量子コンピューティングにおける一連のブレークスルー
現在、古典的または伝統的なコンピューターと呼ばれている通常のコンピューターは、0と1（XNUMXとXNUMX）の基本概念に基づいて動作します。 私たちが尋ねるとき コンピュータ 私たちのためにタスクを実行するために、たとえば、数学的な計算や予定の予約、または日常生活に関連するものを実行するために、特定の瞬間のこのタスクは、0と1の文字列に変換（または変換）されます（これは、 input）、この入力はアルゴリズム（コンピューターでタスクを完了するために従うべき一連のルールとして定義されます）によって処理されます。 この処理の後、0と1の新しい文字列が返され（出力と呼ばれます）、これは期待される結果をエンコードし、ユーザーがコンピューターに実行したいことに対する「答え」として、より単純でユーザーフレンドリーな情報に変換されます。 。 アルゴリズムがどれほど賢く見えても、タスクの難易度がどうであれ、コンピューターアルゴリズムは、各ビットが0または1の場合、ビットの文字列を操作するというXNUMXつのことだけを実行するのは魅力的です。操作はコンピューター（ソフトウェア側）で行われ、マシンレベルでは、これは（コンピューターのマザーボード上の）電気回路によって表されます。 ハードウェアの用語では、電流がこれらの電気回路を通過するとき、電流がないときは閉じて開いています。
古典対量子コンピューター
したがって、従来のコンピューターでは、ビットは0つの可能な状態（1またはXNUMX）で存在する可能性のある単一の情報です。 量子 コンピュータでは、通常、量子ビット（「キュービット」とも呼ばれます）を使用します。 これらは0つの状態を持つ量子システムですが、通常のビット（1またはXNUMXとして格納される）とは異なり、キュービットははるかに多くの情報を格納でき、これらの値の任意の仮定に存在できます。 より良い方法で説明すると、キュービットは架空の球であると考えることができます。ここで、キュービットは球上の任意の点である可能性があります。 量子コンピューティングは、亜原子粒子が常に複数の状態で存在し、相互に排他的であるという能力を利用していると言えます。 一方、古典的なビットはXNUMXつの状態にしか存在できません。たとえば、球のXNUMXつの極の端にあります。 システム全体を見ると、これらの重ね合わせが消えてしまうため、通常の生活ではこの「重ね合わせ」を見ることができません。これが、このような重ね合わせの理解が不明確な理由です。
What this means for the computers is that quantum computers using qubits can store a huge amount of information using lesser energy than a classical computer and thus operations or calculations can be relatively done much faster on a quantum computer. So, a classical computer can take a 0 or 1, two bits in this computer can be in four possible states (00, 01, 10 or 11), but only one state is represented at any given time. A quantum computer, on the other hand works with particles that can be in superposition, allowing two qubits to represent the exact same four states at the same time because of the property of superposition freeing up the computers from ‘binary constraint’. This can be equivalent to four computers running simultaneously and if we add these qubits, the power of the quantum computer grows exponentially. Quantum computers also take advantage of another property of quantum physics called ‘quantum entanglement’, defined by Albert Einstein, entanglement is a property which allows quantum particles to connect and communicate regardless of their location in the 宇宙 so that changing the state of one may instantaneously affect the other. The dual capabilities of ‘superposition’ and ‘entanglement’ are quite powerful in principle. Therefore, what a quantum computer can achieve is unimaginable when compared to classical computers. This all sounds very exciting and straightforward, however, there is problem in this scenario. A quantum computer, if takes qubits (superposed bits) as its input, its output will also be similarly in a quantum state i.e. an output having superposed bits which can also keep changing depending on what state it is in. This kind of output doesn’t really allow us to receive all the information and therefore the biggest challenge in the art of quantum computing is to find ways of gaining as much information from this quantum output.
量子コンピューターがここにあります！
Quantum computers can be defined as powerful machines, based on the principals of quantum mechanics that take a completely new approach to processing information. They seek to explore complex laws of nature that have always existed but have usually remained hidden. If such natural phenomena can be explored, quantum computing can run new types of algorithms to process information and this could lead to innovative breakthroughs in materials science, drug discovery, robotics and artificial intelligence. The idea of a quantum computer was proposed by American theoretical physicist Richard Feynman way back in 1982. And today, technology companies (such as IBM, Microsoft, Google, Intel) and academic institutions (like MIT, and Princeton University) are working on quantum computer prototypes to create a mainstream quantum computer. International Business Machines Corp. (IBM) has said recently that its scientists have built a powerful quantum computing platform and it can be made available for access but remark that it’s not enough for performing most of the tasks. They say that a 50-qubit prototype which is currently being developed can solve many problems which classical computers do today and in the future 50-100 qubit computers would largely fill the gap i.e. a quantum computer with just a few hundred qubits would be able to perform more calculations simultaneously than there are atoms in the known 宇宙. Realistically speaking, the path to where a quantum computer can actually outperform a classical computer on difficult tasks is laden with difficulties and challenges. Recently Intel has declared that the company’s new 49-qubit quantum computer represented a step towards this “quantum supremacy”, in a major advancement for the company who had demonstrated a 17-bit qubit system only just 2 months ago. Their priority is to keep expanding the project, based upon the understanding that expanding number of qubits is the key to creating quantum computers that can deliver real-world results.
材料は量子コンピューターを構築するための鍵です
材料シリコンは、その主要な機能セットにより一般的な（または古典的な）コンピューティングに適しているため、何十年にもわたってコンピューティングの不可欠な部分でした。 しかし、量子コンピューティングに関する限り、シリコンベースのソリューションは主にXNUMXつの理由で採用されていません。XNUMXつはシリコン上で製造されたキュービットを制御することが難しいこと、もうXNUMXつはシリコンキュービットが他のキュービットと同様にスケーリングできるかどうかがまだ不明です。ソリューション。 大きな進歩として、Intelはごく最近開発しました1 従来のシリコン上で生成される「スピン量子ビット」として知られる新しいタイプの量子ビット。 スピン量子ビットは半導体エレクトロニクスに非常によく似ており、シリコンデバイス上の単一電子のスピンを利用し、小さなマイクロ波パルスで動きを制御することにより、量子パワーを提供します。 インテルがこの方向に進むに至った100つの大きな利点は、第一に、企業としてのインテルはすでにシリコン業界に多額の投資を行っているため、シリコンに関する適切な専門知識を持っていることです。 第二に、シリコン量子ビットは、従来の量子ビットよりも小さいため、より有益であり、長期間にわたってコヒーレンスを保持することが期待されます。 これは、量子コンピューティングシステムをスケールアップする必要がある場合（たとえば、200キュービットからXNUMXキュービットに移行する場合）に最も重要です。 Intelはこのプロトタイプをテストしており、同社は数千の小さな量子ビットアレイを備えたチップを生産することを期待しています。このような生産を大量に行うと、量子コンピューターのスケールアップに非常に役立ち、真のゲームチェンジャーになる可能性があります。
で公開された最近の研究では 科学、フォトニック結晶用に新しく設計されたパターン（つまり、フォトニックチップに実装された結晶設計）は、米国メリーランド大学のチームによって開発されました。2。 これらの光子は既知の最小量の光であり、これらの結晶は光を相互作用させる穴で固定されていました。 さまざまな穴のパターンによって、光が結晶を曲がったり跳ねたりする方法が変わり、ここでは何千もの三角形の穴が作られました。 このような単一光子の使用は、量子コンピューターを作成するプロセスにとって重要です。これは、コンピューターが、現在のコンピューターでは実行できない多数の化学反応を計算できるようになるためです。 チップの設計により、量子コンピューター間での光子の移動を損失なく行うことができます。 この損失は、量子コンピューターにとっても大きな課題と見なされてきたため、このチップが問題を処理し、効率的なルートを可能にします。 量子 あるシステムから別のシステムへの情報。
未来
量子コンピューターは、従来のスーパーコンピューターをはるかに超えて計算を実行することを約束します。 それらは、原子レベルまで物質の振る舞いをシミュレートすることを可能にすることによって、新しい材料の発見に革命を起こす可能性を秘めています。 また、データをより高速かつ効率的に処理することで、人工知能やロボット工学への期待を高めます。 商業的に実行可能な量子コンピューティングシステムの提供は、この研究がまだオープンエンドであり、すべての人にとって公正なゲームであるため、今後数年間で主要な組織のいずれかによって行われる可能性があります。 今後1〜XNUMX年で大きな発表が見込まれ、理想的には一連の進歩と言えば、工学的な問題に対処し、XNUMX万キュービット以上の量子コンピューターを実現する必要があります。
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ソース
1. Castelvecchi D.2018。シリコンは量子コンピューティングの競争で地位を確立しました。 自然。 553（7687）。 https://doi.org/10.1038/d41586-018-00213-3
2. Sabyasachi B. etal。 2018.トポロジカル量子光学インターフェース。 化学。 359（6376）。 https://doi.org/10.1126/science.aaq0327
