Mes visi tam tikru metu girdėjome žodžius „kvantinis kompiuteris“, tačiau labai nedaugelis žino, kas tai yra iš tikrųjų. Daugeliui pirmiausia į galvą ateina labai galingas asmeninis kompiuteris, galintis atlikti bet kokias užduotis, bet maksimaliu greičiu, tačiau tai nėra paprastas itin galingas kompiuteris, Tai daug daugiau.
Nors tai mašinos, visiškai neprieinamos plačiajai visuomenei, jie sukelia daug smalsumo. Šiame straipsnyje mes paaiškiname, kas yra kvantinis kompiuteris ir kam jis paprastai naudojamas ir kokie yra kvantiniai reiškiniai, kuriais grindžiama jo galia.
Kas yra kvantinis kompiuteris?
Kvantiniai kompiuteriai yra mamuto mašinos, kurios naudojasi kai kuriais kvantinės mechanikos reiškiniais, kad pasiektų didelį procesoriaus galios padidėjimą. Kvantiniai kompiuteriai sugeba neatsilikti nuo bet kurio tradicinio superinio stalinio kompiuterio bitumo. Kažkas, kas dažnai vadinama kvantine viršenybe.
Ar tai reiškia, kad visi namuose turėsime kvantinį kompiuterį, norėdami naršyti internete ar žaisti vaizdo žaidimus? Visiškai ne. Klasikinės mašinos ir toliau bus įprastas sprendimas tiek sprendžiant mūsų problemas, tiek ir pagrįstas mūsų interaktyviu laisvalaikiu. Taip pat ekonomiškiausias.
Kvantiniai kompiuteriai žada būti impulsas įvairioms technologinės pažangos sritims, tokioms kaip mokslas, medicina ar genetika. Kai kurios įmonės jau pradeda jas naudoti kurdami savo naujus produktus, gali būti naujos lengvesnės ir patvaresnės medžiagos, kurios visiškai pakeis šiluminį kurą.
Kaip veikia kvantinis kompiuteris?
Šios mašinos nesiremkite savo galia įprastine aparatūra, kaip ir tą, kurį galime rasti savo namų kompiuteriuose, kalbama ne apie didelio masto vaizdo plokštes ir procesorius, bet ir daug daugiau, tiek kiekybiškai, tiek sudėtingai. Kvantinio kompiuterio galios paslaptis slypi jo sugebėjime generuoti ir manipuliuoti kvantiniais bitais arba kubitai.
Kas yra „Qubit“?
Tradiciniuose kompiuteriuose naudojami bitai, megabaitai, gigabitai ... Elektrinių arba optinių impulsų srautas, reiškiantis vienetus ir nulius. Visas virtualus pasaulis nuo el. Pašto, svetainės ar filmo, kurį matome internete, yra būtinas ilgai nulių ir jų grandinei.
Kvantiniuose kompiuteriuose naudojami kubitai, subatominės dalelės, tokios kaip elektronai ar fotonai. Kai kurių kompanijų požiūris patinka „Google“ remiasi superlaidžiomis grandinėmis, aušinamomis iki žemesnės nei giliosios kosmoso temperatūros. Kiti sulaiko atskirus atomus elektromagnetiniuose laukuose ant silicio mikroschemos, vakuumo kameroje. Abiem atvejais tikslas yra izoliuoti kubitus iki kontroliuojamos kvantinės būsenos.
Qubits turi keletą savitų savybių, dėl kurių jų grupė gali suteikti daug daugiau apdorojimo galios nei tas pats skaičius dvejetainių bitų. Svarbiausi vadinami superpozicija ir kvantiniu susipynimu.
Kas yra kvantinė superpozicija?
Kvantinė superpozicija įvyksta gamtoje, kai elementarioji dalelė vienu metu turi dvi ar daugiau būsenų, kaip atsitinka su fotonais, kurie jie tuo pačiu metu gali apsistoti dviejose skirtingose vietose, kas neįsivaizduojama įprastame fiziniame pasaulyje.
Ši savybė pastebima ir kitose dalelėse, tokiose kaip elektronai ar neutronai, atomuose ar net mažose molekulėse. Ši kelionė paskatino mokslininkus susimąstyti, kur yra riba tarp kvantinio pasaulio ir to, ką mes vadiname realiuoju pasauliu, kai dalelė nustoja būti kvantine ir jai taikomi žinomi fiziniai dėsniai.
Šio reiškinio dėka kvantinis kompiuteris su keliais sutampančiais kubitais vienu metu gali pasiekti daugybę galimų rezultatų.
Kvantinis susipynimas
Galite generuoti „įsipainiojusių“ kubitų poras, kai abu egzistuoja toje pačioje kvantinėje būsenoje. Pakeiskite vieno iš kubitų būseną tai akimirksniu pakeistų vienas kito būseną nuspėjamai, taip nutinka, net jei esate toli vienas nuo kito.
Nėra tiksliai žinoma, kaip ir kodėl kvantinis susipynimas iš tikrųjų veikia. Kažkas, kas sugebėjo suklaidinti patį Albertą Einšteiną, kuris tai apibūdintų kaip „siaubingą veiksmą per atstumą“. Įpainiojimas yra gyvybiškai svarbus, kad kvantiniai kompiuteriai įgytų didelę galią. Paprastame kompiuteryje padvigubinus bitų skaičių, jo apdorojimo galia padidėja dvigubai. Kvantinio kompiuterio atveju, pridedant papildomų kubitų, eksponentiškai padidėja jo talpa.
Šios mašinos operacijoms atlikti naudojasi kvantais, įsipainiojusiais į tam tikrą kvantinę ramunėlių grandinę. Mašinų sugebėjimas pagreitinti skaičiavimus naudojant specialiai sukurtus kvantinius algoritmus yra priežastis, dėl kurios jie sukelia tiek daug jaudulio.
Bet ne viskas yra išskirtinė, kai kalbama apie kvantinius kompiuterius, nes jie yra labai jautrūs klaidoms, dėl skaičiavimo neatitikimo.
Nenuoseklumas
Tai yra reiškinys, dėl kurio kvantų elgesys suyra ir galutinai išnyksta dėl kubitų sąveikos su jų aplinka, nes jų kvantinė būsena yra labai trapi. Nedidelis vibravimas ar temperatūros pokytis gali sukelti jų persidengimą dar neatlikus užduoties. Dėl šios priežasties kubitai paprastai laikomi šaldytuvuose ir vakuuminėse kamerose labai žemoje temperatūroje.
„Google“ kvantinis kompiuteris
„Google“ nenorėjo būti atsilikusi kalbant apie kvantines technologijas - Šiaurės Amerikos milžinę sukūrė kvantinį kompiuterį, galintį atlikti skaičiavimą per 200 sekundžių, o tai tradiciniame super pc būtų užtrukusi dešimt tūkstančių metų. Štai kodėl jis skelbia, kad kvantiniai kompiuteriai yra artimiausia ateitis. Nors konkurencija „IBM“ ne visai sutinka.
Neutralūs tyrėjai rodo, kad „Google“ kvantinis kompiuteris turėjo atlikti atsitiktinių skaičių skaičiavimą, kuris galėtų būti sėkmingas tik tuo atveju, jei visi kompiuterio komponentai veiktų puikiai.
„Google“ neplanuoja likti šiose varžybose ir todėl žada investuoti į šią technologiją daug daugiau kapitalo. „Google“ atveju galime nujausti, kad taip ir bus, nors IMB neketina ramiai sėdėti, nes šiuo metu didžioji dalis išteklių skiriama šios technologijos tobulinimui. Laikas parodys, ar „Google“ viena gali sukurti kvantinę viršenybę, ar reikės prisijungti prie savo konkurencijos.
Tai technologija, kuri gali būti naudinga mums kuriant vaistus, galinčius išgydyti ligas iki šiol neišgydoma.