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Die Zukunft der Quanten-Computer könnte von diesem schwierigen Qubit abhängen
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Die kabelgebundene Anleitung zur Quanten-Computing
W I R E D

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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