Svi smo u neko vrijeme čuli riječi kvantni računar, ali uglavnom malo njih zna što je to zapravo. Mnogima prva stvar koja im padne na pamet je vrlo moćan lični računar, sposoban da izvrši bilo koji zadatak, ali uz maksimalnu brzinu, ali to nije jednostavno super moćno računalo, Mnogo je više od toga.
Iako ovo su mašine potpuno nedostupne široj javnosti, generiraju mnogo znatiželje. U ovom članku objašnjavamo šta je kvantni računar i za šta se obično koristi i koji su kvantni fenomeni na kojima se zasniva njegova snaga.
Šta je kvantni računar?
Kvantni računari su mamutske mašine koje iskorištavaju neke pojave kvantne mehanike da bi postigle velika povećanja procesorske snage. Kvantni računari su u stanju da prate bitumen bilo kojeg tradicionalnog super stolnog računara. Nešto što se često naziva kvantnom nadmoći.
Znači li to da ćemo svi na kraju imati kvantni računar kod kuće za surfanje internetom ili igranje video igara? Apsolutno ne. Klasični strojevi i dalje će biti uobičajeno rješenje i za rješavanje naših problema i na kojima ćemo temeljiti našu interaktivnu razonodu. Ujedno i najekonomičniji.
Kvantni računari obećavaju da će biti poticaj za različita polja tehnološkog napretka, poput nauke, medicine ili genetike. Neke kompanije ih već počinju koristiti za razvoj svojih novih proizvoda, poput novih lakših i izdržljivijih materijala koji u potpunosti zamjenjuju termičko gorivo.
Kako kvantni računar radi?
Ove mašine svoju snagu ne temelje na konvencionalnom hardveru, poput one koju možemo pronaći na našim kućnim računarima, ne radi se o velikim grafičkim karticama i procesorima, nego i o količini i složenosti. Tajna snage kvantnog računara leži u njegovoj sposobnosti da generiše i manipuliše kvantnim bitovima ili kubiti.
Šta je Qubit?
Tradicionalni računari koriste bit, megabajt, gigabit ... Struja električnih ili optičkih impulsa koji predstavljaju jedinice i nule. Čitav virtualni svijet od e-pošte, web stranice ili filma koji gledamo na mreži ključni su za dugi lanac nula i jedinica.
Kvantni računari koriste kubite, subatomske čestice poput elektrona ili fotona. Pristup nekih kompanija poput Google se oslanja na superprovodne krugove hlađene na temperature niže od dubokog svemira. Drugi zarobljavaju pojedinačne atome u elektromagnetnim poljima na silicijskom čipu, u vakuumskoj komori. U oba slučaja cilj je izolirati kubite u kontrolirano kvantno stanje.
Qubiti imaju neka neobična svojstva, zbog kojih je grupa njih sposobna dati mnogo veću procesorsku snagu od istog broja binarnih bitova. Najvažniji se nazivaju superpozicija i kvantno preplitanje.
Šta je kvantna superpozicija?
Kvantna superpozicija se javlja u prirodi, kada elementarna čestica istovremeno ima dva ili više stanja, kao što se događa sa fotonima, koji mogu istovremeno boraviti na dva različita mjesta, nešto nezamislivo u uobičajenom fizičkom svijetu.
Ovo svojstvo se uočava i kod drugih čestica poput elektrona ili neutrona, u atomima ili čak u malim molekulama. Ovo putovanje navelo je naučnike da se pitaju gdje je granica između kvantnog svijeta i onoga što nazivamo stvarnim svijetom, kada čestica prestane biti kvantna i podvrgne se poznatim fizičkim zakonima.
Zahvaljujući ovom fenomenu, kvantni računar sa nekoliko preklapajućih kubita može istovremeno doći do velikog broja mogućih rezultata.
Kvantna zapletenost
Možete generirati parove "zapletenih" kubita, pri čemu oba postoje u istom kvantnom stanju. Promijenite stanje jednog od qubita to bi istog trenutka promijenilo stanje na predvidljiv način, to se događa čak i ako ste daleko udaljeni.
Ne zna se pouzdano kako ili zašto kvantno preplitanje zapravo funkcionira. Nešto što je moglo zbuniti samog Alberta Einsteina, koji bi to opisao kao "zastrašujuću akciju na daljinu". Isprepletenost je vitalna za kvantne računare da steknu svoju veliku moć. U konvencionalnom računaru, udvostručenje broja bitova udvostručuje njegovu procesorsku snagu. U slučaju kvantnog računara, dodavanjem dodatnih kubita dolazi do eksponencijalnog povećanja njegovog kapaciteta.
Ove mašine koriste qubit-ove upletene u neku vrstu kvantnog lanca tratinčica za obavljanje operacija. Sposobnost mašina da ubrzaju proračune pomoću posebno dizajniranih kvantnih algoritama razlog je zbog kojeg generiraju toliko uzbuđenja.
Ali nisu sve izuzetno kada su u pitanju kvantni računari, jer su vrlo podložni greškama, zbog računske nedosljednosti.
Nedosljednost
To je fenomen koji uzrokuje propadanje kvantnog ponašanja i konačno nestajanje uslijed interakcije kubita sa okolinom, jer je njihovo kvantno stanje vrlo krhko. Lagane vibracije ili promjena temperature mogu uzrokovati njihovo izlazak iz preklapanja prije dovršetka zadatka. Iz tog razloga qubit se obično čuvaju u hladnjacima i vakuumskim komorama na vrlo niskoj temperaturi.
Googleov kvantni računar
Google nije želio da nas zaostane kada je u pitanju kvantna tehnologija, sjevernoamerički gigant je razvio kvantni računar sposoban da izvede proračun za 200 sekundi, što bi u tradicionalnom super računaru trebalo deset hiljada godina. Zbog toga proglašava da su kvantni računari neposredna budućnost. Iako se njegova konkurencija na kraju ne slaže.
Neutralni istraživači pokazuju da je Googleov kvantni računar morao izvršiti proračun slučajnih brojeva koji bi mogao biti uspješan samo ako sve komponente računara rade u savršenom skladu.
Google ne planira zaostajati u ovoj utrci i stoga obećava da će uložiti mnogo više kapitala u ovu tehnologiju. U slučaju Googlea, možemo pretpostaviti da će to biti slučaj, iako IMB ne namjerava sjediti skrštenih ruku budući da je većina njegovih resursa trenutno posvećena poboljšanju ove tehnologije. Vrijeme će pokazati da li je Google sam sposoban da razvije kvantnu nadmoć ili treba da se pridruži svojoj konkurenciji.
To je tehnologija koja može svima nama koristiti u razvoju lijekova sposobnih za liječenje bolesti do sada neizlječivo.