คอมพิวเตอร์ควอนตัมคืออะไรและทำงานอย่างไร?

เราทุกคนเคยได้ยินคำว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมในบางครั้ง แต่โดยทั่วไปมีเพียงไม่กี่คนที่รู้ว่ามันคืออะไร สำหรับหลาย ๆ คนสิ่งแรกที่ต้องนึกถึงคือคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลที่ทรงพลังมากสามารถทำงานอะไรก็ได้ แต่ด้วยความเร็วสูงสุด แต่ ไม่ใช่คอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงธรรมดามันมากกว่านั้นมาก

แม้ว่า เหล่านี้เป็นเครื่องจักรที่คนทั่วไปไม่สามารถเข้าถึงได้พวกเขาสร้างความอยากรู้อยากเห็นมากมาย ในบทความนี้เราจะอธิบายว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมคืออะไรและโดยทั่วไปใช้เพื่ออะไรและปรากฏการณ์ควอนตัมที่อาศัยอำนาจของมันคืออะไร

คอมพิวเตอร์ควอนตัมคืออะไร?

คอมพิวเตอร์ควอนตัมเป็นเครื่องจักรขนาดมหึมาที่ใช้ประโยชน์จากปรากฏการณ์บางอย่างของกลศาสตร์ควอนตัมเพื่อให้ได้พลังในการประมวลผลเพิ่มขึ้นอย่างมาก. คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถทิ้งคอมพิวเตอร์ซูเปอร์เดสก์ท็อปแบบเดิม ๆ ไว้ได้ สิ่งที่มักเรียกว่าอำนาจสูงสุดควอนตัม

นี่หมายความว่าเราทุกคนจะต้องมีคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่บ้านเพื่อท่องอินเทอร์เน็ตหรือเล่นวิดีโอเกมหรือไม่? ไม่ได้อย่างแน่นอน. เครื่องจักรคลาสสิกจะยังคงเป็นทางออกตามปกติทั้งเพื่อแก้ปัญหาของเราและเพื่อเป็นฐานการพักผ่อนแบบโต้ตอบของเรา. ยังประหยัดที่สุดอีกด้วย

คอมพิวเตอร์ควอนตัมสัญญาว่าจะช่วยเพิ่มความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในด้านต่างๆเช่นวิทยาศาสตร์การแพทย์หรือพันธุศาสตร์ บาง บริษัท เริ่มใช้มันเพื่อพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่ ๆ แล้วเช่นวัสดุใหม่ที่เบาและทนทานกว่าเพื่อทดแทนเชื้อเพลิงความร้อนได้อย่างสมบูรณ์

คอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงานอย่างไร?

เครื่องเหล่านี้ อย่าใช้พลังงานจากฮาร์ดแวร์ทั่วไปเช่นเดียวกับที่เราสามารถพบได้ในคอมพิวเตอร์ที่บ้านของเรามันไม่ได้เกี่ยวกับกราฟิกการ์ดและโปรเซสเซอร์ขนาดใหญ่ แต่มันมีมากกว่านั้นทั้งในด้านปริมาณและความซับซ้อน ความลับของพลังของคอมพิวเตอร์ควอนตัมอยู่ที่ความสามารถในการสร้างและจัดการบิตควอนตัมหรือ qubits

Qubit คืออะไร?

คอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมใช้บิตเมกะไบต์กิกะบิต…. กระแสของพัลส์ไฟฟ้าหรือแสงที่แสดงถึงหนึ่งและศูนย์ โลกเสมือนจริงทั้งหมดจากอีเมลเว็บไซต์หรือภาพยนตร์ที่เราเห็นทางออนไลน์มีความสำคัญต่อเลขศูนย์และเส้นยาว

คอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้ qubits อนุภาคย่อยเช่นอิเล็กตรอนหรือโฟตอน แนวทางของบาง บริษัท เช่น Google อาศัยวงจรตัวนำยิ่งยวดที่เย็นลงจนมีอุณหภูมิต่ำกว่าห้วงอวกาศ. อื่น ๆ ดักจับอะตอมแต่ละตัวในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าบนชิปซิลิกอนในห้องสุญญากาศ ในทั้งสองกรณีเป้าหมายคือการแยก qubits ให้อยู่ในสถานะควอนตัมที่ควบคุมได้

คิวบิตมีคุณสมบัติที่แปลกประหลาดซึ่งทำให้กลุ่มของพวกมันสามารถให้พลังในการประมวลผลได้มากกว่าจำนวนไบนารีบิตเดียวกัน สิ่งที่สำคัญที่สุดเรียกว่าการซ้อนทับและการพัวพันทางควอนตัม

การซ้อนทับควอนตัมคืออะไร?

การซ้อนทับทางควอนตัมเกิดขึ้นในธรรมชาติเมื่ออนุภาคมูลฐานมีสองสถานะขึ้นไปพร้อมกันเช่นเดียวกับโฟตอนซึ่ง พวกเขาสามารถอยู่ในสถานที่ที่แตกต่างกันสองแห่งในเวลาเดียวกันสิ่งที่เป็นไปไม่ได้ในโลกทางกายภาพธรรมดา

คุณสมบัตินี้ยังสังเกตได้ในอนุภาคอื่น ๆ เช่นอิเล็กตรอนหรือนิวตรอนในอะตอมหรือแม้แต่ในโมเลกุลขนาดเล็ก การเดินทางครั้งนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สงสัยว่าขอบเขตอยู่ตรงไหนระหว่างโลกควอนตัมกับสิ่งที่เราเรียกว่าโลกแห่งความจริงเมื่ออนุภาคสิ้นสุดการเป็นควอนตัมและอยู่ภายใต้กฎทางกายภาพที่เป็นที่รู้จัก

ด้วยปรากฏการณ์นี้คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มี qubits ซ้อนกันหลายตัวสามารถให้ผลลัพธ์ที่เป็นไปได้จำนวนมากพร้อมกัน

ควอนตัมพัวพัน

คุณสามารถสร้างคู่ของ qubits "พันกัน" โดยที่ทั้งสองอยู่ในสถานะควอนตัมเดียวกัน เปลี่ยนสถานะของหนึ่งใน qubits มันจะเปลี่ยนสถานะของกันและกันในทันทีด้วยวิธีที่คาดเดาได้สิ่งนี้จะเกิดขึ้นแม้ว่าคุณจะอยู่ไกลกันก็ตาม

ยังไม่ทราบแน่ชัดว่าการพัวพันควอนตัมทำงานอย่างไรหรือทำไม สิ่งที่สามารถสร้างความสับสนให้กับตัวของอัลเบิร์ตไอน์สไตน์ซึ่งจะอธิบายว่ามันเป็น "การกระทำที่น่ากลัวในระยะไกล". ความยุ่งเหยิงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมในการได้รับพลังอันยิ่งใหญ่ของพวกเขา ในคอมพิวเตอร์ทั่วไปการเพิ่มจำนวนบิตเป็นสองเท่าจะเพิ่มพลังประมวลผลเป็นสองเท่า ในกรณีของคอมพิวเตอร์ควอนตัมการเพิ่ม qubits เพิ่มเติมจะทำให้ความจุเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ

เครื่องจักรเหล่านี้ใช้ประโยชน์จาก qubits ที่พันกันอยู่ในโซ่ควอนตัมเดซี่เพื่อดำเนินการ ความสามารถของเครื่องจักรในการเร่งการคำนวณด้วยอัลกอริธึมควอนตัมที่ออกแบบมาเป็นพิเศษเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดความตื่นเต้นอย่างมาก

ลูกแพร์ ไม่ใช่ทุกอย่างที่ยอดเยี่ยมเมื่อพูดถึงคอมพิวเตอร์ควอนตัมเนื่องจากมีความอ่อนไหวต่อข้อผิดพลาดเนื่องจากความไม่สอดคล้องกันของการคำนวณ

ความไม่สอดคล้องกัน

นี่เป็นปรากฏการณ์ที่ทำให้พฤติกรรมควอนตัมสลายตัวและในที่สุดก็หายไปเนื่องจากการทำงานร่วมกันของ qubits กับสิ่งแวดล้อมเนื่องจากสถานะควอนตัมของมันเปราะบางมาก การสั่นสะเทือนเล็กน้อยหรืออุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงอาจทำให้สิ่งเหล่านี้หลุดออกจากการทับซ้อนกันก่อนที่งานจะเสร็จสมบูรณ์. ด้วยเหตุนี้ qubits มักจะถูกเก็บไว้ในตู้เย็นและห้องสุญญากาศที่อุณหภูมิต่ำมาก

คอมพิวเตอร์ควอนตัมของ Google

Google ไม่ต้องการถูกทิ้งไว้เบื้องหลังเมื่อพูดถึงเทคโนโลยีควอนตัมซึ่งเป็น บริษัท ยักษ์ใหญ่ในอเมริกาเหนือ ได้พัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่สามารถคำนวณได้ภายใน 200 วินาทีซึ่งในซูเปอร์พีซีแบบดั้งเดิมจะต้องใช้เวลาเป็นหมื่นปี. นั่นคือเหตุผลที่ประกาศว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมคืออนาคตอันใกล้ แม้ว่าการแข่งขันของ IBM จะไม่เห็นด้วยก็ตาม

นักวิจัยที่เป็นกลางแสดงให้เห็นว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมของ Google ต้องทำการคำนวณตัวเลขแบบสุ่มซึ่งจะประสบความสำเร็จได้ก็ต่อเมื่อส่วนประกอบทั้งหมดของคอมพิวเตอร์ทำงานสอดคล้องกันอย่างสมบูรณ์แบบ

Google ไม่ได้วางแผนที่จะถูกทิ้งไว้เบื้องหลังในการแข่งขันครั้งนี้ดังนั้นจึงสัญญาว่าจะลงทุนเพิ่มทุนในเทคโนโลยีนี้ ในกรณีของ Google เราสามารถคาดเดาได้ว่าจะเป็นเช่นนี้แม้ว่า IMB จะไม่ได้ตั้งใจที่จะนั่งเฉยๆเนื่องจากทรัพยากรส่วนใหญ่ในปัจจุบันทุ่มเทให้กับการปรับปรุงเทคโนโลยีนี้ เวลาจะบอกได้ว่า Google เพียงอย่างเดียวสามารถพัฒนาอำนาจสูงสุดของควอนตัมได้หรือไม่หรือจะต้องเข้าร่วมการแข่งขัน

มันเป็นเทคโนโลยีที่ สามารถเป็นประโยชน์ต่อเราทุกคนในการพัฒนายาที่สามารถรักษาโรคได้ รักษาไม่หาย