Όλοι έχουμε ακούσει τις λέξεις κβαντικό υπολογιστή κάποια στιγμή, αλλά γενικά πολύ λίγοι γνωρίζουν τι είναι πραγματικά. Πολλά το πρώτο πράγμα που έρχεται στο μυαλό είναι ένας πολύ ισχυρός προσωπικός υπολογιστής, ικανός να εκτελεί οποιαδήποτε εργασία αλλά με μέγιστη ταχύτητα, αλλά δεν είναι ένας απλός εξαιρετικά ισχυρός υπολογιστής, Είναι πολύ περισσότερο από αυτό.
Αν και Αυτά είναι μηχανήματα που δεν έχουν πρόσβαση στο ευρύ κοινό, δημιουργούν μεγάλη περιέργεια. Σε αυτό το άρθρο εξηγούμε τι είναι ένας κβαντικός υπολογιστής και σε τι χρησιμοποιείται γενικά και ποια είναι τα κβαντικά φαινόμενα στα οποία βασίζεται η δύναμή του.
Τι είναι ο κβαντικός υπολογιστής;
Οι κβαντικοί υπολογιστές είναι μαμούθ μηχανές που εκμεταλλεύονται ορισμένα φαινόμενα κβαντικής μηχανικής για να επιτύχουν μεγάλες αυξήσεις στην ισχύ επεξεργασίας. Οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να αφήσουν τους παραδοσιακούς σούπερ επιτραπέζιους υπολογιστές μέχρι το μηδέν. Κάτι που αναφέρεται συχνά ως κβαντική υπεροχή.
Αυτό σημαίνει ότι όλοι θα καταλήξουμε να έχουμε έναν κβαντικό υπολογιστή στο σπίτι για να περιηγηθούμε στο Διαδίκτυο ή να παίξουμε βιντεοπαιχνίδια; Με τίποτα. Τα κλασικά μηχανήματα θα συνεχίσουν να είναι η συνήθης λύση τόσο για την επίλυση των προβλημάτων μας όσο και για τη βάση της διαδραστικής αναψυχής μας. Επίσης το πιο οικονομικό.
Οι κβαντικοί υπολογιστές υπόσχονται να αποτελέσουν ώθηση για διάφορους τομείς της τεχνολογικής προόδου, όπως η επιστήμη, η ιατρική ή η γενετική. Ορισμένες εταιρείες έχουν ήδη αρχίσει να τις χρησιμοποιούν για να αναπτύξουν τα νέα τους προϊόντα, όπως νέα ελαφρύτερα και πιο ανθεκτικά υλικά για την πλήρη αντικατάσταση του θερμικού καυσίμου.
Πώς λειτουργεί ένας κβαντικός υπολογιστής;
Αυτά τα μηχανήματα μην βασίζετε τη δύναμή τους σε συμβατικό υλικό, όπως αυτή που μπορούμε να βρούμε στους οικιακούς υπολογιστές μας, δεν πρόκειται για κάρτες γραφικών και επεξεργαστές μεγάλης κλίμακας, αλλά πολύ περισσότερο από αυτό, τόσο στην ποσότητα όσο και στην πολυπλοκότητα. Το μυστικό της δύναμης ενός κβαντικού υπολογιστή έγκειται στην ικανότητά του να δημιουργεί και να χειρίζεται κβαντικά bit ή qubits.
Τι είναι το Qubit;
Οι παραδοσιακοί υπολογιστές χρησιμοποιούν bit, megabyte, gigabits…. Ένα ρεύμα ηλεκτρικών ή οπτικών παλμών που αντιπροσωπεύουν αυτούς και μηδενικά. Ολόκληρος ο εικονικός κόσμος από ένα ηλεκτρονικό ταχυδρομείο, έναν ιστότοπο ή μια ταινία που βλέπουμε στο διαδίκτυο, είναι απαραίτητες για μια μακρά αλυσίδα μηδενικών και αυτών.
Οι κβαντικοί υπολογιστές χρησιμοποιούν qubits, υποατομικά σωματίδια όπως ηλεκτρόνια ή φωτόνια. Η προσέγγιση ορισμένων εταιρειών αρέσει Η Google βασίζεται σε κυκλώματα υπεραγωγής που έχουν ψυχθεί σε θερμοκρασίες χαμηλότερες από το βαθύ διάστημα. Άλλοι παγιδεύουν μεμονωμένα άτομα σε ηλεκτρομαγνητικά πεδία σε τσιπ πυριτίου, σε θάλαμο κενού. Και στις δύο περιπτώσεις ο στόχος είναι να απομονωθούν τα qubits σε μια ελεγχόμενη κβαντική κατάσταση.
Τα Qubits έχουν κάποιες ιδιότυπες ιδιότητες, οι οποίες κάνουν μια ομάδα αυτών ικανή να παρέχει πολύ περισσότερη ισχύ επεξεργασίας από τον ίδιο αριθμό δυαδικών bit. Τα πιο σημαντικά ονομάζονται υπέρθεση και κβαντική εμπλοκή.
Τι είναι η κβαντική υπέρθεση;
Η κβαντική υπέρθεση εμφανίζεται στη φύση, όταν ένα στοιχειώδες σωματίδιο διαθέτει ταυτόχρονα δύο ή περισσότερες καταστάσεις, όπως συμβαίνει με τα φωτόνια, τα οποία μπορούν να μείνουν σε δύο διαφορετικά μέρη ταυτόχρονα, κάτι που δεν μπορεί να φανταστεί κανείς στον συνηθισμένο φυσικό κόσμο.
Αυτή η ιδιότητα παρατηρείται επίσης σε άλλα σωματίδια όπως ηλεκτρόνια ή νετρόνια, σε άτομα ή ακόμη και σε μικρά μόρια. Αυτό το ταξίδι οδήγησε τους επιστήμονες να αναρωτηθούν πού βρίσκεται το όριο μεταξύ του κβαντικού κόσμου και τι αποκαλούμε πραγματικό κόσμο, όταν ένα σωματίδιο παύει να είναι κβαντικό και υπόκειται σε γνωστούς φυσικούς νόμους.
Χάρη σε αυτό το φαινόμενο, ένας κβαντικός υπολογιστής με πολλά επικαλυπτόμενα qubits μπορεί να φτάσει σε μεγάλο αριθμό πιθανών αποτελεσμάτων ταυτόχρονα.
Κβαντική εμπλοκή
Μπορείτε να δημιουργήσετε ζεύγη "εμπλεγμένων" qubits, όπου και τα δύο υπάρχουν στην ίδια κβαντική κατάσταση. Αλλάξτε την κατάσταση ενός από τα qubit θα άλλαζε αμέσως την κατάσταση του άλλου με προβλέψιμο τρόπο, αυτό συμβαίνει ακόμη και αν είστε μακριά.
Δεν είναι γνωστό με βεβαιότητα πώς και γιατί λειτουργεί η κβαντική εμπλοκή. Κάτι που μπόρεσε να μπερδέψει τον ίδιο τον Άλμπερτ Αϊνστάιν, ο οποίος θα το περιέγραφε ως «μια τρομακτική δράση από απόσταση». Η εμπλοκή είναι ζωτικής σημασίας για τους κβαντικούς υπολογιστές να αποκτήσουν τη μεγάλη τους δύναμη. Σε έναν συμβατικό υπολογιστή, ο διπλασιασμός του αριθμού των bits διπλασιάζει την ισχύ επεξεργασίας του. Στην περίπτωση ενός κβαντικού υπολογιστή, η προσθήκη πρόσθετων qubits παράγει μια εκθετική αύξηση της χωρητικότητάς του.
Αυτές οι μηχανές εκμεταλλεύονται τα qubits που έχουν εμπλακεί σε ένα είδος αλυσίδας κβαντικής μαργαρίτας για την εκτέλεση λειτουργιών. Η ικανότητα των μηχανών να επιταχύνουν τους υπολογισμούς με ειδικά σχεδιασμένους κβαντικούς αλγόριθμους είναι ο λόγος που δημιουργούν τόσο ενθουσιασμό.
Αλλά Δεν είναι όλα εξαιρετικά για τους κβαντικούς υπολογιστές, καθώς είναι πολύ ευαίσθητοι σε σφάλματα, λόγω υπολογιστικής ασυνέπειας.
Ασυνέπεια
Αυτό είναι ένα φαινόμενο που προκαλεί την αποσύνθεση της κβαντικής συμπεριφοράς και τελικά εξαφανίζεται λόγω της αλληλεπίδρασης των qubits με το περιβάλλον τους, καθώς η κβαντική τους κατάσταση είναι πολύ εύθραυστη. Μια μικρή δόνηση ή μια αλλαγή θερμοκρασίας μπορεί να προκαλέσει την έξοδο από την επικάλυψη πριν ολοκληρωθεί η εργασία. Για το λόγο αυτό, τα qubit συνήθως αποθηκεύονται σε ψυγεία και θαλάμους κενού σε πολύ χαμηλή θερμοκρασία.
Ο κβαντικός υπολογιστής της Google
Η Google δεν ήθελε να μείνει πίσω όταν πρόκειται για την κβαντική τεχνολογία, τον γίγαντα της Βόρειας Αμερικής έχει αναπτύξει έναν κβαντικό υπολογιστή ικανό να εκτελέσει έναν υπολογισμό σε 200 δευτερόλεπτα, ο οποίος σε ένα παραδοσιακό σούπερ υπολογιστή θα χρειαζόταν δέκα χιλιάδες χρόνια. Γι 'αυτό δηλώνει ότι οι κβαντικοί υπολογιστές είναι το άμεσο μέλλον. Αν και ο ανταγωνισμός της, η IBM δεν καταλήγει να συμφωνεί.
Ουδέτεροι ερευνητές δείχνουν ότι ο κβαντικός υπολογιστής της Google έπρεπε να πραγματοποιήσει έναν υπολογισμό τυχαίων αριθμών που θα μπορούσε να είναι επιτυχής μόνο εάν όλα τα στοιχεία του υπολογιστή λειτουργούσαν σε απόλυτη αρμονία.
Η Google δεν σκοπεύει να μείνει πίσω σε αυτόν τον αγώνα και ως εκ τούτου υπόσχεται να επενδύσει πολύ περισσότερο κεφάλαιο σε αυτήν την τεχνολογία. Στην περίπτωση της Google, μπορούμε να μαντέψουμε ότι αυτό θα συμβεί, αν και το IMB δεν σκοπεύει να μείνει αδρανής, καθώς οι περισσότεροι πόροι του αφιερώνονται επί του παρόντος στη βελτίωση αυτής της τεχνολογίας. Ο χρόνος θα δείξει εάν η Google είναι σε θέση να αναπτύξει την κβαντική υπεροχή από μόνη της ή θα πρέπει να συμμετάσχει στον ανταγωνισμό της.
Είναι μια τεχνολογία που μπορεί να ωφελήσει όλους μας, στην ανάπτυξη φαρμάκων ικανών να θεραπεύσουν ασθένειες ανίατη μέχρι τώρα.