Die kabelgebundene Anleitung zur Quanten-Computing
Autor: Tom Simonite
Große Dinge passieren , wenn Computer kleiner
werden. Oder schneller. Und Quanten-computing ist vielleicht die größte
Leistungssteigerung in der Geschichte der Technologie zu jagen. Die
Grundidee ist, einige Barrieren, die die Geschwindigkeit des vorhandenen
Computern beschränken durch die Nutzbarmachung der eingängig Physik
subatomare Skalen zu zerschlagen.
Wenn die Tech-Industrie, die, ähem zieht,
werden Quantensprung, Sie einen Quanten-Computer für die Hosentasche
nicht immer. Beginnen Sie nicht mit dem sparen für ein iPhone Q. Wir
sahen jedoch deutliche Verbesserungen in vielen Bereichen von
Wissenschaft und Technik, wie länger anhaltende Batterien für
Elektroautos oder Fortschritte in der Chemie, der Industrie neu zu
gestalten oder neue medizinische Behandlungen zu ermöglichen.
Quanten-Computer nicht in der Lage, alles schneller als herkömmliche
Computer zu tun, aber auf einige knifflige Probleme haben sie Vorteile,
die erstaunliche Fortschritte ermöglichen würde.
Es ist nicht produktiv (oder höflich) Fragen
Beschäftigten auf Quanten-computing, wenn genau diese verträumten
Anwendungen Wirklichkeit werden werden. Das einzige, was ist sicher,
dass sie noch viele Jahre entfernt sind. Prototyp Quantum computing
Hardware ist noch embryonalen. Aber mächtig – und für Tech-Unternehmen,
Gewinn erhöht – Computer angetrieben durch Quantenphysik haben vor
kurzem begonnen, fühlen sich weniger hypothetisch.
Die Kühlung und Support-Struktur eines IBMs
Quantencomputer Chips (das kleine schwarze Quadrat am unteren
Bildrand).Amy-Lombard
Das ist, weil Google, IBM und andere
entschieden haben ist es Zeit, Investitionen in die Technologie, die
wiederum dazu beigetragen hat, Quanten-computing einen Aufzählungspunkt
auf die Unternehmensstrategie verdienen Sie PowerPoint-Folien von großen
Unternehmen in Bereichen wie Finanzen, wie JPMorgan, Luft- und
Raumfahrt, wie Airbus. Im Jahr 2017 gepflügt Risikoinvestoren $ 241
Millionen in Start-ups auf Quantum computing Hardware oder Software
weltweit arbeiten nach CB Insights. Die Menge hat, die im Vorjahr
verdreifachen.
Wie die verwirren Mathematik zugrunde liegen,
Quanten-computing können einige der Gebäude rund um diese Technologie
noch nicht praktikabel Erwartungen Sie benommen machen. Wenn Sie aus dem
Fenster eines Fluges in SFO jetzt schielen, sehen Sie einen Schleier der
Quanten-Hype über Silicon Valley. Aber das enorme Potenzial der
Quanten-computing nicht zu leugnen ist, und die Hardware benötigt, um es
nutzbar zu machen geht schnell voran. Wenn es jemals eine perfekte Zeit,
um Ihr Gehirn um Quantencomputer zu biegen, ist es jetzt. Sagen
"Schrodinger es Überlagerung" dreimal so schnell, und wir können Tauchen
in.
Die Geschichte der Quanten-Computing erklärt
Die Vorgeschichte der Quanteninformatik
beginnt früh im 20. Jahrhundert, als Physiker begann zu spüren, dass sie
den Bezug zur Realität verloren hatten.
Erste, akzeptierte Erklärungen der subatomaren
Welt erwies sich als unvollständig. Elektronen und anderen Teilchen
carom nicht nur ordentlich herum wie Newtonsche Billardkugeln, z. B..
Manchmal waren sie wie Wellen statt. Quantenmechanik aufgetaucht, um
solche Eigenheiten zu erklären, aber beunruhigende Fragen eigene
eingeführt. Nehmen wir nur eine Braue Faltenbildung Beispiel impliziert
dieses neue Mathe, dass physikalische Eigenschaften der subatomaren
Welt, wie die Position eines Elektrons nicht wirklich existierte, bis
sie beobachtet wurden.
Quantensprünge
1980
Physiker Paul Benioff legt nahe, die
Quantenmechanik für die Berechnung verwendet werden könnten.
1981
Nobel-ausgezeichnete Physiker Richard Feynman,
am Caltech, Münzen der Begriff Quantencomputer.
1985
Physiker David Deutsch, in Oxford, Karten, wie
ein Quantencomputer funktionieren würde, eine Blaupause, die den im
Entstehen begriffenen untermauert Industrie von heute.
1994
Mathematiker Peter Shor, bei den Bell Labs,
schreibt einen Algorithmus, der einen Quantencomputer macht Pause
verbreitete Formen der Verschlüsselungtippen könnte.
2007
D-Wave, eine kanadische Startup, kündigt einen
Quanten-computing-Chip , was es sagt lösen Sudoku-Rätsel, Auslösung
jahrelangen Debatten über ob die Technologie wirklich funktioniert.
2013
Google verbündet sich mit der NASA zu einem
Labor ausprobieren D-Wave Hardware zu finanzieren.
2014
Google stellt den Professor hinter einigen der
besten Quanten-Computer-Hardware noch führen seine neue Quanten
Hardware-Labor.
2016
IBM stellt einige der Prototyp
Quantenprozessoren im Internet für jedermann zu experimentieren, sagt
Programmierer Quanten Code schreiben vorbereiten müssen.
2017
Start Rigetti öffnet eine eigene
Fertigungsanlage Quantum Computer um Prototyp Hardware zu bauen und im
Wettbewerb mit Google und IBM.
Wenn Sie das verwirrend finden, sind Sie in
guter Gesellschaft. Ein Jahr vor dem Gewinn eine Nobel für seine
Beiträge zur Quantentheorie, Caltechs Richard Feynman merkte an, dass
"niemand die Quantenmechanik versteht." Die Art und Weise erleben wir
die Welt einfach nicht kompatibel. Aber manche Leute verstanden es gut
genug, um unser Verständnis des Universums neu zu definieren. Und in den
1980er Jahren ein paar von ihnen — einschließlich Feynman — begann sich
zu Fragen, ob Quantenphänomene wie Subatomic Partikel "Don ' t look und
ich existiere nicht" Trick verwendet werden, könnte um Informationen zu
verarbeiten. Die grundlegende Theorie oder Blaupause für
Quantencomputer, die Form in den 80ern und 90ern nahm führt noch Google
und andere, die auf der Technologie arbeiten.
Bevor wir flop in die trüben Untiefen der
Quantencomputer 0.101 Bauch, sollten wir unser Verständnis von
regelmäßigen alte Computer aktualisieren. Wie Sie wissen, Smartwatches,
iPhones und der weltweit schnellsten Supercomputer im Grunde alle das
gleiche tun: sie führen Berechnungen durch Codierung Informationen als
digitale Bits, aka 0en und 1en. Ein Computer könnte die Spannung in
einem Stromkreis anschalten und ausschalten, um 1 s und 0 s zum Beispiel
darstellen.
Quantencomputer führen Berechnungen mithilfe
von Bits, zu. Schließlich wollen wir sie in unsere vorhandenen Daten und
Computer eingesteckt. Aber Quantenbits oder Qubits, einzigartige und
leistungsstarke Eigenschaften, mit denen eine Gruppe von ihnen viel mehr
als eine entsprechende Anzahl von herkömmlichen Bits zu tun.
Qubits kann auf verschiedene Weise gebaut
werden, aber sie alle stellen digitale 0en und 1en verwenden die
Quanteneigenschaften von etwas, die elektronisch gesteuert werden kann.
Beliebte Beispiele – zumindest unter einer sehr exklusiven Scheibe der
Menschheit — gehören supraleitende Schaltkreise oder einzelne Atome
schwebte in elektromagnetischen Feldern. Die magische Kraft der
Quanten-computing ist, dass dieser Anordnung können Qubits tun mehr als
nur zwischen 0 und 1 zu wechseln. Richtig zu behandeln, und kippen sie
in eine geheimnisvolle zusätzlichen Modus bezeichnet eine Überlagerung.
Die geschlungene Kabel verbinden den Chip am
unteren Rand der Struktur an die Steuerung. Amy-Lombard
Sie vielleicht haben gehört, dass ein Qubit in
Überlagerung sowohl 0 und 1 zur gleichen Zeit. Das ist nicht ganz
richtig und auch nicht ganz falsch – es gibt einfach keine Entsprechung
bei Homo Sapiens"eintönigen klassische Realität. Wenn Sie eine
Sehnsucht, wirklich es grok haben, müssen Sie eine mathematische machen
Odyssee WIRED kann nicht Sie für auszustatten. Aber in der vereinfachten
und wage zu sagen wir perfekten Welt von diesem Erklärer, wichtig zu
wissen ist, dass die Mathematik eine Überlagerung die Wahrscheinlichkeit
beschreibt, eine 0 oder 1 zu entdecken, wenn ein Qubit zu lesen – ein
Vorgang, der es aus eine Quanten-Superpositi stürzt auf in die
klassische Realität. Ein Quantencomputer können eine Sammlung von Qubits
in Überlagerungen um mit verschiedenen möglichen Pfade durch eine
Berechnung zu spielen. Wenn es richtig gemacht, heben sich die Zeiger
auf falsche Pfade auf, die richtige Antwort zu verlassen, wenn die
Qubits als 0en und 1en ausgelesen werden.
Jargon für die Quantum Qurious
Was ist ein Qubit?
Ein Gerät, das quantenmechanische Effekte
verwendet, um 0en und 1en digitaler Daten, ähnlich wie die Bits in einem
herkömmlichen Computer darzustellen.
Was ist eine Überlagerung?
Es ist der Trick, der Quanten Computern Tick,
und macht Qubits stärker als gewöhnliche Bits. Eine Überlagerung ist
eine Intuition trotzende mathematische Kombination von 0 und 1.
Quantenalgorithmen können eine Gruppe von Qubits in einer Überlagerung
zur Verknüpfung durch Berechnungen verwenden.
Was ist Quantenverschränkung?
Ein Quanten-Effekt so intuitiv, dass Einstein
nannte es "spooky Fernwirkung." Wenn zwei Qubits in einer Überlagerung
verstrickt sind, bestimmte Operationen auf einer sofortigen Auswirkungen
auf die anderen haben, ein Prozess, der hilft, Quantenalgorithmen
leistungsfähiger als herkömmliche.
Was ist Quantum Beschleunigung?
Der Heilige Gral der Quanten-computing – ein
Maß dafür wie viel schneller ein Quantencomputer ein Problem knacken
konnten, als ein herkömmlicher Computer könnte. Quantencomputer sind
nicht gut geeignet für alle Arten von Problemen, aber für einige bieten
sie eine exponentielle Beschleunigung, was bedeutet, dass ihr Vorteil
gegenüber einem herkömmlichen Computer mit der Größe der Eingabeproblem
explosionsartig wächst.
Für einige Probleme, die bei herkömmlichen
Computern sehr zeitaufwendig sind, ermöglicht dies einen
Quantencomputer, eine Lösung zu finden, in weit weniger Schritte als ein
herkömmlicher Computer benötigen würde. Grover Algorithmus, eine
berühmte Quanten-Such-Algorithmus, finden Sie in einem Telefonbuch mit
100 Millionen Namen mit nur 10.000 Operationen. Wenn ein klassische
Such-Algorithmus nur durch die Auflistungen finden Sie gespoolt, würde
es im Durchschnitt 50 Millionen Operationen erfordern. Für die Grover
und einige andere Quantenalgorithmen, je größer das anfängliche Problem
— oder Telefonbuch – weitere hinter einem herkömmlichen Rechner in den
digitalen Staub bleibt.
Der Grund, warum wir heute nicht nützlich
Quantencomputer haben ist, dass Qubits extrem pingelig. Die
Quanten-Effekte, die sie steuern müssen sind sehr empfindlich, und
streunende Hitze oder Lärm flip 0en und 1en oder eine entscheidende
Überlagerung auslöschen kann. Qubits müssen sorgfältig abgeschirmt und
bei sehr kalten Temperaturen manchmal nur Bruchteile von Grad über dem
absoluten Nullpunkt betrieben werden. Die meisten Pläne für
Quanten-computing hängen mit einem beträchtlichen Stück ein Quantum
Prozessorleistung in Anspruch, um seine eigenen Fehler, verursacht durch
Zündaussetzer Qubits zu korrigieren.
Den letzten Aufregung über Quanten-computing
stammt aus Fortschritte Qubits weniger schuppig. Das gibt Forschern das
Vertrauen zur Bündelung der Geräte in größeren Gruppen zu starten. Start
Rigetti Computing hat vor kurzem angekündigt, dass es einen Prozessor
mit 128 gemacht mit Aluminium-Schaltungen, die tiefgekühlten zu machen
supraleitende Qubits gebaut hat. Google und IBM haben jeweils ihre
eigenen Chips mit 72 und 50 Qubits, angekündigt. Das ist immer noch weit
weniger als nötig wäre, um nützliche Arbeit mit einen Quantencomputer zu
tun – es müsste wahrscheinlich mindestens Tausende – aber erst im Jahr
2016 die Unternehmen beste Chips hatte Qubits nur im einstelligen
Bereich. Nach verlockenden Informatiker seit 30 Jahren praktische
Quanten-computing möglicherweise nicht genau entspricht, in der Nähe,
aber es hat damit begonnen, ein gutes Stück näher fühlen.
Was hält die Zukunft für Quanten-Computing
Einige große Unternehmen und Regierungen haben
begonnen, Quantum computing Forschung wie ein Wettlauf zu behandeln —
vielleicht passenderweise ist es eine wo sowohl der Abstand bis zur
Ziellinie und den Preis für die Anreise sind unbekannt.
Google, IBM, Intel und Microsoft haben alle
ihre Teams arbeiten an der Technologie, mit einem wachsenden Schwarm von
Startups wie Rigetti auf den Fersen erweitert. China und der
Europäischen Union haben jeweils neue Programme in die Milliarden von
Dollar an Quantum R & D. stimulieren gemessen gestartet. Und in den USA
schuf Trump weißen Haus einen neuen Ausschuss zur Regierung auf
Quanten-Informatik zu koordinieren. Mehrere Rechnungen wurden in 2018
vorschlagenden neue Finanzierung für Quantum Research, in Höhe von mehr
als $ 1,3 Milliarden Kongress vorgestellt. Es ist nicht ganz klar, was
die erste killer-Applikationen von Quanten-computing werden, oder wenn
sie angezeigt werden. Aber es ist ein Gefühl, wer der erste ist, die
diese Maschinen nutzbar zu machen großen wirtschaftlichen und nationalen
Sicherheitsvorteile zu gewinnen.
Kupferstrukturen Wärme gut leitet und
schließen Sie das Gerät an ein Kühlsystem.Amy-Lombard
Zurück in die Welt der jetzt, aber
Quantenprozessoren sind auch einfache, praktische Arbeit zu tun. Google
arbeitet, um eine Demonstration bekannt als Quanten Vorherrschaft, zu
inszenieren, in denen ein Quantum Prozessor eine durchdachte
mathematische Problem jenseits bestehender Supercomputer lösen würde.
Aber das wäre ein historischer wissenschaftlicher Meilenstein, nicht
Beweis Quanten-computing ist bereit, echte Arbeit zu tun.
Als Quantum Computer Prototypen größer werden,
wird die erste praktische Anwendung für sie wahrscheinlich für Chemie
Simulationen sein. Computermodelle der Moleküle und Atome sind
entscheidend für die Jagd für neue Medikamente oder Materialien. Noch
simulieren nicht konventionelle Computern genau das Verhalten der Atome
und Elektronen bei chemischen Reaktionen. Warum? Da dieses Verhalten von
Quantenmechanik angetrieben wird, ist die gesamte Komplexität der zu
groß für konventionelle Maschinen. Daimler und Volkswagen haben beide
begann, Quantum computing als eine Möglichkeit zur Verbesserung der
Batterie Chemie für Elektrofahrzeuge zu untersuchen. Microsoft sagt,
dass andere Verwendungen entwerfen neue Katalysatoren zu industriellen
Prozessen weniger Energie intensive oder auch Kohlendioxid aus der
Atmosphäre zum Klimaschutz ziehen beinhalten könnte.
Quantencomputer wäre auch eine natürliche
Ergänzung für Code-brechen. Wir haben seit den 90er Jahren bekannt, die
sie durch die Mathematik für die Verschlüsselung, die online-Banking Zip
konnte, flirten und Einkauf sichert. Quantenprozessoren müssten viel
weiter fortgeschritten sein, um dies zu tun, aber Regierungen und
Unternehmen die Bedrohung ernst nehmen. Das National Institute of
Standards und Technologie ist im Prozess der Bewertung neue
Verschlüsselungssysteme, die Quanten-Proof Internet ausgerollt werden
können.
Wenn auf Betriebstemperatur abgekühlt, wird
die ganze Versammlung in diesem weißen isolierte Gehäuse
ausgeblendet.Amy-Lombard
Tech-Unternehmen wie Google auch Wetten, dass
Quantencomputer künstliche Intelligenz leistungsfähiger zu machen
können. Das ist in Zukunft weitere und weniger gut als Chemie oder
Code-Breaking Anwendungen vorgezeichnet, aber Forscher argumentieren,
dass sie die Details auf der ganzen Linie erkennen können und wie sie,
um mit größeren Quantenprozessoren spielen. Eine Hoffnung ist, dass
Quantencomputer lernfähige Algorithmen abholen, komplexe Aufgaben mit
vielen weniger als die Millionen von Beispielen, die in der Regel
verwendet, um KI Systeme heute trainieren helfen könnte.
Trotz aller Überlagerung-wie unsicher sind,
wann die Quanten-computing-Ära wirklich beginnt argumentieren großen
Tech-Unternehmen, dass Programmierer jetzt vorbereiten müssen. Google,
IBM und Microsoft haben alle open-Source Tools, die Programmierer sich
vertraut machen mit dem Schreiben von Programmen für Quanten Hardware
veröffentlicht. IBM hat auch begonnen, Online-Zugang zu einigen seiner
Quantenprozessoren bieten, so dass jemand mit ihnen zu experimentieren.
Langfristig die großen EDV-Unternehmen sehen sich Geldverdienen durch
die Erhebung von Unternehmen, Rechenzentren, vollgepackt mit
unterkühlten Quantenprozessoren zugreifen.
Was ist drin für den Rest von uns? Trotz
einige deutliche Nachteile konventioneller Computerzeitalter hat dazu
beigetragen, Leben reicher, sicherer und bequemer – viele von uns werden
nie mehr als fünf Sekunden von video ein Kätzchen. Die Ära der
Quantencomputer müsste ähnlich breites erreichen, vorteilhaft und
unmöglich zu folgen abzuschätzen. Bringen Sie auf die Qubits.
Weitere Informationen
Der Quantencomputer Fabrik, die Google und IBM
übernimmt
Blick in die Ultra-saubere Werkstatt Rigetti
Computing, ein Start-up mit Doktortitel tragen Raumanzüge aussehen und
glänzenden Maschinen der Steampunk-Stil verziert mit Bolzen verpackt. In
einer Anlage über der Bucht von San Francisco aus dem Silicon Valley
baut Rigetti mit ähnlicher Technologie, die von IBM und Google verwendet
eine eigene Quantenprozessoren.
Warum JP Morgan, Daimler sind
Quanten-Computern, die nicht nützlich noch, testen
Wall Street hat viele Quants – Mathe-Zauberer,
die Gewinne mit Gleichungen zu jagen. JP Morgan hat jetzt Quanten
Quants, ein kleines Team in Zusammenarbeit mit IBM, um herauszufinden,
wie die Macht des Quantenalgorithmen, um genauer Modell finanzielles
Risiko zu verwenden. Nützliche Quantencomputer sind noch Jahre entfernt,
aber die Bank und andere großen Unternehmen sagen, dass die möglichen
Auszahlungen so groß sind, dass sie benötigen, um ernsthaft zu
untersuchen, Quanten-computing heute.
Ist the Era of Quantum Computing hier.
Ausblick: Trübe
Unternehmen mit Quanten-Computer-Hardware wie
um zu sagen, dass das Feld von der Exploration und die Ungewissheit der
Wissenschaft in den vorhersehbarer Bereich Engineering übergegangen ist.
Doch während Hardware hat sich in den letzten Jahren deutlich
verbessert, und Investitionen wogenden, gibt es noch offene
wissenschaftlichen Fragen der Physik zugrunde liegen, Quanten-computing.
Quanten-Computing, um Arbeitsplätze zu
schaffen. Aber welche?
Kann nicht ohne die Menschen, die
Arbeitsplätze zu besetzen, es schafft, eine neue Industrie erstellt. Ein
Kongress der nationalen Quantum Initiative namens Gesetzentwurf sollen
die US-Regierung in die Ausbildung der nächsten Generation von Quantum
Computer-Techniker, Designer und Unternehmer investieren.
Arbeit für Quantencomputer: künstliche
Intelligenz steigern
Künstliche Intelligenz und Quanten-computing
sind zwei der beliebtesten Schlagworte Silicon Valley. Wenn sie
erfolgreich kombiniert werden können, erhalten Maschinen viel schlauer.
Schlupflöcher und die "Anti-Realismus" der
Quantenwelt
Sogar Leute, die die Mathematik der
Quantenmechanik folgen können finden ihre Auswirkungen auf die Realität
verblüffend. Diese Buchauszug erklärt, warum die Quantenphysik
untergräbt unser Verständnis der Realität mit nary eine Gleichung in
Sicht.
Quantum Computing is the Next Security Big
Security Risk
In 1994, mathematician Peter Shor wrote an
algorithm that would allow a quantum computer to pierce the encryption
that today underpins online shopping and other digital. As quantum
computers get closer to reality, congressman Will Hurd (R-Texas) argues
the US needs to lead a global effort to deploy new forms of
quantum-resistant encryption.
This guide was last updated on August 24,
2018.
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https://www.wired.com/story/wired-guide-to-quantum-computing/