Mindannyian hallottuk a kvantum számítógép szavakat valamikor, de általában nagyon kevesen tudják, mi is ez valójában. Sokak számára az első dolog, ami eszembe jut, egy nagyon erős személyi számítógép, amely bármilyen feladatot képes végrehajtani, de maximális sebességgel, de ez nem egy egyszerű, nagy teljesítményű számítógép, Sokkal több ennél.
Bár ezek olyan gépek, amelyek teljesen a nagyközönség számára elérhetőek, sok kíváncsiságot keltenek. Ebben a cikkben elmagyarázzuk, mi is az a kvantumszámítógép, és mire használják általában, és melyek azok a kvantumjelenségek, amelyeken a hatalma alapul.
Mi az a kvantum számítógép?
A kvantumszámítógépek olyan mamutgépek, amelyek a kvantummechanika egyes jelenségeit kihasználva jelentősen megnövelik a feldolgozási teljesítményt. A kvantum számítógépek képesek lépést tartani a bitumennel bármely hagyományos szuper asztali számítógéppel. Valami, amit gyakran kvantumfölénynek neveznek.
Ez azt jelenti, hogy mindannyiunknak otthon lesz egy kvantum számítógépe az internetezéshez vagy a videojátékokhoz? Egyáltalán nem. A klasszikus gépek továbbra is a szokásos megoldást jelentik mind problémáink megoldására, mind pedig arra, hogy interaktív szabadidőnket alapozzuk. A leggazdaságosabb is.
A kvantumszámítógépek a technológiai fejlődés különböző területeinek lendületet ígérnek, mint például a tudomány, az orvostudomány vagy a genetika. Néhány vállalat már kezdi használni őket új termékeik fejlesztéséhez, mint például új könnyebb és tartósabb anyagok, amelyek teljes mértékben helyettesítik a hőüzemanyagot.
Hogyan működik a kvantum számítógép?
Ezek a gépek nem a hagyományos hardverre építik az erejüket, hasonlóan ahhoz, amelyet otthoni számítógépeinkben találhatunk, nem a nagyméretű grafikus kártyákról és processzorokról van szó, ennél sokkal többet is jelent, mind mennyiségileg, mind összetettségében. A kvantum számítógép erejének titka abban rejlik, hogy képes kvantumbiteket generálni és manipulálni qubit.
Mi az a Qubit?
A hagyományos számítógépek biteket, megabájtokat, gigabiteket használnak. Az egyeket és nullákat képviselő elektromos vagy optikai impulzusok folyama. Az e-mail, weboldal vagy film online virtuális világa elengedhetetlen a nullák és nullák hosszú láncolatához.
A kvantumszámítógépek kvbiteket, szubatomi részecskéket, például elektronokat vagy fotonokat használnak. Néhány vállalat megközelítése tetszik A Google a szupravezető áramkörökre támaszkodik, amelyeket a mélyűrnél alacsonyabb hőmérsékletre hűtöttek. Mások az egyes atomokat csapdába ejtik egy elektromágneses mezőben egy szilícium chipen, egy vákuumkamrában. Mindkét esetben az a cél, hogy a kvbiteket egy kontrollált kvantumállapotba izoláljuk.
A Qubitoknak van néhány sajátos tulajdonságuk, amelyek egy csoportjukat képesek sokkal nagyobb feldolgozási teljesítményre adni, mint ugyanannyi bináris bit. A legfontosabbakat szuperpozíciónak és kvantumos összefonódásnak nevezzük.
Mi a kvantum szuperpozíció?
A kvantum szuperpozíció a természetben fordul elő, amikor egy elemi részecske egyszerre rendelkezik két vagy több állapottal, ahogyan ez a fotonokkal történik, amelyek két különböző helyen tartózkodhatnak egyszerre, ami elképzelhetetlen a hétköznapi fizikai világban.
Ez a tulajdonság más részecskékben is megfigyelhető, például elektronokban vagy neutronokban, atomokban vagy akár kis molekulákban is. Ez az utazás arra késztette a tudósokat, hogy vajon hol van a határ a kvantumvilág és az úgynevezett valós világ között, amikor egy részecske megszűnik kvantum lenni, és ismert fizikai törvényeknek van alávetve.
Ennek a jelenségnek köszönhetően egy több átfedő kvittel rendelkező kvantum számítógép egyszerre számos lehetséges eredményhez juthat.
Kvantum összefonódás
Létrehozhat "összefonódott" kvitpárokat, amelyek mindkettő ugyanabban a kvantum állapotban létezik. Változtassa meg az egyik qubit állapotát ez kiszámítható módon azonnal megváltoztatná egymás állapotát, ez akkor is megtörténik, ha távol vagytok egymástól.
Nem tudni biztosan, hogy a kvantum összefonódása hogyan és miért működik valójában. Valami, ami képes volt megzavarni Albert Einsteint, aki ezt "hátborzongató akciónak" nevezné. Az összefonódás létfontosságú ahhoz, hogy a kvantum számítógépek megszerezzék nagy erejüket. Egy hagyományos számítógépen a bitek számának megkétszerezése megduplázza a feldolgozási teljesítményét. Kvantum számítógép esetén további kvitek hozzáadása exponenciálisan növeli a kapacitását.
Ezek a gépek egyfajta kvantum százszorszépláncban összefonódó kviteket használják ki a műveletek elvégzéséhez. A gépek azon képessége, hogy felgyorsítsák a számításokat speciálisan tervezett kvantumalgoritmusokkal, okozzák ennyi izgalmat.
De nem minden kivételes, ha kvantum számítógépekről van szó, mivel ezek nagyon fogékonyak a hibákra, a számítási következetlenség következtében.
Következetlenség
Ez egy olyan jelenség, amelynek hatására a kvantum viselkedése bomlik és végül eltűnik a qubitok és a környezetük kölcsönhatása miatt, mivel kvantum állapotuk nagyon törékeny. Enyhe rezgés vagy hőmérsékletváltozás hatására ezek a feladat befejezése előtt kijönhetnek az átfedésből.. Emiatt a kubitokat általában hűtőszekrényekben és vákuumkamrákban tárolják nagyon alacsony hőmérsékleten.
A Google kvantum számítógépe
A Google nem akarta lemaradni a kvantumtechnikáról, az észak-amerikai óriásról kifejlesztett egy kvantum számítógépet, amely képes 200 másodperc alatt elvégezni a számításokat, ami egy hagyományos szuper pc esetén tízezer évet vett volna igénybe. Ezért hirdeti, hogy a kvantum számítógépek jelentik a közvetlen jövőt. Bár versenytársa az IBM nem egészen ért egyet.
Semleges kutatók azt mutatják, hogy a Google kvantum számítógépének véletlenszám-számítást kellett végrehajtania, amely csak akkor lehet sikeres, ha a számítógép összes alkatrésze tökéletes összhangban működik.
A Google nem tervezi, hogy lemarad ezen a versenyen, és ezért azt ígéri, hogy sokkal több tőkét fektet be ebbe a technológiába. A Google esetében megérthetjük, hogy ez a helyzet így is lesz, bár az IMB nem szándékozik tétlenül ülni, mivel erőforrásainak legnagyobb részét ennek a technológiának a fejlesztésére fordítják. Az idő eldönti, hogy a Google egyedül képes-e fejleszteni a kvantumfölényt, vagy csatlakoznia kell-e a versenyéhez.
Ez egy olyan technológia, amely mindannyiunk számára előnyös lehet a betegségek gyógyítására alkalmas gyógyszerek kifejlesztésében eddig gyógyíthatatlan.