15-ma’ruza Mavzu: Kvant kriptografiyasi va kompyuterlari

Sun'iy intellekt sohasidagi tadqiqotlar
Kvant kompyuterlari, nazariy jihatdan, mashinani o'rganish ehtiyojlariga juda mos keladi. Ular bir martalik katta hajmdagi ma'lumotlarni manipulyatsiya qiladi va eksponent o'lchamdagi neyron tarmoqlarni modellashtirishga qodir[16]. 2013 yilda Google korporatsiyasi sun'iy intellekt sohasida kvant tadqiqotlari laboratoriyasi ochilishini e'lon qildi[10]. Volkswagen guruhi uchuvchisiz avtomobil va yangi turdagi akkumulyatorlarni (Google va D-Wave kvant kompyuterlaridan foydalangan holda) yaratish uchun kvant kompyuterlaridan foydalanish bo‘yicha tadqiqotlar olib bormoqda. 2018-yil noyabr oyida konsern D-Wave kvant kompyuterlari yordamida ishlaydigan harakatni boshqarish tizimi (unga uchuvchisiz transport vositalarini integratsiyalashgan holda) ishlab chiqilishi haqida eʼlon qildi.[17]
2015-yil dekabr oyida Google mutaxassislari o‘z tadqiqotlariga ko‘ra, D-Wave kompyuterida kvant effektlari qo‘llanishini tasdiqladi. Shu bilan birga, "1000 kubitli" kompyuterda kubitlar har biri 8 kubitdan iborat klasterlarga tashkil etilgan. Biroq, bu algoritmlardan birida 100 million marta tezroq ishlashga (odatiy kompyuterga nisbatan) erishish imkonini berdi.[54]
K
vant kompyuterlari va kvant hisoblashlari - bu sun'iy intellekt, mashinani o'rganish va boshqa yuqori texnologiyali atamalar bilan bir qatorda axborot makonimizga qo'shilgan yangi so'z. Shu bilan birga, men hech qachon Internetda "kvant kompyuterlari qanday ishlaydi" deb nomlangan boshqotirmani to'playdigan materialni topa olmadim. Ha, juda ko'p ajoyib asarlar, shu jumladan Habré-da (Resurslar ro'yxatiga qarang), sharhlar, odatdagidek, yanada ma'lumotli va foydalidir, ammo mening boshimdagi rasm, ular aytganidek, bunday qilmadi. qo'shing.
Kvant davrining boshlanish nuqtasi M.Plank energiya uzluksiz emas, balki alohida kvantlarda (qismlarda) chiqariladi va yutiladi, degan gipotezani birinchi marta ilgari surgan 1900 yil hisoblanadi. Ushbu g'oya o'sha davrning ko'plab taniqli olimlari - Bor, Eynshteyn, Geyzenberg, Shredinger tomonidan qabul qilindi va ishlab chiqildi, bu oxir-oqibat kvant fizikasi kabi fanning yaratilishiga va rivojlanishiga olib keldi. Internetda kvant fizikasining fan sifatida shakllanishi haqida juda ko'p yaxshi materiallar mavjud, bu maqolada biz bu haqda batafsil to'xtalmaymiz, ammo biz yangi kvant davriga kirgan sanani ko'rsatishimiz kerak edi.
Ayni paytda (men noto'g'ri bo'lishim mumkin, meni to'g'rilang) barcha etakchi o'yinchilarning asosiy harakatlari (va ozmi-ko'pmi muhim natijalar) ikkita yo'nalishga qaratilgan:
Ixtisoslashgan kvant kompyuterlari bitta aniq muammoni, masalan, optimallashtirish muammosini hal qilishga qaratilgan. Mahsulotga misol sifatida D-Wave kvant kompyuterlarini keltirish mumkin.
Universal kvant kompyuterlari - o'zboshimchalik bilan kvant algoritmlarini amalga oshirishga qodir (Shor, Grover va boshqalar). IBM, Google dan ilovalar.
Kvant fizikasi bizga beradigan boshqa rivojlanish vektorlari, masalan:
kvant sensorlari kvant tarmog'i kvant kriptografiyasi uchun asos sifatida
va yana ko'p narsalar, albatta, tadqiqot uchun yo'nalishlar ro'yxatiga kiritilgan, ammo hozirgi vaqtda ko'proq yoki kamroq muhim natijalar yo'q.
Bundan tashqari, siz kvant texnologiyalarini rivojlantirish bo'yicha yo'l xaritasini o'qishingiz mumkin, masalan, google "kvant texnologiyalarini ishlab chiqish", masalan, bu erda, bu erda va bu erda.
Oddiy ompyuterda bu biroz. Deterministik bit bizga yaxshi ma'lum. U 0 yoki 1 qiymatlarini olishi mumkin. U oddiy kompyuter uchun mantiqiy birlik rolini mukammal darajada bajaradi, lekin kvant ob'ektining holatini tasvirlash uchun mutlaqo yaroqsiz, biz allaqachon aytganimizdek, tabiatda. chegaraviy holatlarning superpozitsiyasida.
Buning uchun kubit ixtiro qilingan. O'zining chegaraviy holatlarida u 0 va 1 ga o'xshash |0> va |1> holatlarni amalga oshiradi va superpozitsiyada u |0> va |1> chegara holatlari bo'yicha ehtimollik taqsimotini ifodalaydi:
a|0> + b|1>, bunda a^2+b^2=1
Bu holda a va b ehtimolliklarning amplitudalarini ifodalaydi va ularning modullarining kvadratlari, agar qubit o'lchash huquqi bilan yiqilsa, |0> va |1> chegara holatlarining aniq qiymatlarini olishning haqiqiy ehtimolidir. hozir.
Har qanday kvant hisobini amalga oshirish uchun etarli bo'lgan universal eshiklar to'plami tushunchasi mavjud. Misol uchun, Hadamard shlyuzi, fazali o'tish eshigi, CNOT eshigi va p⁄8 eshigini o'z ichiga olgan to'plam universaldir. Ular ixtiyoriy kubitlar to'plamida har qanday kvant hisoblashni amalga oshirish uchun ishlatilishi mumkin.

Har qanday kvant hisobini amalga oshirish uchun etarli bo'lgan universal eshiklar to'plami tushunchasi mavjud. Misol uchun, Hadamard shlyuzi, fazali o'tish eshigi, CNOT eshigi va p⁄8 eshigini o'z ichiga olgan to'plam universaldir. Ulardan ixtiyoriy kubitlar to'plamida har qanday kvant hisoblashni amalga oshirish uchun foydalanish mumkin.

D-wave kompyuterlari kvant relaksatsiyasi (kvant tavlanishi) printsipi asosida ishlaydi, optimallashtirish muammolarining juda cheklangan kichik sinfini hal qila oladi va an'anaviy kvant algoritmlari va kvant eshiklarini amalga oshirish uchun mos kelmaydi.

10 kubitlik emulyatsiya qilingan holatlarni saqlash uchun 8 KB kerak bo'ladi
20 kubitlik holatlarni saqlash uchun 8 MB kerak bo'ladi
30 kubitlik holatlarni saqlash uchun sizga 8 GB kerak bo'ladi
40 kubitlik holatlarni saqlash uchun 8 terabayt kerak bo'ladi
50 kubitlik holatlarni saqlash uchun 8 petabayt kerak bo'ladi va hokazo.
Ushbu ma'ruzada biz kvant hisoblash va kvant kompyuterlari rivojlanishining asosiy asrlarini bosib o'tdik, ularning ishlash printsipini tahlil qildik, kvant protsessorlarini ishlab chiqish va ishlatishda muhandislar duch keladigan asosiy muammolarni ko'rib chiqdik, shuningdek, ko'p qubit nima ekanligini ko'rib chiqdik. kompyuterlar aslida D-wave va Google-ning kvant ustunligiga erishish haqidagi yaqinda e'lon qilgani.