Vsi smo že kdaj slišali besede kvantni računalnik, vendar na splošno le redki vedo, kaj v resnici je. Mnogim najprej pade na pamet zelo zmogljiv osebni računalnik, ki lahko opravi katero koli nalogo, vendar z največjo hitrostjo, vendar ni preprost super zmogljiv računalnik, To je veliko več kot to.
Čeprav to so stroji, ki so popolnoma nedosegljivi širši javnosti, ustvarjajo veliko radovednosti. V tem članku razložimo, kaj je kvantni računalnik in za kaj se na splošno uporablja in kakšni so kvantni pojavi, na katerih temelji njegova moč.
Kaj je kvantni računalnik?
Kvantni računalniki so mamutski stroji, ki izkoriščajo nekatere pojave kvantne mehanike za doseganje velikega povečanja procesorske moči. Kvantni računalniki so sposobni slediti bitumu vsakemu tradicionalnemu super namiznemu računalniku. Nekaj, kar pogosto imenujemo kvantna nadvlada.
Ali to pomeni, da bomo vsi imeli na koncu doma kvantni računalnik za brskanje po internetu ali igranje video iger? Absolutno ne. Klasični stroji bodo še naprej običajna rešitev tako za reševanje naših težav kot tudi na podlagi katerih bomo temeljili interaktivni prosti čas. Tudi najbolj ekonomičen.
Kvantni računalniki obljubljajo spodbudo za različna področja tehnološkega napredka, kot so znanost, medicina ali genetika. Nekatera podjetja jih že začenjajo uporabljati za razvoj svojih novih izdelkov, kot so novi lažji in trpežnejši materiali, ki v celoti nadomestijo toplotno gorivo.
Kako deluje kvantni računalnik?
Ti stroji moči ne temeljijo na običajni strojni opremi, tako kot tista, ki jo najdemo v domačih računalnikih, ne gre za obsežne grafične kartice in procesorje, gre veliko več kot le za količino in zapletenost. Skrivnost moči kvantnega računalnika je v njegovi sposobnosti generiranja in manipulacije kvantnih bitov oz kubitov.
Kaj je Qubit?
Tradicionalni računalniki uporabljajo bit, megabajt, gigabit…. Tok električnih ali optičnih impulzov, ki predstavljajo enote in ničle. Celoten virtualni svet od e-pošte, spletnega mesta ali filma, ki ga vidimo v spletu, je bistven za dolgo verigo ničel in enot.
Kvantni računalniki uporabljajo kubite, subatomske delce, kot so elektroni ali fotoni. Pristop nekaterih podjetij, kot je Google se zanaša na superprevodna vezja, ohlajena na temperature nižje od globokega vesolja. Drugi lovijo posamezne atome v elektromagnetnih poljih na silicijevem čipu v vakuumski komori. V obeh primerih je cilj izolirati kubite v nadzorovano kvantno stanje.
Qubiti imajo nekaj posebnih lastnosti, zaradi katerih je njihova skupina sposobna dati veliko več procesorske moči kot enako število binarnih bitov. Najpomembnejši se imenujejo superpozicija in kvantno zapletanje.
Kaj je kvantna superpozicija?
Kvantna superpozicija se pojavi v naravi, ko ima elementarni delec hkrati dva ali več stanj, kot se to zgodi pri fotonih, ki lahko ostanejo hkrati na dveh različnih krajih, kar je v običajnem fizičnem svetu nekaj nepredstavljivega.
Ta lastnost je opazna tudi pri drugih delcih, kot so elektroni ali nevtroni, v atomih ali celo v majhnih molekulah. Zaradi tega potovanja so se znanstveniki spraševali, kje je meja med kvantnim svetom in tistim, kar imenujemo resnični svet, ko delci prenehajo biti kvantni in so podvrženi znanim fizikalnim zakonom.
Zahvaljujoč temu pojavu lahko kvantni računalnik z več prekrivajočimi se kubiti hkrati doseže veliko število možnih rezultatov.
Kvantno zapletanje
Ustvarite lahko pare "zapletenih" kubitov, pri čemer oba obstajata v istem kvantnem stanju. Spremenite stanje enega od kubitov to bi takoj spremenilo stanje drug drugega na predvidljiv način, to se zgodi tudi, če ste daleč narazen.
Zanesljivo ni znano, kako in zakaj kvantno zapletanje dejansko deluje. Nekaj, kar je lahko zmedlo samega Alberta Einsteina, ki bi to opisal kot "grozljivo dejanje na daljavo". Zaplet je bistvenega pomena, da kvantni računalniki pridobijo svojo veliko moč. V običajnem računalniku podvojitev števila bitov podvoji procesorsko moč. V primeru kvantnega računalnika dodajanje dodatnih kubitov povzroči eksponentno povečanje njegove zmogljivosti.
Ti stroji za izvajanje operacij izkoristijo kubite, zapletene v nekakšno kvantno verižico marjetic. Sposobnost strojev, da pospešijo izračune s posebej zasnovanimi kvantnimi algoritmi, je razlog, da povzročajo toliko navdušenja.
Hruška pri kvantnih računalnikih ni vse izjemno, saj so zelo dovzetni za napake, zaradi računske nedoslednosti.
Nedoslednost
To je pojav, ki povzroči, da kvantno vedenje propade in končno izgine zaradi interakcije kubitov z okoljem, saj je njihovo kvantno stanje zelo krhko. Rahle vibracije ali sprememba temperature lahko povzročijo, da izstopijo iz prekrivanja, preden je naloga končana. Iz tega razloga kubite običajno shranjujemo v hladilnikih in vakuumskih komorah pri zelo nizki temperaturi.
Googlov kvantni računalnik
Google ni hotel zapustiti, ko gre za kvantno tehnologijo, severnoameriškega velikana je razvil kvantni računalnik, ki lahko izvede izračun v 200 sekundah, kar bi v tradicionalnem super računalniku trajalo deset tisoč let. Zato razglaša, da so kvantni računalniki neposredna prihodnost. Čeprav se s konkurenco IBM na koncu ne strinja.
Nevtralni raziskovalci kažejo, da je moral Googlov kvantni računalnik opraviti izračun naključnih števil, ki bi lahko bil uspešen le, če bi vse komponente računalnika delovale v popolni harmoniji.
Google v tej tekmi ne namerava zaostajati in zato obljublja, da bo v to tehnologijo vložil veliko več kapitala. V primeru Googla lahko ugibamo, da bo temu tako, čeprav IMB ne namerava sedeti križem rok, saj je večina njegovih virov trenutno namenjenih izboljšanju te tehnologije. Čas bo pokazal, ali je Google sposoben sam razviti kvantno prevlado ali pa se bo moral pridružiti konkurenci.
To je tehnologija, ki nam lahko koristi vsem pri razvoju zdravil, ki lahko zdravijo bolezni doslej neozdravljivo.