Všetci sme niekedy počuli slová kvantový počítač, ale len veľmi málo z nich vie, čo to v skutočnosti je. Pre mnohých prvá vec, ktorá ich napadne, je veľmi výkonný osobný počítač, schopný vykonávať akúkoľvek úlohu, avšak maximálnou rýchlosťou nie je to jednoduchý super výkonný počítačJe to oveľa viac.
Hoci sú to stroje úplne mimo dosahu širokej verejnosti, vyvolávajú veľa zvedavosti. V tomto článku vysvetľujeme, čo je to kvantový počítač a na čo sa všeobecne používa a na aké kvantové javy je založená jeho sila.
Čo je to kvantový počítač?
Kvantové počítače sú mamutie stroje, ktoré využívajú niektoré fenomény kvantovej mechaniky na dosiahnutie veľkého zvýšenia spracovateľského výkonu. Kvantové počítače sú schopné nechať akýkoľvek tradičný super stolový počítač úplne poškriabaný. Niečo, čo sa často nazýva kvantová prevaha.
Znamená to, že každý z nás bude mať doma kvantový počítač na surfovanie po internete alebo hranie videohier? Rozhodne nie. Klasické stroje budú aj naďalej obvyklým riešením pri riešení našich problémov a na ktorých bude založené naše interaktívne trávenie voľného času. Tiež najekonomickejšie.
Kvantové počítače sľubujú podporu pre rôzne oblasti technologického pokroku, ako sú veda, medicína alebo genetika. Niektoré spoločnosti ich už začínajú používať na vývoj svojich nových produktov, ako sú nové ľahšie a odolnejšie materiály, ktoré úplne nahradia tepelné palivo.
Ako funguje kvantový počítač?
Tieto stroje svoju energiu nezakladajú na konvenčnom hardvériRovnako ako ten, ktorý nájdeme v domácich počítačoch, nejde o rozsiahle grafické karty a procesory, ide o oveľa viac, čo sa týka množstva aj zložitosti. Tajomstvo sily kvantového počítača spočíva v jeho schopnosti generovať a manipulovať s kvantovými bitmi resp qubity.
Čo je to Qubit?
Tradičné počítače používajú bity, megabajty, gigabity…. Prúd elektrických alebo optických impulzov predstavujúcich jednotky a nuly. Celý virtuálny svet z e-mailu, webovej stránky alebo filmu, ktorý vidíme online, je nevyhnutný pre dlhý reťazec núl a jednotiek.
Kvantové počítače používajú qubity, subatomárne častice ako elektróny alebo fotóny. Prístup niektorých spoločností má rád Google sa spolieha na supravodivé obvody ochladené na teploty nižšie ako hlboký vesmír. Iní zachytávajú jednotlivé atómy v elektromagnetických poliach na kremíkovom čipe vo vákuovej komore. V obidvoch prípadoch je cieľom izolovať qubity do kontrolovaného kvantového stavu.
Qubits majú niektoré zvláštne vlastnosti, vďaka ktorým je ich skupina schopná poskytnúť oveľa väčší výpočtový výkon ako rovnaký počet binárnych bitov. Najdôležitejšie sa nazývajú superpozícia a kvantové zapletenie.
Čo je to kvantová superpozícia?
Kvantová superpozícia sa vyskytuje v prírode, keď elementárna častica má súčasne dva alebo viac stavov, ako je to u fotónov, ktoré môžu zostať na dvoch rôznych miestach súčasne, čo je v bežnom fyzickom svete niečo nepredstaviteľné.
Táto vlastnosť sa pozoruje aj v iných časticiach, ako sú elektróny alebo neutróny, v atómoch alebo dokonca v malých molekulách. Táto cesta viedla vedcov k tomu, aby zisťovali, kde je hranica medzi kvantovým svetom a tým, čo nazývame skutočným svetom, keď častica prestane byť kvantová a podlieha známym fyzikálnym zákonom.
Vďaka tomuto javu môže kvantový počítač s niekoľkými prekrývajúcimi sa qubitmi dosiahnuť veľké množstvo možných výsledkov súčasne.
Kvantové zapletenie
Môžete generovať páry „zapletených“ qubitov, pričom oba existujú v rovnakom kvantovom stave. Zmeňte stav jedného z qubitov okamžite by to vzájomne zmenilo stav predvídateľným spôsobom, stane sa to, aj keď ste od seba ďaleko.
Nie je presne známe, ako a prečo vlastne kvantové zapletenie funguje. Niečo, čo dokázalo zmiasť samotného Alberta Einsteina, ktorý by to opísal ako „hrôzostrašnú akciu na diaľku“. Zapletenie je pre kvantové počítače nevyhnutné na získanie ich veľkej sily. V konvenčnom počítači zdvojnásobenie počtu bitov zdvojnásobuje jeho výpočtový výkon. V prípade kvantového počítača vedie pridanie ďalších qubitov k exponenciálnemu zvýšeniu jeho kapacity.
Tieto stroje využívajú na vykonávanie operácií qubits zapletené do akéhosi reťazca kvantovej sedmokrásky. Schopnosť strojov urýchliť výpočty pomocou špeciálne navrhnutých kvantových algoritmov je dôvodom, prečo generujú toľko vzrušenia.
Hruška nie všetko je výnimočné, pokiaľ ide o kvantové počítače, pretože sú veľmi náchylné na chyby, kvôli výpočtovej nekonzistencii.
Nejednotnosť
Toto je jav, ktorý spôsobuje, že kvantové správanie sa rozpadá a nakoniec zmizne v dôsledku interakcie qubitov s prostredím, pretože ich kvantový stav je veľmi krehký. Mierne vibrácie alebo zmena teploty môžu spôsobiť, že tieto vyjdú z prekrytia ešte pred dokončením úlohy. Z tohto dôvodu sa qubits zvyčajne skladujú v chladničkách a vákuových komorách pri veľmi nízkej teplote.
Kvantový počítač Google
Google nechcel zostať pozadu, pokiaľ ide o kvantovú technológiu, severoamerického giganta vyvinul kvantový počítač schopný vykonať výpočet za 200 sekúnd, čo by v tradičnom super pc trvalo desaťtisíc rokov. Preto hlása, že kvantové počítače sú bezprostrednou budúcnosťou. Aj keď jeho konkurencia IBM nie celkom súhlasí.
Neutrálni vedci ukazujú, že kvantový počítač spoločnosti Google musel vykonať výpočet náhodných čísel, ktorý mohol byť úspešný, iba ak všetky komponenty počítača fungovali v dokonalej harmónii.
Google neplánuje v tomto závode zaostávať, a preto sľubuje, že do tejto technológie investuje oveľa viac kapitálu. V prípade spoločnosti Google si môžeme domyslieť, že tomu tak bude, aj keď IMB nemá v úmysle nečinne prizerať, pretože väčšina jej zdrojov je v súčasnosti venovaná vylepšeniu tejto technológie. Čas ukáže, či je sám Google schopný vyvinúť kvantovú prevahu alebo či sa musí zapojiť do svojej konkurencie.
Je to technológia, ktorá môže byť prospešný pre nás všetkých pri vývoji liekov schopných liečiť choroby zatiaľ nevyliečiteľné.