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量子コンピュータなぜ彼らはまだ存在していないのに、彼らはまだいないのでしょうか?

50年前は、スマートフォンはそうだったでしょう完全に魔法のコンピューター。古典的なコンピュータが前の世代にはほとんど想像できなかったように、今日私たちは全く新しいタイプのコンピューティングの誕生に直面しています。これらは量子コンピュータです。 「量子」という言葉があなたになじみがないのなら、あなたは一人ではありません。この非常に寒く、小さく、敏感で、非常に奇妙な世界は、商用の計算機を作ることが提案されている疑わしいシステムのように思えるかもしれませんが、これはまさにIBM、Google、Rigetti Computing、および他の会社が取り組んでいるものです。

IBM Qイニシアチブの一環として1月にCESでSystem One(上を見てください)を見せました:みんなが遊ぶことができる商業利用のための最初の統合された普遍的な量子計算システムになったまばゆいばかりの、優雅でそしてシャンデリアのような機械。

量子コンピュータの可能性について聞いた、おそらく誰もが:量子物理学の性質が超並列計算方式を切り開いており、それは計算能力において飛躍的な飛躍をもたらし、今日そして明日遭遇するかもしれないどんなトランジスタスーパーコンピュータも追い越す可能性がある。それらは化学、製薬、材料科学、そして機械学習に革命を起こすでしょう。

しかし、量子コンピュータがそれほど強力になる理由は何でしょうか。それを考えてみましょう。

キュビットとは何ですか?

まず、量子コンピュータがどのように機能するのかを覚えましょう。

彼らのスキルの秘密は彼らが操ることです。量子ビット。テキスト、画像、ビデオなど、従来のコンピュータを扱うものはすべて、長い1行の0と1、またはビットで構成されています。基本的に、ビットは2つの状態(オン/オフ、または電気回路が接続されているかどうか)のいずれかを表します。現代のコンピュータでは、ビットは通常、電圧または電流パルスで表されます。

一方、量子コンピュータは依存しています量子ビット。バイナリビットと同様に、量子ビットは計算の基礎となりますが、大きな違いが1つあります。量子ビットは通常、電子または他の亜原子粒子の超伝導体です。量子ビットを用いた操作が複雑な科学的および工学的問題を表すことは驚くことではありません。例えば、IBMは、制御された環境にあり、深宇宙より低い温度、つまり絶対零度近くまで徐々に冷却される超伝導回路を数層使用しています。

量子ビットは量子現実にあるので、それらは驚くべき量子特性を持っています。

重ね合わせ、からみ合い、干渉

ビットがイーグル(0)のコインとして提示されている場合tails(1)では、量子ビットは回転するコインで表されます。ある意味では、それらはワシと尾の両方であり、各状態は一定の確率を持っています。科学者は、較正されたマイクロ波パルスを使って、キュビットを重ね合わせます。同様に、他の周波数とこれらのパルスの持続時間がキュビットを回転させて、それがわずかに異なる状態になることができる(しかしそれでもなお重ね合わせにある)。

重ね合わせのため、別のキュビットはバイナリビットよりもはるかに多くの情報を表します。これは部分的には、最初の入力で量子ビットがブルートフォース方式で膨大な数の可能な結果を​​同時に繰り返すことができるという事実によるものです。最終的な答えは、科学者がキュービットを測定するときにも - マイクロ波信号を使用して - 初めて現れます。多くの場合、科学者は答えを確認するために数回計算を行わなければなりません。

混乱はさらに素晴らしいことです。 マイクロ波パルスを一対のキュビットに印加すると、それらが混同され、それらが常に同じ量子状態に存在するようになる。これにより、物理的に遠く離れていても、科学者は対になった量子ビットのペアを操作して、それらのうちの1つの状態を単純に変更することができます。エンタングルメントの予測可能な性質により、量子ビットを追加すると、量子コンピューターの計算能力が指数関数的に向上します。

干渉は、プロパティの最後のものです。量子アルゴリズムを実装します。ローリングウェーブを想像してみてください。時々、彼らはお互いを押し付け(建設的に)、時には(破壊的に)消滅させます。干渉を利用することで、科学者は状態を制御し、正しい答えを導く信号の種類を増幅し、間違った答えを与える信号をキャンセルすることができます。

量子コンピュータはどのようにプログラムされていますか?

主な目的はエンコードすることです量子ビットを使用して問題の一部を複雑な量子状態に変換し、次にこの状態を操作して、0から1の決定論的シーケンスへの重ね合わせの崩壊後に測定できる解を求めます。

よくわからない?もう一度読み直してください。

難しいように思えますが、すでにすべての用語を理解しているので、理解することは可能です。

古典的プログラミングと同様に、科学者たちは、機械から理解しやすい低レベルのアセンブリ言語を開発し、それらから高レベルの言語および人間の心にもっと適したグラフィカルインタフェースへと移行しています。たとえば、IBM Qiskitでは、実験者がタスクを作成したり、論理要素をドラッグアンドドロップしたりできます。

デーモンデコヒーレンス

なぜ量子コンピュータはまだ販売されていないのですか?隅々まで?ある意味では、科学者は不完全な部品から完璧な機械を作ろうとしています。量子コンピュータは、それらの量子状態を振動させて消滅させる外乱、雑音および他の環境の影響に非常に敏感である。この効果はデコヒーレンスと呼ばれます。

一部の専門家にとって、デコヒーレンスは量子計算を妨げる問題すべての対策を講じても、計算にノイズが漏れる可能性があります。科学者は、デコヒーレンスの影響を受けて完全性が失われるまで量子情報を保存できます。これにより、1行に実行できる計算の数が制限されます。

量子コンピューティングの繊細な性質も盲目的にシステムに量子ビットを追加する理由は、必ずしもそれをより強力にするわけではありません。量子計算の分野ではフォールトトレランスが徹底的に研究されています。論理的には、量子ビットを追加することでいくつかの問題を補うことができますが、データ転送用の単一の信頼できる量子ビットを作成するには何百万もの訂正量子ビットエラーが必要です。そして今日、私たちはそれらのうちの128を超えないものを持っています。

量子計算機による量子模倣

ビッグデータは今やホットな話題になっているので、量子コンピュータは古典的なものよりも大きなデータセットをよりよく扱うことを期待するでしょう。しかしそうではありません。

代わりに、量子コンピュータは特にモデリングの性質が得意です。例えば、量子コンピューティングは薬物分子をより効率的に構築するために使用することができます。なぜならそれらはモデル化しようとしている分子とほとんど同じ基礎で機能するからです。分子の量子状態を計算することは信じられないほど難しい仕事です、それは我々のコンピュータにとってほとんど不可能です、しかし量子コンピュータは強打でそれをすることができます。

同様に、量子コンピューティングは材料科学や情報伝達の分野をひっくり返す。絡み合いのせいで、物理的に大きな距離で隔てられたキュビットは、我々の既存のチャンネルより科学的に安全な情報を送信するためのチャンネルを作ることができます。量子インターネットはかなり実現可能です。

しかし、最も興味深いのは以下のとおりです。 我々は、量子コンピュータが解決しようとすることができる驚くべき質問の全ての種類さえ知らない。市販の量子コンピュータを持っていてそれを使って仕事をさせることによって、この驚くべき新しい技術にふさわしい興味深い新しい分野を描くことができた。

そして、あなたは量子コンピュータでどんな問題を解決しようとしますか? Telegramでのチャットで教えてください。

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