Computing |
|
Informatika |
Quantum computing
|
|
Kvantno računalstvo
|
Large speedup
|
|
Veliko ubrzanje
|
First working quantum computer
|
|
Prvo funkcionalno kvantno računalo
|
Combinatorial optimization problems
|
|
Problemi kombinatorne optimizacije
|
Reasons to use quantum computing
|
|
Razlozi za uporabu kvantnog računalstva
|
Google's quantum algorithm
|
|
Googleov kvantni algoritam
|
Image recognition
|
|
Prepoznavanje fotografija
|
Solving problems
|
|
Rješavanje problema
|
|
|
|
|
Quantum computing
Surprisingly, the high speed modern computer sitting in front of you is fundamentally no different from its gargantuan 30 ton ancestors, which were equipped with some 18,000 tubes!
Although computers have become more compact and considerably faster in performing their task, the task remains the same: to process binary bits into a useful computational result.
A bit is a fundamental unit of information, classically represented as a 0 or 1 in your digital computer.
Each classical bit is physically realized through a macroscopic physical system, such as the magnetization on a hard disk or the charge on a capacitor.
Any document, for example, stored on the hard drive of a typical computer is accordingly described by a string of zeros and ones.
Herein lies a key difference between your classical computer and a quantum computer.
Where a classical computer obeys the well understood laws of classical physics, a quantum computer is a device that harnesses physical phenomenon unique to quantum mechanics (especially quantum interference) to realize a fundamentally new mode of information processing...
|
|
Kvantno računalstvo
Iznenađujuće, brzo moderno računalo koje se nalazi ispred vas se u osnovi nimalo ne razlikuje od njegovih divovskih predaka teških 30 tona, koji su bili opremljeni s oko 18.000 elektronskih cijevi!
Iako su računala postala kompaktnija i znatno brža u izvršavanju svojih zadaća, zadatak im je i dalje isti: obrada binarnih bitova u korisni računalni rezultat.
Bit je temeljna jedinica informacije, obično predstavljena brojem 0 ili 1 u vašem digitalnom računalu.
Svaki klasični bit je fizički ostvaren korištenjem makroskopskog fizičkog sustava, poput magnetizacije na tvrdi disk ili naboja na kondenzator.
Svaki dokument, na primjer, pohranjen na tvrdom disku tipičnog računala, odgovarajuće je opisan nizom nula i jedinica.
U ovome je ključna razlika između vašeg klasičnog računala i kvantnog računala.
Gdje se klasično računalo drži dobro shvaćenih zakona klasične fizike, kvantno računalo je uređaj koji koristi fizički fenomen jedinstven za kvantnu mehaniku (osobito kvantnu interferenciju) kako bi ostvario potpuno nov način obrade informacija...
|
Large speedup
For some problems, quantum computers offer a large speedup.
The most well-known example of this is quantum database search, which can be solved by Grover's algorithm using quadratically fewer queries to the database than are required by classical algorithms.
Consider a problem that has these four properties: the only way to solve it is to guess answers repeatedly and check them, the number of possible answers to check is the same as the number of inputs, every possible answer takes the same amount of time to check, and there are no clues about which answers might be better.
An example of this is a "password cracker program" that attempts to guess the password for an encrypted file (assuming that the password has a maximum possible length).
For problems with all four properties, the time for a quantum computer to solve this will be proportional to the square root of the number of inputs...
|
|
Veliko ubrzanje
Za neke probleme, kvantna računala nude veliko ubrzanje.
Najpoznatiji primjer toga je kvantno pretraživanje baze podataka, koje se može riješiti Groverovim algoritmom koji koristi kvadratno manji broj upita prema bazi podataka u odnosu na klasične algoritme.
Razmislite o problemu koji ima ova četiri svojstva: jedini način da ga se riješi je pogađati odgovore uzastopno i provjeriti ih, broj mogućih odgovora za provjeru je isti kao i broj ulaza, za svaki mogući odgovor potrebna je ista količina vremena za provjeru, te ne postoje nikakve naznake o tome koji bi odgovor mogao biti bolji.
Primjer za to je "program za razbijanje zaporki" koji pokušava pogoditi zaporku za enkriptiranu datoteku (pod pretpostavkom da zaporka ima maksimalnu moguću duljinu).
Za probleme sa sva četiri svojstva, vrijeme koje će kvantnom računalu biti potrebno za rješavanje bit će proporcionalno kvadratnom korijenu broja ulaza...
|
First working quantum computer
The very notion of quantum computing is complex, and the technology is so new that researchers aren't even really sure of the best way to go about constructing a quantum computer.
Nonetheless, D-Wave Systems Inc has just sold one of its quantum computers named "D-Wave One" to none other than Lockheed Martin, along with a multi-year contract.
This technology is something they call a "quantum annealing processor," and without going to deep into the inner workings of the thing, it is basically a means of finding solutions to "combinatorial optimization problems".
In other words, rather than dealing in ones and zeros, the processor uses the processing power of qubits which are multidimensional analogs to the analog bit.
D-Wave's "Chimera" chip launched to great media interest.
But D-Wave has come under some scrutiny from the quantum community...
|
|
Prvo funkcionalno kvantno računalo
I sama pomisao na kvantno računalstvo je kompleksna, a tehnologija je toliko nova da ni sami istraživači nisu u stvari sigurni koji je najbolji način za izradu kvantnog računala.
Pa ipak, tvrtka D-Wave Systems upravo je prodala jedno od svojih kvantnih računala po imenu "D-Wave One", i to ni manje ni više nego tvrtki Lockheed Martin, uz višegodišnji ugovor.
Ova se tehnologija sastoji od nečeg što oni nazivaju "procesor s kvantnim kaljenjem", a bez da zadiremo duboko u srž njene funkcionalnosti, u osnovi se radi o sredstvu za pomoć pri pronalaženju rješenja za "probleme kombinatorne optimizacije".
Drugim riječima, umjesto da obrađuje jedinice i nule, procesor koristi snagu obrade kvantnih bitova koji su višedimenzionalna verzija analognog bita.
D-Waveov čip "Chimera" predstavljen je uz velik interes medija.
No, tvrtka D-Wave se našla pod povećalom kvantne zajednice...
|
Combinatorial optimization problems
D-Wave computing systems address combinatorial optimization problems that are "hard for traditional methods to solve in a cost-effective amount of time".
These include software verification, financial risk analysis, sentiment analysis, object recognition in images, medical imaging classification and bioinformatics.
Quantum annealing is a method for finding solutions to combinatorial optimization problems.
The researchers used it with eight flux qubits within one of D-Wave Systems' integrated circuits.
These contained 128 qubits arranged into 16 units of eight.
The researchers adjusted the interactions between the qubits to simulate a 1-D chain of magnets in which each qubit wants to point in the same direction as its two neighbours.
The qubit at the right-hand end of the chain was set in the up direction and the qubit at the left-hand end in the down direction.
The six qubits in the middle were then allowed to orient their spins according to that of their neighbours...
|
|
Problemi kombinatorne optimizacije
D-Wave računalni sustavi rješavaju probleme kombinatorne optimizacije koje je "teško riješiti tradicionalnim metodama a unutar isplative količine vremena".
To uključuje provjeru softvera, analizu financijskog rizika, analizu osjećaja, prepoznavanje objekata na slikama, klasifikaciju medicinskih fotografija i bioinformatiku.
Kvantno kaljenje je metoda za pronalaženje rješenja za probleme kombinatorne optimizacije.
Istraživači su tu metodu koristili s osam tokova kvantnih bitova unutar jednog integriranog kruga tvrtke D-Wave Systems.
Oni su sadržavali 128 kvantnih bitova raspoređenih u 16 jedinica po osam kvantnih bitova.
Istraživači su prilagodili interakcije između kvantnih bitova kako bi simulirali jednodimenzionalni lanac magneta u kojem svaki kvantni bit želi pokazivati u istom smjeru kao i dva njegova susjeda.
Kvantni bit na desnom kraju lanca bio je postavljen u smjeru prema gore, a kvantni bit na lijevom kraju u smjeru prema dolje.
Šest kvantnih bitova u sredini tada je moglo usmjeriti svoje rotacije ovisno o onoj njihovih susjeda...
|
Reasons to use quantum computing
Quantum move is understandable, says Winfried Hensinger from the University of Sussex in Brighton, UK.
"Quantum computing has the potential to make many problems much easier to solve – so it is no surprise that some companies finds it extremely important to get involved in this emerging area," he says.
"I expect more and more companies to pursue research in quantum computing due to its vast potential," he adds.
However, he expects that while questions remain over the exact capabilities of D-Wave's hardware, future developments will centre on different hardware...
|
|
Razlozi za uporabu kvantnog računalstva
Prelazak na kvantnu tehnologiju je razumljiv, kaže Winfried Hensinger sa Sveučilišta u Sussexu u Brightonu, Ujedinjeno Kraljevstvo.
"Kvantno računalstvo ima potencijal učiniti mnoge probleme znatno jednostavnijima za rješavanje - pa ne čudi da neke tvrtke smatraju uključivanje u ovo novo područje izuzetno važnim", kaže on.
"Očekujem da će sve više i više tvrtki nastaviti istraživanja u kvantnom računalstvu zbog njegovog ogromnog potencijala", dodaje on.
Međutim, on očekuje da će, dok god postoje pitanja oko točnih mogućnosti hardvera tvrtke D-Wave, budući razvoj biti usmjeren na drugačiji hardver...
|
Google's quantum algorithm
Google has spent the past three years developing a quantum algorithm that can automatically recognize and sort objects from still images or video.
The promise of quantum computing rests with the bizarre physics that occurs at the subatomic level.
Different research teams have worked on creating quantum processors that store information as qubits, which can represent both the 1 and 0 of binary computer language at the same time.
That dual possibility state allows for much more efficient processing and information storage...
|
|
Googleov kvantni algoritam
Google je posljednje tri godine proveo u razvoju kvantnog algoritma koji je u stanju automatski prepoznati i razvrstati objekte iz fotografija ili video zapisa.
Obećanja kvantnog računanja počivaju na bizarnoj fizici koja se događa na subatomskoj razini.
Različiti istraživački timovi radili su na stvaranju kvantnih procesora koji pohranjuju informacije kao kvantne bitove, koji mogu istovremeno predstavljati i brojku 1 i 0 u binarnom računalnom jeziku.
Ta mogućnost dvostrukog stanja omogućuje mnogo učinkovitiju obradu i pohranu podataka...
|
Image recognition
Google's web services may be considered cutting edge, but they run on conventional computers.
Now Google has revealed it is investigating the use of quantum computers to run its next generation of faster applications.
Writing on Google's research blog this week, Hartmut Neven, head of its image recognition team, reveals that the Californian firm has for three years been quietly developing a quantum computer that can identify particular objects in a database of stills or video.
Google has been doing this, Neven says, with D-Wave.
Whatever D-Wave designed has apparently worked for Google.
Google's image recognition team has previously made its algorithms work for better online image searches and automatic photo organization.
Perhaps we shouldn't be too surprised that the Google folk have also delved into quantum computing field, or at least something much faster than existing classical computing...
|
|
Prepoznavanje fotografija
Googleove internetske usluge mogu se smatrati najmodernijima, ali ih pokreću konvencionalna računala.
Sada je Google objavio kako istražuje uporabu kvantnih računala za pokretanje svoje sljedeće generacije bržih aplikacija.
U tekstu napisanom na Googleovom istraživačkom blogu ovog tjedna, Hartmut Neven, šef njegovog tima za prepoznavanje fotografija, otkrio je kako kalifornijska tvrtka već tri godine tiho razvija kvantno računalo koje može prepoznati pojedine objekte u bazi podataka koja se sastoji od fotografija ili video zapisa.
Google je ovo radio, kaže Neven, uz pomoć kanadske tvrtke D-Wave.
Što god da je tvrtka D-Wave projektirala, očito je Googleu bilo od koristi.
Googleov tim za prepoznavanje fotografija već je ranije napravio algoritam za bolje internetsko pretraživanje fotografija i automatsku organizaciju fotografija.
Možda nas i ne bi trebalo previše iznenaditi da su ljudi u Googleu također ušli i u područje kvantnog računalstva, ili barem u nešto mnogo brže od postojećih klasičnih računala...
|
Solving problems
Many interesting but practically hard problems can be reduced to that of finding the ground state of a system of interacting spins; however, finding such a ground state remains computationally challenging.
It is believed that the ground state of some naturally occurring spin systems can be effectively attained through a process called quantum annealing.
If it could be harnessed, quantum annealing might improve on known methods for solving certain types of problems.
However, physical investigation of quantum annealing has been largely confined to microscopic spins in condensed-matter systems.
Today we use quantum annealing to find the ground state of an artificial spin system comprising an array of eight superconducting flux quantum bits with programmable spin–spin couplings.
A clear signature of quantum annealing is distinguishable from classical thermal annealing through the temperature dependence of the time at which the system dynamics freezes...
|
|
Rješavanje problema
Mnogi zanimljivi ali u praksi teški problemi mogu se svesti na pronalaženje osnovnog stanja sustava s rotacijama u interakciji; međutim, pronalazak takvog osnovnog stanja još je uvijek računalno zahtjevan.
Smatra se kako se osnovno stanje nekih sustava rotacije koji se pojavljuju u prirodi može učinkovito postići uz pomoć procesa kojeg zovemo kvantno kaljenje.
Ako bi ga se moglo iskoristiti, kvantno kaljenje moglo bi unaprijediti poznate metode za rješavanje određenih vrsta problema.
Međutim, fizička istraživanja kvantnog kaljenja uglavnom su bila ograničena na mikroskopske rotacije unutar sustava kondenzirane tvari.
Danas koristimo kvantno kaljenje kako bismo ustanovili osnovno stanje umjetnog sustava rotacije koji sadrži matricu od osam supravodljivih tokova kvantnih bitova s programibilnim uparivanjem rotacije s drugom rotacijom.
Jasan potpis kvantnog kaljenja razlikuje se od klasičnog termalnog kaljenja kroz temperaturnu ovisnost vremena u kojem se dinamika sustava smrzava...
|
|
|
