Conas a Oibríonn Ríomhaireacht Chandamach agus Cén Fáth go bhfuil sé Tábhachtach

Tá ríomhairí tar éis an tsochaí a athrú ó bhonn. Go gairid tar éis dheireadh an Dara Cogadh Domhanda, bhí eolaithe ag úsáid ríomhairí chun gach cineál fadhbanna a réiteach. Bhí an dul chun cinn dochreidte tapa. Faoi na 1970idí, rugadh an ríomhaire baile.

Ach ar an dul chun cinn sin go léir, tá roinnt fadhbanna fós deacair. Is cuma cé chomh maith agus a éiríonn le ríomhairí, tá sé deacair dúshláin cosúil le líon mór a chur san áireamh nó bealaí cúiréireachta a bharrfheabhsú.

Ach ní giotáin an t-aon bhealach le ríomh. Is féidir meicnic chandamach - na rialacha a rialaíonn domhan adamh agus móilíní - a úsáid chun ríomh a dhéanamh freisin. Agus déantar na ríomhanna sin ar bhealach thar a bheith difriúil.

Tá súil againn go mbeidh na “ríomhairí chandamach” seo in ann fadhbanna crua a réiteach lá éigin. Ach cad iad ríomhairí chandamach i ndáiríre, agus conas a oibríonn siad?

Ríomhaire chandamach 16 qubit ó IBM (taithí chandamach IBM)

Nochtann sracfhéachaint mionsonraithe faoi chochall ríomhaire chandamach an fáth go bhfuil taighdeoirí chomh dóchasach go mbeidh na ríomhairí seo chomh cumhachtach - agus nach mbeidh siad cumhachtach cosúil le glúin nua próiseálaí ó Intel. Níl, tá an cumas ag ríomhaire chandamach praiticiúil an domhan a athrú. Tá cuideachtaí mar D-Wave, IBM, agus Google, in éineacht le saotharlanna taighde ar fud an domhain, ag rásaíocht chun na chéad ríomhairí praiticiúla praiticiúla a tháirgeadh.

Cad a Dhéanann Ríomhaire Quantum Difriúil?

Chun an difríocht idir ríomhaireacht chandamach agus ríomhaireacht thraidisiúnta a léiriú, úsáideann Daniel Lidar, ollamh le ceimic theoiriciúil fhisiciúil in Ollscoil Southern California, an analaí seo a leanas (atá modhnaithe agam).

Samhlaigh cuardach a dhéanamh ar liathróid dhubh i mbosca lán le liathróidí bána, agus ní fheiceann tú taobh istigh den bhosca. Chun an liathróid dhubh a aimsiú, glacann tú liathróid go dall, scrúdaíonn tú an dath, agus caith uait é mura bhfuil sí dubh. D’fhéadfá greim a fháil ar an liathróid dhubh ar an gcéad iarracht, nó b’fhéidir go roghnófá í go deireanach.

An toradh is dóichí: Scriosann tú an bosca le frustrachas.

Anois déanaimis aistriú chuig algartam chandamach. Sroicheann do lámha chandamach isteach sa bhosca, ach ní ghlacann siad liathróid. Ina áit sin, tá na dóchúlachtaí ann go roghnóidh na lámha seo gach liathróid - an liathróid dhubh san áireamh. Má tá 10 liathróid sa bhosca, tá 10 dóchúlacht chomhionanna ag do lámha chandamach.

Ar aghaidh, ritheann tú algartam chandamach a mhéadaíonn an dóchúlacht go bhfuil an liathróid dubh. Ina dhiaidh sin, seiceálann tú do lámh: Díomá, tá an liathróid bán. Sroicheann tú ar ais isteach sa bhosca. Ach an uair seo níl na dóchúlachtaí comhionann: Tá an dóchúlacht go bhfaighidh tú an liathróid dhubh níos airde anois ná na liathróidí eile.

Tá sé ionann is dá mba rud é gur chaith an iarracht roimhe seo liathróid bhán bhreise i dteannta an chinn a d'aimsigh tú. Tarlaíonn sé seo do gach iarracht, agus mar sin méadaíonn an seans an liathróid dhubh a aimsiú go tapa. Is í an eochair don bhealach a n-athraíonn na dóchúlachtaí seo ná an chaoi a ndéantar stáit chandamach - nó “qubits,” i gcás ríomhaireachta - a ionramháil.

Stáit Superposition Quantum

Déanaimis an scéal bosca-liathróidí sin a bhriseadh síos le feiceáil conas a oibríonn sé ar fad.

Sroicheann an lámh chandamach isteach sa bhosca agus greim aici ar dhóchúlachtaí. Sa ríomhaireacht thraidisiúnta, stóráiltear faisnéis mar ghiotáin a bhfuil luachanna cinnte acu. Is giota amháin nó nialas é giota. Ní dhéantar seiceáil ar luach giota ar bhealach ar bith.

Ach ní hionann qubit agus luach an ghiotáin; tá dóchúlacht ann gur nialas nó nialas an qubit. Tugtar “stát superposition chandamach” air seo.

Nuair a sheiceálaimid luach an chiúb, áfach, ní fhaighimid an dóchúlacht. Nochtann an tomhas ceann amháin nó nialas - an rogha a chinntear go randamach ó dhóchúlachtaí an superposition. Socraíonn tomhas luach an chiúb. Má thomhaiseann muid an qubit agus má fhaighimid ceann, beidh ceann mar thoradh ar sheiceáil arís.

Nuair a shroicheann muid isteach sa bhosca, táimid i ndáiríre ag glacadh tacar coirníní - go leor chun na liathróidí go léir a léiriú. Cuirtear na coirníní i riocht sár-shuímh a choinníonn na dóchúlachtaí go bhfaighidh sé gach liathróid. Ó tharla go bhfuil an cuardach go hiomlán randamach, léirítear an dóchúlacht chéanna le gach liathróid.

Anois reáchtáilimid algartam a mhéadaíonn an dóchúlacht go bhfaighidh tú an liathróid dhubh.

D'fhéadfá a iarraidh: Conas is féidir leat dóchúlacht a mhéadú gan buaic a bhaint? Is é an freagra ar an gcaoi a bhfuil dóchúlachtaí ag qubit. Léirítear dóchúlacht le huimhir idir nialas agus uimhir amháin. Ach tá amplitudes dóchúlachta ag coirníní, ar féidir leo a bheith dearfach nó diúltach.

Mar a deir Lidar: “[T] is é an áit a bhfuil difríocht mhór ann. Níl aon choincheap ann maidir le dóchúlacht diúltach [san fhisic chlasaiceach], níl aon chiall leis sin ... Ach sa chás chandamach, is féidir linn aimplitiúid [dóchúlacht] dhiúltach [dóchúlacht] a bheith againn ag cealú na n-amplitudes dearfacha [dóchúlacht]. Is trí ionramhálacha na gcur isteach seo is féidir linn tosú a thuiscint conas is féidir le ríomhaireacht chandamach buntáiste a bhaint amach. "

Tá dhá phríomhphointe i bhfolach sa luachan sin. Nuair a chomhlíonann aimplitiúid dhiúltach aimplitiúid dhearfach, tá an glanthoradh rud éigin níos gaire do nialas, agus mar sin laghdaíonn dóchúlacht an toraidh áirithe sin; má thagann dhá amplitudes dearfacha le chéile, méadaíonn an seans an toradh sin. Is é sin, is féidir linn dóchúlacht toradh áirithe a ionramháil gan an qubit a thomhas. (Cuimhnigh, má dhéantar tomhas, scriosfaidh sé an stát superposition.)

Níos tábhachtaí fós, is féidir coirnéil a dhéanamh chun é seo a dhéanamh dóibh féin. Nuair a labhraímid faoi aimplitiúid dhearfach a chomhlíonann aimplitiúid dhiúltach, d’fhéadfadh go mbeadh na haimpléisí seo ón gciúb céanna. Agus mura gcuireann sé sin faoi deara d’intinn lúbadh agus creak a dhéanamh, ní dhéanfaidh rud ar bith.

Mar thoradh air sin, is féidir le ríomhaire chandamach an dóchúlacht go bhfaighidh sé freagra mícheart a laghdú go tapa agus an seans go bhfaighidh sé an freagra ceart a mhéadú. Seo go díreach an cineál cleas a úsáideann ríomhaire chandamach chun an dóchúlacht go bhfaighidh sé an liathróid cheart a mhéadú.

Próiseas Earráide-seans maith

Chun ríomh a dhéanamh, athraítear staid superposition go leor coirníní. Ach idir modhnuithe d'aon ghnó, athraíonn an timpeallacht an stát superposition freisin. Is é an torann seo namhaid na ríomhaireachta chandamach, ag scriosadh stáit superposition beagnach chomh tapa agus is féidir linn iad a chruthú.

Is é an toradh atá air seo go bhfuil coirníní neamhiontaofa agus seans maith go dtarlóidh earráid. Agus caithfear na hearráidí sin a fhionnadh agus a cheartú.

Ní fánach é seo. Mar a deir Lidar: “Caithfidh [W] e leibhéal ard iomarcaíochta a úsáid chun a chinntiú gur féidir an ríomh chandamach a dhéanamh i gceart. Mar sin, ansin, cad é an forchostas seo mar gheall ar ionchódú? Bhuel, d’fhéadfadh sé a bheith dian go leor, d’fhéadfadh sé a bheith de réir tosca 1,000 nó 1,000,000. "

Is é sin le rá, ionchódaítear gach giota faisnéise in arm beag coirníní in ionad aon chiúb amháin.

Conas Ríomhaire Quantum a Thógáil

Tá roinnt cineálacha cur chuige bunúsacha ann chun ríomhaire chandamach a thógáil. Is é an cur chuige is coitianta ná go dtógfaimid ríomhairí anois, ar a dtugtar samhail chiorcaid na ríomhaireachta chandamach.

Roinntear gach clár i sraith oibríochtaí loighic ar leith, a n-athraíonn an chuid is mó díobh amplitudes dóchúlachta aon chiúb amháin, ag brath ar amplitudes dóchúlachta an dara qubit. Glacann ríomhaire chandamach ciorcad-bhunaithe tacar tosaigh de choileáin agus déanann sé gach oibríocht sa chlár go seicheamhach. Tar éis an clár a reáchtáil, léitear na stáit qubit chun freagra a fháil.

Tógann IBM ríomhairí chandamach den chineál seo, agus is féidir leat imirt leo fiú. Ach níl sé cinnte ar chor ar bith go dtiocfaidh IBM nó aon samhail chiorcaid eile chun bheith caighdeánach. Ní tasc éasca é an uimhir qubit agus an saolré a scálú suas go méid úsáideach.

Tá cuideachtaí eile, cosúil le D-Wave agus Google, ag glacadh spéise freisin. Ach tá a gcur chuige an-éagsúil le cur chuige IBM agus an chuid is mó de na saotharlanna taighde. Is é an cur chuige is coitianta maidir le ríomhaire chandamach a thógáil ná cloí le smaointe ó ghnáth ríomhairí: geataí loighic a dhéanann oibríochtaí seicheamhach. Ach is féidir freisin ríomhairí a dhéanamh a oibríonn gan oibríochtaí loighic dírí.

Optamóir chandamach D-Wave (D-Wave Inc.)

Tá an difríocht idir an dá chur chuige as cuimse. I ríomhaire a úsáideann loighic sheicheamhach, tá leagan amach fisiceach an ríomhaire réasúnta simplí, ach is féidir seicheamh na n-oibríochtaí (nó an chláir) a bheith fada agus casta. Trí loighic sheicheamhach a thréigean, éiríonn an clár an-simplí - i ndáiríre, níl beagnach aon ríomhchlárú ann - ach bíonn an leagan amach fisiceach an-dúshlánach, toisc go gcaithfear gach qubit a cheangal leis na coirnéil eile go léir.

Tá D-Wave tosaithe Cheanada ag tairiscint cineál teoranta ríomhaireachta chandamach le tamall anuas, ach i láthair na huaire, tá a phróiseálaithe ró-bheag chun fadhbanna praiticiúla a ghlacadh. Ní nascann leagan amach an phróiseálaí D-Wave na coirnéil go léir lena chéile. Mar thoradh air sin, ní féidir é a úsáid ach chun roinnt cineálacha fadhbanna a réiteach ach ní cinn eile.

Chun cúrsaí a dhéanamh níos casta, ní féidir fios a bheith agat ó fheidhmíocht an ríomhaire gur ríomhaire chandamach é. Ina ionad sin d’fhéadfadh sé a bheith ina ríomhaire traidisiúnta an-éifeachtach. Tá Google agus Lidar (nach n-oibríonn do Google) ag úsáid cur chuige cosúil le D-Wave; is é an difríocht, áfach, ná go bhfuil sé mar aidhm acu rialú a dhéanamh ar an tionchar a bhíonn ag na coirníní ar a chéile. Ón méid sin, tá súil acu a chruthú go bhfuil ríomhaire chandamach mar thoradh ar an gcur chuige seo.

Fadhb ag Lorg Réiteach Quantum

Déanann mórchuid na ndaoine, má tá siad ar an eolas faoi ríomhairí chandamach, iad a cheangal le criptiú briste. Braitheann cripteagrafaíocht an lae inniu ar an bhfíric go bhfuil sé an-deacair príomhfhachtóirí líon an-mhór a fháil.

Is dóichí go gcuirfidh ríomhaire praiticiúil chandamach deireadh leis sin. Ach tá iarratais nach bhfuil chomh sinistriúil ann.

Is é an ceann is spreagúla atá á fhorbairt ná ríomhairí chandamach a úsáid chun fadhbanna meicnic chandamach a réiteach. Is é sin an feidhmchlár ar dóigh dó an domhan a athrú.

Déanann meicnic chandamach cur síos ar airíonna ábhair, ón cadás i do chuid éadaí go fótaisintéis i bplandaí. Fiú amháin leis na ríomhairí traidisiúnta is cumhachtaí, tá sé dodhéanta i bhfad airíonna aon mhóilín a bhfuil níos mó ná thart ar 30 adamh ann a ríomh. Ina áit sin, glacann muid aicearraí, nach n-oibríonn go han-mhaith i gcónaí.

Is féidir le ríomhaire chandamach a bheith i bhfad níos cruinne, ionas go mbeidh níos mó muiníne againn sa ríomh sin. Is féidir le heolaithe airíonna i bhfad níos mó amuigh faoin tír a shamhlú, cosúil le hábhair a fhuaraíonn nuair a bhíonn siad nochtaithe do sholas na gréine, agus ansin ríomhaire chandamach a úsáid chun an struchtúr riachtanach a fháil amach. Agus is féidir deireadh a chur níos tapa le hairíonna amuigh faoin tír atá fíor-dodhéanta.

Cé chomh cóngarach is atá muid?

Tháinig ríomhairí chandamach go teoiriciúil leis na chéad taispeántais sna 1990í. Fós féin, tá do rúin sábháilte, agus ní bhfaighidh tú ríomhaire chandamach ag déanamh rudaí neafaiseacha ar do chuntas bainc. Níl taighdeoirí mar Lidar ag súil le ríomhaire chandamach praiticiúil go ceann tamaill eile.

Deir Lidar, le 100 coirnéal i ndomhan nach gá ceartú earráidí chandamach, “Bheimis in ann tús a chur le córais chandamach a insamhladh ag úsáid ríomhairí chandamach ar scála a sháraíonn an méid is féidir leis na ríomhairí clasaiceacha is cumhachtaí."

Ach tá sprioc ag taighdeoirí ar a dtugtar, go scanrúil, ardcheannas chandamach. In ainneoin a ainm grandiose, tá ardcheannas chandamach ag taispeáint gur féidir aon fhadhb atá níos faide ná cumais ríomhaire traidisiúnta, fiú fadhb gan luach praiticiúil, a réiteach ar ríomhaire chandamach.

Is céim thábhachtach é a thaispeáint gur féidir le ríomhairí chandamach feidhmiú mar a tuaradh, agus céim nach bhfuil aon duine cinnte go dtarlóidh sé. Ach ansin amháin is féidir linn muinín a bheith againn go bhféadfaidh ríomhairí chandamach sa todhchaí a gcuid geallúintí a chomhlíonadh.

Tá súil ag Lidar ríomhaire a fheiceáil ar cheart go mbeadh sé in ann ardcheannas chandamach a bhaint amach sna 12 mhí atá romhainn. Is cosúil go bhfuil sé mar aidhm ag Google, go háirithe, ardcheannas chandamach a bhaint amach chomh tapa agus is féidir, agus IBM ag glacadh cur chuige níos aireach.

Ina dhiaidh sin, tá todhchaí corraitheach ach corraitheach ag fanacht linn.