Vi har alle hørt ordene kvantecomputer på en gang, men generelt er det veldig få som vet hva det egentlig er. For mange er det første som kommer til å tenke på en veldig kraftig personlig datamaskin som er i stand til å utføre en hvilken som helst oppgave, men med maksimal hastighet, men det er ikke en enkel superkraftig datamaskin, Det er mye mer enn det.
Selv Dette er maskiner som er utenfor rekkevidde for allmennheten, de genererer mye nysgjerrighet. I denne artikkelen forklarer vi hva en kvantecomputer er og hva den vanligvis brukes til, og hva er kvantefenomenene som dens kraft er basert på.
Hva er en kvantecomputer?
Kvantecomputere er mammutmaskiner som utnytter noen fenomener i kvantemekanikken for å oppnå store økninger i prosessorkraft. Quantum-datamaskiner er i stand til å la enhver tradisjonell super-stasjonær datamaskin være oppe. Noe som ofte blir referert til som kvanteoverlegenhet.
Betyr dette at vi alle vil ende opp med å ha en kvantecomputer hjemme for å surfe på internett eller spille videospill? Absolutt ikke. Klassiske maskiner vil fortsatt være den vanlige løsningen både for å løse våre problemer og for å basere vår interaktive fritid. Også den mest økonomiske.
Kvantedatamaskiner lover å være et løft for ulike felt av teknologisk fremgang, som vitenskap, medisin eller genetikk. Noen selskaper begynner allerede å bruke dem til å utvikle sine nye produkter, som det kan være nye lettere og holdbare materialer for å erstatte termisk drivstoff.
Hvordan fungerer en kvantecomputer?
Disse maskinene ikke basere kraften på konvensjonell maskinvare, som den vi kan finne på hjemmemaskinene våre, handler det ikke om grafikkort og prosessorer i stor skala, det går mye mer enn det, både i mengde og kompleksitet. Hemmeligheten bak kraften til en kvantecomputer ligger i dens evne til å generere og manipulere kvantebiter eller qubits.
Hva er en Qubit?
Tradisjonelle datamaskiner bruker bits, megabyte, gigabit…. En strøm av elektriske eller optiske pulser som representerer en og nuller. Hele den virtuelle verden fra en e-post, et nettsted eller en film som vi ser på nettet, er avgjørende for en lang kjede av nuller og ener.
Kvantumaskiner bruker qubits, subatomære partikler som elektroner eller fotoner. Tilnærmingen til noen selskaper som Google er avhengig av superledende kretser avkjølt til temperaturer lavere enn dype rom. Andre fanger individuelle atomer i elektromagnetiske felt på en silisiumbrikke, i et vakuumkammer. I begge tilfeller er målet å isolere qubits til en kontrollert kvantetilstand.
Qubits har noen særegne egenskaper, noe som gjør at en gruppe av dem er i stand til å gi mye mer prosessorkraft enn det samme antallet binære biter. De viktigste kalles superposisjon og kvanteforvikling.
Hva er kvantesuperposisjon?
Kvantesuperposisjon oppstår i naturen når en elementær partikkel samtidig har to eller flere tilstander, slik det skjer med fotoner, som de kan bo på to forskjellige steder samtidig, noe utenkelig i den vanlige fysiske verdenen.
Denne egenskapen observeres også i andre partikler som elektroner eller nøytroner, i atomer eller til og med i små molekyler. Denne reisen har ført forskere til å lure på hvor grensen er mellom kvanteverdenen og det vi kaller den virkelige verden, når en partikkel slutter å være kvantum og er underlagt kjente fysiske lover.
Takket være dette fenomenet kan en kvantecomputer med flere overlappende qubits komme frem til et stort antall mulige resultater samtidig.
Kvantforvikling
Du kan generere par "sammenfiltrede" qubits, hvor begge eksisterer i samme kvantetilstand. Endre tilstanden til en av qubits det ville umiddelbart endre hverandres tilstand på en forutsigbar måte, dette skjer selv om du er langt fra hverandre.
Det er ikke kjent med sikkerhet hvordan eller hvorfor kvanteforvikling faktisk fungerer. Noe som var i stand til å forvirre Albert Einstein selv, som ville beskrive det som "en skremmende handling på avstand". Forvikling er viktig for kvantecomputere å skaffe seg sin store kraft. I en konvensjonell datamaskin dobler antall bits dobbel prosessorkraft. Når det gjelder en kvantecomputer, gir ekstra qubits en eksponentiell økning i kapasiteten.
Disse maskinene utnytter qubits som er viklet inn i en slags quantum daisy chain for å utføre operasjoner. Maskiners evne til å øke hastigheten på beregninger med spesialdesignede kvantealgoritmer er grunnen til at de genererer så mye spenning.
Pero ikke alt er eksepsjonelt når det gjelder kvantedatamaskiner, siden de er veldig utsatt for feil, på grunn av beregningsmessig inkonsekvens.
Uoverensstemmelse
Dette er et fenomen som får kvanteoppførsel til å forfalle og til slutt forsvinne på grunn av samspillet mellom qubits og omgivelsene, siden deres kvantetilstand er veldig skjør. En liten vibrasjon eller en endring i temperatur kan føre til at disse kommer ut av overlappingen før oppgaven er fullført. Av denne grunn lagres qubits vanligvis i kjøleskap og vakuumkamre ved veldig lav temperatur.
Googles kvantecomputer
Google har ikke ønsket å bli etterlatt når det gjelder kvanteteknologi, den nordamerikanske giganten har utviklet en kvantecomputer som er i stand til å utføre en beregning på 200 sekunder, som i en tradisjonell super-pc ville tatt ti tusen år. Det er derfor det kunngjør at kvantecomputere er den nærmeste fremtiden. Selv om IBMs konkurranse ikke er helt enig.
Nøytrale forskere viser at Googles kvantecomputer måtte utføre et tilfeldig tallberegning som bare kunne lykkes hvis alle datamaskinkomponentene fungerte i perfekt harmoni.
Google planlegger ikke å bli igjen i dette løpet og lover derfor å investere mye mer kapital i denne teknologien. Når det gjelder Google, kan vi intuitere at dette vil være tilfelle, selv om IMB ikke har til hensikt å sitte stille ved siden de fleste ressursene for tiden er dedikert til å forbedre denne teknologien. Tiden vil vise om Google alene er i stand til å utvikle kvanteoverlegenhet eller trenger å delta i konkurransen.
Det er en teknologi som kan være til nytte for oss alle i utviklingen av medisiner som er i stand til å kurere sykdommer uhelbredelig så langt.