Квант процессор ба квант физик: Тооцооллын шинэ боломж

Бидний өдөр тутам ашигладаг компьютер мэдээллийг 0 болон 1 гэсэн битээр боловсруулдаг. Харин квант компьютер байгалийн квант шинжүүдийг ашиглан тооцоолол хийдэг. Үүний гол төхөөрөмж нь квант процессор буюу QPU — Quantum Processing Unit юм. Түүний боломжийг ойлгохын тулд эхлээд квант физикийн ертөнцтэй танилцъя. Эх сурвалж: IBM

Квант физик нь атом, электрон, гэрлийн бөөм зэрэг бичил түвшний биетүүдийн үйл хөдлөлийг тайлбарладаг. Энэ түвшинд өдөр тутмын туршлагаас өөр үзэгдлүүд гарна. Тухайлбал, систем хэмжилт хийхээс өмнө хэд хэдэн боломжит төлөвийн суперпозицод байж болдог. Эх сурвалж: NIST

Квант тооцооллын мэдээллийн үндсэн нэгжийг кубит — qubit гэдэг. Энгийн бит 0 эсвэл 1 гэсэн утгатай байдаг бол кубит эдгээр хоёр суурь төлөвийн суперпозицод байж чадна. Гэхдээ 0/1 сууриар хэмжихэд нэг л үр дүн — 0 эсвэл 1 — гардаг.

Үүнийг зоос шидээд хариуг нь хараахан мэдээгүй байгаатай яг адилтгаж болохгүй. Квант төлөвт үр дүнгийн магадлалаас гадна фаз хэмээх шинж бий. Энэ нь төлөвүүд хоорондоо хэрхэн нэмэгдэж, саарахыг тодорхойлдог бөгөөд квант тооцоололд чухал үүрэгтэй. Эх сурвалж: IBM — Квант тооцоолол

Кубитуудыг хамтад нь ажиллуулахад квант орооцолдол — entanglement үүсгэж болно. Ингэснээр тэдний хамтын төлөвийг кубит тус бүрийн бие даасан төлөв болгон салгаж тайлбарлах боломжгүй болдог. Хэмжилтийн үр дүн нь хоорондоо онцгой хамааралтай байна. Гэхдээ энэ үзэгдлээр гэрлийн хурдаас хурдан мэдээлэл дамжуулах боломжгүй. Эх сурвалж: IBM — Кубит гэж юу вэ?

Мөн интерференц — interference буюу долгион шиг нэмэгдэх, саарах үзэгдэл бий. Квант алгоритм төлөвүүдийн амплитудыг өөрчилж, хэрэгтэй үр дүнг хэмжих магадлалыг нэмэгдүүлэхэд үүнийг ашигладаг. Тиймээс квант компьютерийн хүчийг зөвхөн “0 ба 1 зэрэг байна” гэдгээр тайлбарлахад хангалтгүй. Эх сурвалж: IBM

Квант процессор энэ физикийг хэрхэн төхөөрөмж болгодог вэ? Кубитийг хэт дамжуулагч цахилгаан хэлхээ, баригдсан ион, саармаг атом зэрэг янз бүрийн системээр бүтээж болно. Технологиосоо хамааран тэдгээрийг богино долгионы импульс эсвэл лазераар удирдана. Эх сурвалж: NIST

Тооцооллын үед кубитуудыг эхний төлөвт бэлтгэж, квант хаалгануудаар төлөвийг нь өөрчилж, эцэст нь хэмжинэ. Хэмжилт бүх боломжит хариуг нэг дор гаргаж өгдөггүй. “Бүх хувилбарыг зэрэг шалгаад зөв хариуг шууд олно” гэдэг нь түгээмэл ташаа ойлголт юм. Хэрэгтэй мэдээллийг гаргаж авахын тулд тухайн бодлогод тохирсон алгоритм шаардлагатай. Эх сурвалж: NIST

Энэ технологийн хамгийн том сорилт нь кубитийн эмзэг байдал. Орчны нөлөө квант төлөвийг алдагдуулж, тооцоололд алдаа үүсгэдэг. Хэт дамжуулагч кубитийг абсолют тэгтэй ойролцоо температурт ажиллуулдаг нь ийм учиртай. Алдааг бууруулах, засах арга хөгжүүлэх нь найдвартай квант компьютер бүтээх гол ажлын нэг юм. Эх сурвалж: IBM — Кубитийн сорилтууд

Бодит хөгжлийн нэг жишээ бол Google-ийн 2024 оны арванхоёрдугаар сард танилцуулсан, 105 физик кубиттэй Willow процессор. Google энэ чип дээр алдаа засах кодын хэмжээг нэмэгдүүлэхэд логик алдааны түвшнийг бууруулсан үр дүн мэдээлсэн. Энэ нь зөвхөн кубитийн тоог нэмэхээс гадна тэдгээрийг найдвартай ажиллуулах нь ямар чухлыг харуулдаг. Willow-ийн гүйцэтгэлийн алдартай үзүүлэлт нь тусгай шалгах даалгаварт хамаардаг бөгөөд бүх төрлийн программ тэр хэмжээгээр хурдсана гэсэн үг биш. Эх сурвалж: Google Quantum AI

Квант тооцооллын ирээдүйтэй хэрэглээнд молекулын зан төлөвийг загварчлах, шинэ материал болон эмийн судалгаа багтдаг. Эдгээр чиглэлд бодит давуу тал гаргахын тулд төхөөрөмж, алгоритм хоёул цааш хөгжих шаардлагатай. Ердийн компьютер болон квант процессор тооцооллын өөр өөр хэсгийг гүйцэтгэн хамтран ажиллах боломжтой. Эх сурвалж: IBM