ПРОЦЕССОРЫ

Редакция THG,  6 августа 2008 Страница:   1 2

D-Wave Orion: первый коммерческий квантовый компьютер?

Квантовая механика описывает взаимодействие в природе на фундаментальном уровне. Использование этих принципов для построения квантового компьютера означает не только переход на наноуровень; всё должно охлаждаться достаточно сильно, чтобы квантовые эффекты проявили себя. Именно поэтому D-Wave охлаждает систему Orion до температуры в 250 раз холоднее, чем межзвёздное пространство (вернее, чем спектр энергий частиц реликтового излучения - он такой же, как излучение тела с такой температурой).

В прошлом году компания собрала 16-кубитовый квантовый компьютер, который основатель и генеральный технический директор Джорджи Роуз (Geordie Rose) назвал самым мощным квантовым компьютером, когда либо построенным, и первым, который может запускать коммерчески-значимые приложения. В этом году компьютер стал 28-кубитовым, он умеет распознавать фотографии известных достопримечательностей - и, возможно, вскоре вы столкнётесь с работой этого компьютера в Интернете.

Всё это намного превосходит большинство других разработок квантовых компьютеров, причём D-Wave смогла создать компьютер, используя технологии производства полупроводников и существующие полупроводниковые заводы, не прибегая к помощи оптических схем, квантовых точек, сдерживания лазера или других экзотических технологий производства. D-Wave работает и над второй половиной проблемы, а именно над инструментами программирования для создания приложений, способных получить преимущество от возможностей, которые обещают дать квантовые вычисления.

Роуз определяет квантовый компьютер как "машину, которая говорит на языке природы на самом фундаментальном уровне, чтобы получить, в некоторых случаях, впечатляющий экстремальный прирост производительности по сравнению с обычными компьютерами. Компьютеры ограничиваются законами классической физики; вы можете делать с информацией не больше того, чем позволяют законы физики, если вы работаете на классическом уровне. На уровне же квантового компьютера обработка информации выполняется на устройствах, которые подчиняются законам квантовой механики. Эти устройства могут быть очень маленькими и очень холодными, при их производстве могут применяться экзотические материалы."

Достаточно холодно для сверхпроводимости

Экзотический материал в квантовом чипе D-Wave - это ниобий; охладите его до достаточно низкой температуры, и он станет сверхпроводником. Когда обычный металл проводит электрический ток, электроны, носители электрического заряда, сталкиваются с неидеальной структурой металла, в результате чего появляется сопротивление. Когда вы охлаждаете сверхпроводящий металл подобно ниобию, электроны металла формируют куперовские пары, где движение одного электрона соответствует равному, но противоположному движению спаренного электрона, что предотвращает электроны от столкновений с неидеальной структурой и появления сопротивления, то есть электроны могут свободно протекать, без необходимости в дополнительном токе. (Можно сказать точнее: после объединения в пару импульсы у электронов всегда строго равны по величине, поэтому измениться они могут только одновременно и одинаково, а так одновременно рассеяться на неоднородностях кристаллической решётки невозможно, поэтому они продолжают двигаться так же, сопротивления нет). Когда куперовские пары входят в переходы Джозефсона на чипе (состоящие из двух сегментов сверхпроводящего ниобия, связанных слабым изолирующим барьером), их можно представить как электроноподобные квазичастицы, которые могут туннельно проходить через изолятор в переходе, эффективно проводя через него ток.

Ниобий расположен в виде колец, через которые ток может протекать по часовой стрелке, против неё или смешанно, в обоих направлениях - соответствуя, по словам Роуза, "0", "1" или в суперпозиции двух значений в квантовом бите информации (кубите), на которых базируются квантовые вычисления. "Чип представляет собой последовательность металлических дорожек на кремниевой подложке; подложка здесь та же самая, которая используется для любого полупроводникового процесса, но сверху расположены слои металла, разделённые изолятором. Перед нами полностью металлическое магнитное устройство, где вся информация хранится в виде направлений течения тока по металлическим петлям и переходам."

Направление тока преобразуется в значение кубита, в зависимости от того, есть ли у кубита смещение в сторону одного направления (0 или 1), движутся ли соседние кубиты в том же или противоположном направлении, а также от энергетического барьера между разными состояниями кубита. Нынешний чип Leda оснащён 28 кольцами, что даёт 28 кубитов, но они не связаны каждый друг с другом, только с некоторым количеством "соседей". Куперовская пара в ниобии - это, точно говоря, бозоны, поэтому все они существуют в одном квантовом состоянии, пояснил Роуз, что даёт всему сверхпроводнику квантовые свойства даже без соединения каждого кубита. Снижение числа межсоединений упрощает производство; в результате D-Wave смогла перейти от 2 кубитов в 2002 году до 16 в 2007 и до 28 сегодня - а в следующем году, если всё пойдёт хорошо, ожидаются 512 и 1024 кубита.

Страница:   1 2

СОДЕРЖАНИЕ |Одной страницей|Версия для печати

D-Wave Orion: первый коммерческий квантовый компьютер? Достаточно холодно для сверхпроводимости Сопоставление образцов Как работать с квантовым компьютером?  Отзывы о D-Wave Orio в Клубе экспертов THG [ 31 отзывов]