Κβαντικός υπολογιστής

Το περιεχόμενο του άρθρου



Η αύξηση της υπολογιστικής ισχύος της τεχνολογίας είναι ένα από τα κύρια καθήκοντα των επιστημόνων και των μηχανικών. Ένας κβαντικός υπολογιστής μπορεί να το λύσει. Η συσκευή αναπτύσσεται από την Google, την IBM, την Intel και άλλες εταιρείες. Θεωρητικά, ένας κβαντικός υπολογιστής θα λειτουργεί 100 εκατομμύρια φορές πιο γρήγορα από το συνηθισμένο.

Τι είναι ο κβαντικός υπολογιστής;

ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΤΗΣ

Μια τέτοια υπολογιστική συσκευή δεν λειτουργεί με bit, αλλά με qubit. Εξαιτίας αυτού, ένας κβαντικός υπολογιστής μπορεί να επεξεργάζεται ταυτόχρονα όλες τις πιθανές καταστάσεις ενός αντικειμένου. Στην πράξη, οι υπερυπολογιστές εκτελούν τον ίδιο αριθμό λογικών λειτουργιών ανά λεπτό..

Οφέλη

Πρωτότυπο

Το κύριο πλεονέκτημα της νέας τεχνολογίας είναι η κβαντική υπεροχή. Αυτή είναι η ικανότητα υπολογιστικών συσκευών να επιλύουν εργασίες που δεν είναι προσβάσιμες σε ισχυρούς υπερυπολογιστές. Δεν υποστηρίζουν όλοι οι επιστήμονες την ιδέα της δημιουργίας ενός τέτοιου υπολογιστή. Το κύριο επιχείρημα εναντίον αυτού είναι η αδυναμία επαλήθευσης της ορθότητας της ληφθείσας λύσης. Κατά τη διάρκεια των υπολογισμών, η συσκευή ενδέχεται να κάνει λάθος αναμειγνύοντας 0 και 1 και δεν θα είναι δυνατό να εντοπιστεί το πρόβλημα.

Προς το παρόν, το κύριο πρόβλημα στη δημιουργία κβαντικής ανωτερότητας είναι η σταθερότητα των qubits. Αυτά τα στοιχεία απαιτούν προσεκτικό χειρισμό: ο τυχαίος θόρυβος ή οι κραδασμοί οδηγούν στην απώλεια δεδομένων που μπόρεσε να υπολογίσει ο υπολογιστής. Για σταθερή λειτουργία του εξοπλισμού, η θερμοκρασία περιβάλλοντος δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 20 mK.

Πώς λειτουργεί το qubit;

Bit και qubit

Σε τυπικούς υπολογιστές, οι πληροφορίες παρουσιάζονται σε δυαδικό κώδικα. Τα bit για την αποθήκευση και την επεξεργασία δεδομένων λαμβάνουν τις τιμές 0 ή 1. Τα τρανζίστορ εκτελούν μαθηματικές λειτουργίες και το αποτέλεσμα της μετατροπής δυαδικού κώδικα εμφανίζεται στην οθόνη.

Το Qubit είναι μια μονάδα αποθήκευσης πληροφοριών σε έναν κβαντικό υπολογιστή. Εκτός από τα 0 και 1, μπορεί να βρίσκεται σε αόριστη οριακή κατάσταση που ονομάζεται υπέρθεση. Για να πάρετε ένα qubit, πρέπει να πάρετε ένα άτομο, να το διορθώσετε και να το σταθεροποιήσετε, προστατεύοντάς το από ξένη ακτινοβολία, συνδέστε το με ένα άλλο άτομο.

Όσο περισσότερα τέτοια στοιχεία αλληλοσυνδέονται, τόσο πιο σταθερό λειτουργεί το σύστημα. Για να ξεπεράσετε έναν κλασικό υπερυπολογιστή, πρέπει να δεσμεύσετε περισσότερα από 49 qubit. Είναι πολύ δύσκολο να το κάνετε αυτό: τα άτομα, ανεξάρτητα από τα υλικά που χρησιμοποιούνται, είναι πάντα ασταθή.

Κβαντική πληροφορική

Παράδειγμα υπολογισμού

Η θεωρία λέει ότι χωρίς αλληλεπίδραση με άλλα σωματίδια, το ηλεκτρόνιο δεν έχει σαφείς συντεταγμένες στην ατομική τροχιά. Μόνο κατά τη μέτρηση εξαφανίζεται η αβεβαιότητα και γίνεται γνωστή η θέση του σωματιδίου.

Η πιθανότητα των αλλαγών επιτρέπει τη χρήση του κβαντικού υπολογισμού για την αναζήτηση μη δομημένων βάσεων δεδομένων..

Υπέρθεση και συσκότιση

Η λειτουργία του υπολογιστή βασίζεται σε δύο μηχανικά φαινόμενα:

  1. Σύγχυση. Ένα φαινόμενο στο οποίο η κατάσταση δύο ή περισσότερων αντικειμένων είναι αλληλεξαρτώμενη. Για παράδειγμα, σε 2 φωτόνια σε κατάσταση εμπλοκής, η ελικολογία θα είναι αρνητική και θετική. Η σχέση θα παραμείνει εάν αφαιρέσετε αντικείμενα το ένα από το άλλο στο διάστημα.
  2. Συνεκτική υπέρθεση. Η ταυτόχρονη επίδραση στο σωματίδιο των εναλλακτικών (αμοιβαία αποκλειστικών) συνθηκών.

Αποσυγκρασία

Αυτή είναι μια διαδικασία στην οποία η κατάσταση ενός κβαντικού συστήματος γίνεται ανεξέλεγκτη. Το Decoherence εμφανίζεται όταν πολλά qubits εξαρτώνται το ένα από το άλλο. Το πρόβλημα παρουσιάζεται όταν ο υπολογιστής αλληλεπιδρά με ακτινοβολία, κοσμικές ακτίνες ή μαγνητικό πεδίο..

Χρησιμοποιούνται διάφορες μέθοδοι για την προστασία των υπολογιστών από την «κύλιση» στις συνήθεις υπολογιστικές διαδικασίες. Η D-Wave Systems ψύχει τα άτομα στο μηδέν για να τα προστατεύει από εξωτερικές επιρροές. Ο κβαντικός επεξεργαστής τοποθετείται σε προστατευτικά κελύφη, οπότε η τελική συσκευή είναι πολύ ογκώδης.

Η πιθανότητα δημιουργίας κβαντικού υπολογιστή

Σύγκριση με το κλασικό

Δεν είναι δυνατή η κατασκευή ενός qubit από πολλά σωματίδια και μόνο τα άτομα μπορούν να βρίσκονται στην απαιτούμενη κατάσταση. Από προεπιλογή, αυτά τα πολλαπλά σωματίδια είναι μη ρυθμισμένα. Κινέζοι και Καναδοί επιστήμονες προσπάθησαν να χρησιμοποιήσουν τσιπ φωτονίων για να αναπτύξουν έναν υπολογιστή, αλλά η έρευνα ήταν ανεπιτυχής.

Υφιστάμενοι τύποι κβαντικών υπολογιστών:

  • σε κρύσταλλους πυριτίου ημιαγωγών.
  • σε ηλεκτρόνια σε κβαντικές κουκίδες ημιαγωγών ·
  • σε μικρο-κοιλότητες μονής κοιλότητας.
  • σε γραμμικά οπτικά στοιχεία ·
  • στα ιόντα σε μονοδιάστατο κρύσταλλο παγιδευμένο στον Παύλο.

Ο κβαντικός υπολογισμός περιλαμβάνει μια ακολουθία λειτουργιών που εκτελούνται με ένα ή περισσότερα qubits, η οποία προκαλεί αλλαγές σε ολόκληρο το σύστημα. Ο στόχος είναι να επιλέξετε από όλες τις καταστάσεις του το σωστό που δίνει το αποτέλεσμα των υπολογισμών. Μπορούν να υπάρχουν όσο το δυνατόν περισσότερες καταστάσεις, όσο το δυνατόν πιο κοντά στο πραγματικό.

Η ακρίβεια αυτών των υπολογισμών είναι σχεδόν πάντα διαφορετική από την ενότητα..

Ιστορία της δημιουργίας

Ένας πλήρης κβαντικός υπολογιστής απαιτεί σημαντική πρόοδο στη φυσική. Ο προγραμματισμός πρέπει να είναι διαφορετικός από τον υπάρχοντα τώρα. Οι κβαντικές υπολογιστικές συσκευές δεν θα είναι σε θέση να λύσουν προβλήματα που είναι πέρα ​​από τη δύναμη των συνηθισμένων, αλλά θα επιταχύνουν τις λύσεις αυτών που αντιμετωπίζουν..

Η τελευταία σημαντική ανακάλυψη ήταν η δημιουργία του επεξεργαστή Bristlecone από την Google. Την άνοιξη του 2018, η εταιρεία εξέδωσε δήλωση σχετικά με την απόκτηση επεξεργαστή 72-qubit, αλλά οι αρχές της εργασίας της δεν ενέκριναν. Πιστεύεται ότι για να επιτευχθεί «κβαντική ανωτερότητα», όταν ένας υπολογιστής αρχίζει να ξεπερνά το συνηθισμένο, θα απαιτούνται 49 qubit. Η Google πέτυχε την κατάσταση, αλλά η πιθανότητα σφάλματος υπολογισμού (0,6%) παρέμεινε πάνω από το απαιτούμενο.

Πού μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι κβαντικοί υπολογιστές;

Συσκευή και λειτουργίες

Η σύγχρονη κρυπτογραφία βασίζεται στο γεγονός ότι είναι αδύνατο να αποσυντεθεί γρήγορα ένας αριθμός σε 40-50 χαρακτήρες. Οι κλασικοί υπολογιστές θα χρειαστούν 1-2 δισεκατομμύρια χρόνια για να το κάνουν αυτό. Ένας κβαντικός υπολογιστής θα κάνει αυτούς τους μαθηματικούς υπολογισμούς σε 25 δευτερόλεπτα. Αυτό σημαίνει ότι οποιοσδήποτε αλγόριθμος κρυπτογράφησης μπορεί να σπάσει αμέσως..

Άλλες εφαρμογές κβαντικών υπολογιστικών συσκευών:

  • μοντελοποίηση χημικής αντίδρασης
  • Τεχνητή νοημοσύνη;
  • νέα ανάπτυξη ναρκωτικών.

Οι σύγχρονοι κβαντικοί υπολογιστές δεν ξέρουν πώς.

Οι συσκευές είναι ικανές να εκτελούν έναν μαθηματικό αλγόριθμο με τεράστια απόδοση..

Αποκτήθηκαν από μεγάλες εταιρείες, για παράδειγμα, για τη συλλογή στατιστικών στοιχείων χρηστών.

Βαθμολογήστε το άρθρο
( No ratings yet )
Κοινοποίηση σε φίλους
Συμβουλές για οποιοδήποτε θέμα από ειδικούς
Πρόσθεσε ένα σχόλιο

Κάνοντας κλικ στο κουμπί "Υποβολή σχολίου", αποδέχομαι την επεξεργασία προσωπικών δεδομένων και αποδέχομαι την πολιτική απορρήτου