anere Wierder, Dir musst déiselwecht Quantitéit un Informatioun codéieren a veraarbecht. manner Herrlechkeet wéi qubits.

Fir e Quantepaart ze kreéieren, deen e Qudit enthält, huet d'Purdue Team véier Qudits an zwee entangled Photonen kodéiert wat d'Frequenz an d'Zäit ugeet. D'Team huet Photonen gewielt well se d'Ëmwelt net sou einfach beaflossen, a verschidde Domainen ze benotzen erlaabt méi Verstouss mat manner Photonen. De fäerdege Paart hat eng Veraarbechtungskraaft vun 20 Qubits, obwuel et nëmme véier Qudits erfuerdert huet, mat zousätzlech Stabilitéit wéinst der Notzung vu Photonen, wat et zu engem verspriechende System fir zukünfteg Quantecomputer mécht.

Silicon oder Ion Fallen

Och wann net jiddereen dës Meenung deelt, schéngt d'Benotzung vu Silizium fir Quantecomputer ze kreéieren enorm Virdeeler ze hunn, well d'Siliziumtechnologie gutt etabléiert ass an eng grouss Industrie scho mat deem ass. Silicon gëtt a Google an IBM Quanteprozessoren benotzt, obwuel et op ganz niddreg Temperaturen an hinnen ofgekillt ass. Et ass net ideal Material fir Quantesystemer, awer d'Wëssenschaftler schaffen drun.

Laut enger rezenter Verëffentlechung an der Natur, huet e Team vu Fuerscher Mikrowellenenergie benotzt fir zwee Elektronenpartikelen, déi a Silizium suspendéiert sinn, auszegläichen an se duerno benotzt fir eng Serie vun Testberechnungen auszeféieren. D'Grupp, déi besonnesch d'Wëssenschaftler vun der University of Wisconsin-Madison abegraff hunn, eenzel elektronesch Qubits an enger Siliziumstruktur "suspendéiert", de Spin vun deenen duerch d'Energie vun der Mikrowellestralung bestëmmt gouf. An enger Superpositioun huet en Elektron gläichzäiteg ëm zwou verschidden Achsen gedréint. Déi zwee Qubits goufen dunn kombinéiert a programméiert fir Testberechnungen auszeféieren, duerno hunn d'Fuerscher d'Daten, déi vum System generéiert goufen, verglach mat Daten, déi vun engem Standardcomputer kritt goufen, deen déiselwecht Testberechnungen ausféiert. No der Korrektur vun den Donnéeën, eng programméierbar zwee-bëssen Quantephysik Silicon Prozessor.

Och wann de Prozentsaz vu Feeler nach ëmmer vill méi héich ass wéi a sougenannten Ionefallen (Apparater déi gelueden Partikele fir eng Zäit späicheren, wéi Ionen, Elektronen, Protonen) oder Computeren  baséiert op Superleiter wéi D-Wave, bleift d'Erreeche bemierkenswäert well d'Isolatioun vu Qubits aus externe Geräischer extrem schwéier ass. Spezialiste gesinn Méiglechkeeten fir de System ze skaléieren an ze verbesseren. An de Gebrauch vu Silizium, aus enger technologescher a wirtschaftlecher Siicht, ass hei ganz wichteg.

Wéi och ëmmer, fir vill Fuerscher ass Silizium net d'Zukunft vu Quantecomputer. Am Dezember d'lescht Joer ass d'Informatioun opgetaucht datt d'Ingenieuren vun der amerikanescher Firma IonQ Ytterbium benotzt hunn fir de produktivste Quantecomputer vun der Welt ze kreéieren, déi D-Wave an IBM Systemer iwwerschreiden.

D'Resultat war eng Maschinn déi en eenzegen Atom an enger Ionefall enthält (4) benotzt een eenzegen Datequbit fir Kodéierung, an d'Qubits gi kontrolléiert a gemooss mat spezielle Laserimpulser. De Computer huet eng Erënnerung déi 160 Qubits vun Daten späichere kann. Et kann och Berechnungen gläichzäiteg op 79 Qubits maachen.

4. Schema vun der IonQ Ion Fal

Wëssenschaftler vun IonQ gehaal engem Standard Test vun der sougenannten Bernstein-Waziraniego Algorithmus. D'Aufgab vun der Maschinn war eng Zuel ze roden tëscht 0 an 1023. Klassesch Computeren huelen eelef Guesses fir eng 10-Bit Zuel. Quantecomputer benotzen zwou Approche fir d'Resultat mat 100% Sécherheet ze roden. Um éischte Versuch huet den IonQ Quantecomputer en Duerchschnëtt vu 73% vun de gegebene Zuelen geschätzt. Wann den Algorithmus fir all Zuel tëscht 1 an 1023 leeft, ass den Erfollegsquote fir en typesche Computer 0,2%, während fir IonQ et 79% ass.

IonQ Experten gleewen datt Systemer baséiert op Ionenfallen iwwer d'Silicon Quantecomputer sinn déi Google an aner Firmen bauen. Hir 79-Qubit Matrix iwwerhëlt de Bristlecone Quanteprozessor vu Google ëm 7 Qubits. D'IonQ Resultat ass och sensationell wann et ëm System uptime kënnt. No de Schëpfer vun der Maschinn, fir eng eenzeg Qubit bleift et bei 99,97%, dat heescht e Feelerrate vun 0,03%, während déi bescht Resultater vun der Konkurrenz ongeféier 0,5% am Duerchschnëtt waren. Den Zwee-Bit Fehlerquote fir den IonQ Apparat soll bei 99,3% sinn, während déi meescht Konkurrenten net méi wéi 95% sinn.

Et ass derwäert derbäi ze ginn, laut Google Fuerscher quantum Iwwerhand - de Punkt wou e Quantecomputer all aner verfügbare Maschinnen iwwerpréift - ka scho mat engem Quantecomputer mat 49 Qubits erreecht ginn, virausgesat datt d'Feelerquote op zwee Qubit Gates ënner 0,5% ass. Wéi och ëmmer, d'Ionfallmethod am Quantecomputer steet nach ëmmer mat grousse Hürden ze iwwerwannen: lues Ausféierungszäit a grouss Gréisst, souwéi d'Genauegkeet an d'Skalierbarkeet vun der Technologie.

Stronghold vun Chiffer an Ruinen an aner Konsequenzen

Am Januar 2019 um CES 2019 huet den IBM CEO Ginni Rometty ugekënnegt datt IBM schonn en integréierte Quantecomputersystem fir kommerziell Notzung ubitt. IBM Quantecomputer5) sinn kierperlech zu New York als Deel vum System IBM Q System One. Mat dem Q Network a Q Quantum Computational Center kënnen d'Entwéckler d'Qiskit Software ganz einfach benotze fir Quantenalgorithmen ze kompiléieren. Also ass d'Rechenkraaft vun IBM Quantecomputer verfügbar als Cloud Computing Service, raisonnabel Präis.

D-Wave huet och esou Servicer fir eng Zäit geliwwert, an aner grouss Spiller (wéi Amazon) plangen ähnlech Quantewollekofferen. Microsoft ass weider mat der Aféierung gaang Q# Programméiersprooch (ausgeschwat wéi) déi mat Visual Studio funktionnéiere kann an op engem Laptop lafen. Programméierer hunn en Tool fir Quantenalgorithmen ze simuléieren an eng Softwarebréck tëscht klassesch a Quantecomputer ze kreéieren.

Wéi och ëmmer, d'Fro ass, fir wat kënnen Computeren an hir Rechenkraaft tatsächlech nëtzlech sinn? An enger Etude, déi am leschte Oktober am Journal Science publizéiert gouf, hunn d'Wëssenschaftler vun IBM, der Universitéit vu Waterloo an der Technescher Universitéit vu München probéiert d'Zorte vu Probleemer unzeschätzen, déi Quantecomputer am Beschten gëeegent schéngen ze léisen.

No der Etude, esou Apparater wäert kënnen komplex ze léisen linear Algebra an Optimisatiounsproblemer. Et kléngt vague, awer et kënne Méiglechkeete ginn fir méi einfach a méi bëlleg Léisunge fir Themen, déi momentan vill Efforten, Ressourcen an Zäit erfuerderen, an heiansdo iwwer eis Erreeche sinn.

5. IBM Quantecomputer

Nëtzlech Quantecomputer Diametresch änneren d'Feld vun der Kryptografie. Dank hinnen konnten d'Verschlësselungscoden séier geknackt ginn an eventuell, blockchain Technologie wäert zerstéiert ginn. RSA Verschlësselung schéngt elo eng staark an onverständlech Verteidegung ze sinn déi déi meescht vun den Daten a Kommunikatiounen op der Welt schützt. Wéi och ëmmer, e genuch mächtege Quantecomputer kann einfach knacken RSA Verschlësselung mat der Hëllef vun Algorithmus Shora.

Wéi et ze verhënneren? E puer plädéieren fir d'Längt vun den ëffentleche Verschlësselungsschlësselen op d'Gréisst ze erhéijen déi néideg ass fir d'Quanteverschlësselung ze iwwerwannen. Fir anerer soll et eleng benotzt ginn fir sécher Kommunikatiounen ze garantéieren. Dank der Quantekryptering géif d'Aktioun vun der Ofdreiwung vun den Donnéeën se korruptéieren, duerno géif déi Persoun, déi de Partikel stéiert, keng nëtzlech Informatioun dovunner kréien, an den Empfänger wier iwwer den Oflauschterskandal gewarnt ginn.

Potenziell Uwendunge vu Quantecomputer ginn och dacks ernimmt. wirtschaftlech Analyse a Prognosen. Dank Quantesystemer kënne komplexe Modeller vum Maartverhalen erweidert ginn fir vill méi Variablen ze enthalen wéi virdrun, wat zu méi genee Diagnosen a Prognosen féiert. Andeems Dir gläichzäiteg Dausende vu Variablen duerch e Quantecomputer veraarbecht, wier et och méiglech d'Zäit an d'Käschte fir d'Entwécklung ze reduzéieren. nei Drogen, Transport- a Logistikléisungen, Versuergungsketten, Klimamodellerwéi och fir vill aner Probleemer vu gigantescher Komplexitéit ze léisen.

Marigold Gesetz

D'Welt vun den ale Computeren hat säin eegent Moore's Gesetz, während d'Quantecomputer musse vum sougenannte Gesetz guidéiert ginn. Marigold Gesetz. Hien verdankt säin Numm un engem vun de prominentsten Quantespezialisten bei Google, Hartmut Nevena (6), wat seet datt Fortschrëtter an der Quantecomputer Technologie am Moment gemaach ginn duebel exponential Vitesse.

Dëst bedeit datt amplaz d'Performance mat successive Iteratiounen ze verduebelen, sou wéi de Fall mat klassesche Computeren an dem Moore säi Gesetz, d'Quantetechnologie d'Performance vill méi séier verbessert.

Experten virauszesoen d'Optriede vun der Quantephysik Iwwerleeënheet, déi net nëmmen an d'Iwwerleeung vu Quantecomputer iwwer all klassesch iwwersat ka ginn, awer och op aner Manéier - als Ufank vun enger Ära vun nëtzlechen Quantecomputer. Dëst wäert de Wee fir Duerchbréch an der Chimie, Astrophysik, Medizin, Sécherheet, Kommunikatioun, a méi.

Et gëtt awer och eng Meenung, datt esou Iwwerleeënheet ni wäert existéieren, op d'mannst net an absehbarer Zukunft. Eng méi mëll Versioun vu Skepsis ass dat Quantecomputer wäerten ni klassesch Computeren ersetzen, well se net entwéckelt sinn fir dat ze maachen. Dir kënnt net en iPhone oder e PC duerch eng Quantemaschinn ersetzen, sou wéi Dir Tennisschong net duerch en Atomfligerdréier ersetzen kann.. Klassesch Computere léisst Iech Spiller spillen, E-Mail iwwerpréiwen, um Internet surfen a Programmer lafen. Quantecomputer maachen an de meeschte Fäll Simulatioune déi ze komplex sinn fir binär Systemer déi op Computerbits lafen. An anere Wierder, eenzel Konsumenten kréien bal kee Benefice vun hirem eegene Quantecomputer, awer déi richteg Beneficer vun der Erfindung sinn zum Beispill d'NASA oder de Massachusetts Institute of Technology.

D'Zäit wäert soen wéi eng Approche méi passend ass - IBM oder Google. Geméiss dem Neven säi Gesetz si mir nëmmen e puer Méint ewech vun enger voller Demonstratioun vu Quante-Iwwerleeënheet vun engem Team oder aneren. An dëst ass net méi eng Perspektiv "an zéng Joer, dat heescht, kee weess wéini."