Vi har alla hört orden kvantdator någon gång, men i allmänhet vet väldigt få vad det egentligen är. För många är det första som kommer att tänka på en mycket kraftfull persondator som kan utföra alla uppgifter men med maximal hastighet, men det är inte en enkel superkraftig dator, Det är mycket mer än så.
Även det här är maskiner som är utom räckhåll för allmänheten, de genererar mycket nyfikenhet. I den här artikeln förklarar vi vad en kvantdator är och vad den vanligtvis används för och vad är kvantfenomenen som dess kraft bygger på.
Vad är en kvantdator?
Kvantdatorer är mammutmaskiner som utnyttjar vissa fenomen inom kvantmekanik för att uppnå stora ökningar av processorkraften. Kvantdatorer kan lämna alla traditionella super-stationära datorer. Något som ofta kallas kvantöverhöghet.
Betyder det att vi alla kommer att ha en kvantdator hemma för att surfa på internet eller spela videospel? Absolut inte. Klassiska maskiner kommer att fortsätta att vara den vanliga lösningen både för att lösa våra problem och för att basera vår interaktiva fritid. Också den mest ekonomiska.
Kvantdatorer lovar att vara ett lyft för olika områden av tekniskt framsteg, såsom vetenskap, medicin eller genetik. Vissa företag börjar redan använda dem för att utveckla sina nya produkter, liksom nya lättare och hållbara material för att helt ersätta termiskt bränsle.
Hur fungerar en kvantdator?
Dessa maskiner basera inte sin kraft på konventionell hårdvara, som den vi kan hitta på våra hemdatorer, handlar det inte om storskaliga grafikkort och processorer, det går mycket mer än så, både i kvantitet och komplexitet. Hemligheten med en kvantdators kraft ligger i dess förmåga att generera och manipulera kvantbitar eller qubits.
Vad är en Qubit?
Traditionella datorer använder bitar, megabyte, gigabit .... En ström av elektriska eller optiska pulser som representerar enor och nollor. Hela den virtuella världen från ett e-postmeddelande, en webbplats eller en film som vi ser online är avgörande för en lång nollkedja.
Kvantdatorer använder qubits, subatomära partiklar som elektroner eller fotoner. Tillvägagångssättet för vissa företag som Google förlitar sig på supraledande kretsar som kyls till lägre temperaturer än djupt utrymme. Andra fångar enskilda atomer i elektromagnetiska fält på ett kiselchip, i en vakuumkammare. I båda fallen är målet att isolera qubits till ett kontrollerat kvanttillstånd.
Qubits har några speciella egenskaper, vilket gör att en grupp av dem kan ge mycket mer processorkraft än samma antal binära bitar. De viktigaste kallas superposition och kvantförtrassling.
Vad är kvant superposition?
Kvantöverläge sker i naturen när en elementär partikel samtidigt har två eller flera tillstånd, som händer med fotoner, som de kan stanna på två olika platser samtidigt, något otänkbart i den vanliga fysiska världen.
Denna egenskap observeras också i andra partiklar såsom elektroner eller neutroner, i atomer eller till och med i små molekyler. Denna resa har fått forskare att undra var gränsen är mellan kvantvärlden och vad vi kallar den verkliga världen, när en partikel upphör att vara kvant och utsätts för kända fysiska lagar.
Tack vare detta fenomen kan en kvantdator med flera överlappande qubits nå ett stort antal möjliga resultat samtidigt.
Kvantsammanflätning
Du kan generera par "intrasslade" qubits, varigenom båda finns i samma kvanttillstånd. Ändra tillståndet för en av qubits det skulle omedelbart förändra varandras tillstånd på ett förutsägbart sätt, detta händer även om du är långt ifrån varandra.
Det är inte känt med säkerhet hur eller varför kvantförtrassling faktiskt fungerar. Något som kunde förvirra Albert Einstein själv, som skulle beskriva det som "en skrämmande handling på avstånd". Förtrassling är avgörande för att kvantdatorer ska få sin stora kraft. I en vanlig dator fördubblar antalet bitar dess processorkraft. När det gäller en kvantdator ger tillägg av ytterligare qubits en exponentiell ökning av dess kapacitet.
Dessa maskiner utnyttjar qubits som är intrasslade i en slags kvant daisy chain för att utföra operationer. Maskins förmåga att påskynda beräkningar med specialdesignade kvantalgoritmer är anledningen till att de genererar så mycket spänning.
Men inte allt är exceptionellt när det gäller kvantdatorer, eftersom de är mycket känsliga för fel, på grund av beräkningskonsekvens.
Inkonsekvens
Detta är ett fenomen som får kvantbeteende att förfalla och slutligen försvinna på grund av interaktionen mellan qubits och deras miljö, eftersom deras kvanttillstånd är mycket bräckligt. En liten vibration eller en temperaturförändring kan få dessa att komma ut ur överlappningen innan uppgiften är klar. Av denna anledning lagras vanligtvis qubits i kylskåp och vakuumkammare vid mycket låg temperatur.
Googles kvantdator
Google har inte velat vara kvar när det gäller kvantteknologi, den nordamerikanska jätten har utvecklat en kvantdator som kan utföra en beräkning på 200 sekunder, vilket i en traditionell super-pc skulle ha tagit tiotusen år. Det är därför det förkunnar att kvantdatorer är den omedelbara framtiden. Även om dess konkurrens är IBM inte helt överens.
Neutrala forskare visar att Googles kvantdator var tvungen att göra en slumptalsberäkning som bara kunde lyckas om alla datorns komponenter fungerade i perfekt harmoni.
Google planerar inte att vara kvar i detta lopp och lovar därför att investera mycket mer kapital i denna teknik. När det gäller Google kan vi intuitera att detta kommer att vara fallet, även om IMB inte har för avsikt att sitta stilla eftersom de flesta av dess resurser för närvarande ägnas åt att förbättra denna teknik. Tiden kommer att visa om Google ensam kan utveckla kvantöverhöghet eller kommer att behöva gå med i tävlingen.
Det är en teknik som kan gynna oss alla i utvecklingen av läkemedel som kan bota sjukdomar obotlig hittills.