Mēs visi zināmā laikā esam dzirdējuši vārdus kvantu dators, bet parasti ļoti maz zina, kas tas patiesībā ir. Daudziem pirmais, kas ienāk prātā, ir ļoti jaudīgs personālais dators, kas spēj izpildīt jebkuru uzdevumu, bet ar maksimālu ātrumu, bet tas nav vienkāršs īpaši jaudīgs dators, Tas ir daudz kas vairāk.
Kaut gan tās ir mašīnas, kas nav pilnībā pieejamas sabiedrībai, tie rada daudz ziņkārības. Šajā rakstā mēs izskaidrojam, kas ir kvantu dators un kādam nolūkam to parasti lieto, un kādas ir kvantu parādības, uz kurām balstās tā spēks.
Kas ir kvantu dators?
Kvantu datori ir mamuta mašīnas, kas izmanto dažas kvantu mehānikas parādības, lai panāktu lielu apstrādes jaudas pieaugumu. Kvantu datori spēj sekot līdzi bitumena līmenim jebkuram tradicionālajam super galddatoram. Kaut kas, ko bieži dēvē par kvantu pārākumu.
Vai tas nozīmē, ka mums visiem mājās būs kvantu dators, lai sērfotu internetā vai spēlētu video spēles? Noteikti nē. Klasiskās mašīnas arī turpmāk būs parastais risinājums gan mūsu problēmu risināšanai, gan uz kuru balstīt mūsu interaktīvo atpūtu. Arī visekonomiskākais.
Kvantu datori solās būt stimuls dažādām tehnoloģiskās attīstības jomām, piemēram, zinātnei, medicīnai vai ģenētikai. Daži uzņēmumi jau sāk tos izmantot savu jauno produktu izstrādei, piemēram, jauni vieglāki un izturīgāki materiāli, lai pilnībā aizstātu termālo degvielu.
Kā darbojas kvantu dators?
Šīs mašīnas viņi nepamato savu varu uz parasto aparatūru, tāpat kā to, ko varam atrast mūsu mājas datoros, nav runa par liela mēroga grafiskajām kartēm un procesoriem, tas ir daudz vairāk nekā gan daudzumā, gan sarežģītībā. Kvantu datora jaudas noslēpums slēpjas tā spējā ģenerēt un manipulēt ar kvantu bitiem vai kubiti.
Kas ir Qubit?
Tradicionālajos datoros tiek izmantoti biti, megabaiti, gigabiti ... Elektrisko vai optisko impulsu plūsma, kas attēlo vienus un nulles. Visa virtuālā pasaule, sākot ar e-pastu, vietni vai filmu, kuru mēs redzam tiešsaistē, ir būtiska garai nulles un vienuma ķēdei.
Kvantu datoros tiek izmantoti kubi, subatomiskās daļiņas, piemēram, elektroni vai fotoni. Dažu uzņēmumu pieeja patīk Google paļaujas uz supravadīšanas ķēdēm, kas atdzesētas līdz temperatūrai, kas ir zemāka par dziļo kosmosu. Citi slazdo atsevišķus atomus elektromagnētiskajos laukos uz silīcija mikroshēmas vakuuma kamerā. Abos gadījumos mērķis ir izolēt kubitus kontrolētā kvantu stāvoklī.
Kvitiem piemīt dažas savdabīgas īpašības, kas padara to grupu spējīgu dot daudz lielāku apstrādes jaudu nekā tikpat daudz bināro bitu. Vissvarīgākos sauc par superpozīciju un kvantu sapīšanos.
Kas ir kvantu superpozīcija?
Kvantu superpozīcija notiek dabā, kad elementārdaļiņai vienlaikus ir divi vai vairāki stāvokļi, kā tas notiek ar fotoniem, kas viņi vienlaikus var uzturēties divās dažādās vietās, kaut kas nav iedomājams parastajā fiziskajā pasaulē.
Šis īpašums tiek novērots arī citās daļiņās, piemēram, elektronos vai neitronos, atomos vai pat mazās molekulās. Šis ceļojums ir licis zinātniekiem domāt, kur ir robeža starp kvantu pasauli un to, ko mēs saucam par reālo pasauli, kad daļiņa pārstāj būt kvanta un pakļauta zināmiem fizikāliem likumiem.
Pateicoties šai parādībai, kvantu dators ar vairākiem kvītiem, kas pārklājas, vienlaikus var sasniegt lielu skaitu iespējamo rezultātu.
Kvantu sapīšanās
Jūs varat ģenerēt "sapinušos" kubītu pārus, pie kam abi pastāv vienā kvantu stāvoklī. Mainiet viena no kvītu stāvokli tas uzreiz mainītu viens otra stāvokli paredzamā veidā, tas notiek pat tad, ja esat tālu viens no otra.
Nav precīzi zināms, kā un kāpēc kvantu sapīšanās faktiski darbojas. Kaut kas tāds, kas spēja sajaukt pašu Albertu Einšteinu, kurš to raksturotu kā "šausminošu darbību attālumā". Sapinšanās ir ļoti svarīga, lai kvantu datori iegūtu savu lielo spēku. Parastā datorā divkāršojot bitu skaitu, tā apstrādes jauda dubultojas. Kvantu datora gadījumā papildu kvītu pievienošana rada tā jaudas eksponenciālu pieaugumu.
Šīs mašīnas izmanto operāciju veikšanai izmantotos kvitus, kas sapinušies sava veida kvantu margrietiņu ķēdē. Mašīnu spēja paātrināt aprēķinus, izmantojot īpaši izstrādātus kvantu algoritmus, ir iemesls, kāpēc tās rada tik lielu uztraukumu.
Bet ne viss ir ārkārtējs, ja runa ir par kvantu datoriem, jo tie ir ļoti pakļauti kļūdām, skaitļošanas neatbilstības dēļ.
Nekonsekvence
Šī ir parādība, kas izraisa kvantu uzvedības sabrukšanu un galu galā izzūd, pateicoties kvītu mijiedarbībai ar viņu vidi, jo viņu kvantu stāvoklis ir ļoti trausls. Neliela vibrācija vai temperatūras izmaiņas var izraisīt to izkļūšanu no pārklāšanās, pirms uzdevums ir pabeigts. Šī iemesla dēļ kubitus parasti uzglabā ledusskapjos un vakuuma kamerās ļoti zemā temperatūrā.
Google kvantu dators
Google nav vēlējusies palikt aiz muguras, kad runa ir par kvantu tehnoloģijām - Ziemeļamerikas gigantu ir izstrādājis kvantu datoru, kas spēj veikt aprēķinu 200 sekundēs, kas tradicionālā superdatorā būtu prasījuši desmit tūkstošus gadu. Tāpēc tā pasludina, ka kvantu datori ir tuvākā nākotne. Kaut arī konkurence IBM galu galā nepiekrīt.
Neitrālie pētnieki parāda, ka Google kvantu datoram bija jāveic nejauša skaitļa aprēķins, kas varētu būt veiksmīgs tikai tad, ja visas datora sastāvdaļas darbotos pilnīgā harmonijā.
Google neplāno atpalikt šajā sacensībā, un tāpēc sola ieguldīt daudz vairāk kapitāla šajā tehnoloģijā. Google gadījumā mēs varam nojaust, ka tas tā būs, lai gan IMB nedomā sēdēt dīkā, jo pašlaik lielākā daļa resursu tiek veltīti šīs tehnoloģijas uzlabošanai. Laiks rādīs, vai Google spēj viens pats attīstīt kvantu pārākumu, vai arī tam būs jāpievienojas konkurencei.
Tā ir tehnoloģija, kas var dot labumu mums visiem, izstrādājot zāles, kas spēj izārstēt slimības līdz šim neārstējams.