Wszyscy słyszeliśmy kiedyś słowa komputer kwantowy, ale generalnie bardzo niewielu wie, co to naprawdę jest. Dla wielu pierwszą rzeczą, która przychodzi na myśl, jest bardzo wydajny komputer osobisty, zdolny do wykonania dowolnego zadania, ale z maksymalną prędkością, ale to nie jest prosty, super mocny komputer, To znacznie więcej.
Chociaż są to maszyny całkowicie poza zasięgiem opinii publicznejwzbudzają ciekawość. W tym artykule wyjaśniamy, czym jest komputer kwantowy i do czego jest powszechnie używany oraz na jakich zjawiskach kwantowych opiera się jego moc.
Co to jest komputer kwantowy?
Komputery kwantowe to gigantyczne maszyny, które wykorzystują pewne zjawiska mechaniki kwantowej, aby osiągnąć duży wzrost mocy obliczeniowej. Komputery kwantowe są w stanie nadążyć za bitumem w porównaniu z każdym tradycyjnym komputerem super desktop. Coś, co często określa się mianem supremacji kwantowej.
Czy to oznacza, że wszyscy będziemy mieć w domu komputer kwantowy do surfowania po Internecie lub grania w gry wideo? Absolutnie nie. Klasyczne maszyny nadal będą typowym rozwiązaniem zarówno do rozwiązywania naszych problemów, jak i do oparcia naszego interaktywnego wypoczynku. Również najbardziej ekonomiczny.
Komputery kwantowe obiecują być impulsem dla różnych dziedzin postępu technologicznego, takich jak nauka, medycyna czy genetyka. Niektóre firmy już zaczynają je wykorzystywać przy opracowywaniu nowych produktów, takie jak nowe, lżejsze i trwalsze materiały całkowicie zastępujące paliwo termiczne.
Jak działa komputer kwantowy?
Te maszyny nie opierają swojej mocy na konwencjonalnym sprzęciepodobnie jak ten, który możemy znaleźć w naszych domowych komputerach, nie chodzi tu o wielkoskalowe karty graficzne i procesory, chodzi o znacznie więcej, zarówno pod względem ilości, jak i złożoności. Sekret mocy komputera kwantowego tkwi w jego zdolności do generowania i manipulowania bitami kwantowymi lub kubity.
Co to jest Qubit?
Tradycyjne komputery używają bitów, megabajtów, gigabitów…. Strumień impulsów elektrycznych lub optycznych reprezentujący jedynki i zera. Cały wirtualny świat z wiadomości e-mail, strony internetowej lub filmu, który widzimy online, jest niezbędny dla długiego łańcucha zer i jedynek.
Komputery kwantowe wykorzystują kubity, cząstki subatomowe, takie jak elektrony lub fotony. Podejście niektórych firm lubi Google polega na obwodach nadprzewodzących schładzanych do temperatur niższych niż w kosmosie. Inni wychwytują pojedyncze atomy w polach elektromagnetycznych na krzemowym chipie w komorze próżniowej. W obu przypadkach celem jest wyodrębnienie kubitów do kontrolowanego stanu kwantowego.
Kubity mają pewne szczególne właściwości, które sprawiają, że ich grupa jest w stanie zapewnić znacznie większą moc obliczeniową niż ta sama liczba bitów binarnych. Najważniejsze z nich to superpozycja i splątanie kwantowe.
Co to jest superpozycja kwantowa?
Superpozycja kwantowa występuje w przyrodzie, gdy cząstka elementarna jednocześnie posiada dwa lub więcej stanów, jak to ma miejsce w przypadku fotonów, które mogą przebywać w dwóch różnych miejscach jednocześnie, co jest niewyobrażalne w zwykłym fizycznym świecie.
Ta właściwość jest również obserwowana w innych cząstkach, takich jak elektrony lub neutrony, w atomach lub nawet w małych cząsteczkach. Ta podróż doprowadziła naukowców do zastanowienia się, gdzie przebiega granica między światem kwantowym a tym, co nazywamy światem rzeczywistym, kiedy cząstka przestaje być kwantem i podlega znanym prawom fizyki.
Dzięki temu zjawisku komputer kwantowy z kilkoma nakładającymi się kubitami może jednocześnie uzyskać dużą liczbę możliwych wyników.
Splątanie kwantowe
Możesz generować pary „splątanych” kubitów, przy czym oba istnieją w tym samym stanie kwantowym. Zmień stan jednego z kubitów natychmiast zmieniłyby wzajemnie stan w przewidywalny sposób, dzieje się tak nawet, jeśli jesteście daleko od siebie.
Nie wiadomo na pewno, jak i dlaczego faktycznie działa splątanie kwantowe. Coś, co mogło zmylić samego Alberta Einsteina, który określiłby to jako „przerażającą akcję na odległość”. Splątanie jest niezbędne, aby komputery kwantowe uzyskały ich wielką moc. W konwencjonalnym komputerze podwojenie liczby bitów podwaja jego moc obliczeniową. W przypadku komputera kwantowego dodanie kolejnych kubitów powoduje wykładniczy wzrost jego pojemności.
Maszyny te wykorzystują kubity zaplątane w rodzaj kwantowego łańcucha do wykonywania operacji. Zdolność maszyn do przyspieszania obliczeń dzięki specjalnie zaprojektowanym algorytmom kwantowym jest powodem, dla którego generują one tyle emocji.
Pero W przypadku komputerów kwantowych nie wszystko jest wyjątkowe, ponieważ są one bardzo podatne na błędy, ze względu na niespójność obliczeniową.
Niezgodność
Jest to zjawisko, które powoduje zanik zachowania kwantowego i ostatecznie zanik w wyniku interakcji kubitów z ich otoczeniem, ponieważ ich stan kwantowy jest bardzo kruchy. Niewielkie wibracje lub zmiana temperatury mogą spowodować, że wydostaną się one z zakładki przed zakończeniem zadania. Z tego powodu kubity są zwykle przechowywane w lodówkach i komorach próżniowych w bardzo niskiej temperaturze.
Komputer kwantowy Google
Google nie chciał pozostać w tyle, jeśli chodzi o technologię kwantową, giganta z Ameryki Północnej opracował komputer kwantowy zdolny do wykonywania obliczeń w 200 sekund, co w tradycyjnym super komputerze zajęłoby dziesięć tysięcy lat. Dlatego głosi, że komputery kwantowe to najbliższa przyszłość. Chociaż jego konkurencja IBM nie do końca się zgadza.
Neutralni badacze pokazują, że komputer kwantowy Google musiał wykonać obliczenia liczb losowych, które mogłyby się powieść tylko wtedy, gdyby wszystkie komponenty komputera działały w doskonałej harmonii.
Google nie planuje pozostawać w tyle w tym wyścigu i dlatego obiecuje zainwestować znacznie więcej kapitału w tę technologię. W przypadku Google'a możemy przypuszczać, że tak będzie, chociaż IMB nie zamierza siedzieć bezczynnie, ponieważ większość jego zasobów jest obecnie przeznaczona na ulepszanie tej technologii. Czas pokaże, czy Google sam jest w stanie rozwinąć supremację kwantową, czy też musi dołączyć do konkurencji.
To jest technologia może przynieść korzyści nam wszystkim, jeśli chodzi o opracowywanie leków zdolnych do leczenia chorób dotychczas nieuleczalne.