Kvantový počítač

Obsah článku

• Čo je to kvantový počítač?
• výhody
• Ako funguje qubit?
• Kvantové výpočty
• Superpozícia a zmätenie
• dekoherence
• Pravdepodobnosť vytvorenia kvantového počítača
• Kde sa dajú použiť kvantové počítače?

Zvyšovanie výpočtového výkonu technológie je jednou z hlavných úloh vedcov a technikov. Kvantový počítač to dokáže vyriešiť. Toto zariadenie vyvíja spoločnosť Google, IBM, Intel a ďalšie spoločnosti. Teoreticky bude kvantové PC pracovať 100 miliónov krát rýchlejšie ako obvykle.

Čo je to kvantový počítač?

Takéto výpočtové zariadenie nepracuje s bitmi, ale s bitmi. Kvôli tomu je kvantové PC schopné súčasne spracovať všetky možné stavy objektu. V praxi však superpočítače vykonávajú rovnaký počet logických operácií za minútu..

výhody

Hlavnou výhodou novej technológie je kvantová nadradenosť. To je schopnosť výpočtových zariadení riešiť úlohy neprístupné pre výkonné superpočítače. Nie všetci vedci podporujú myšlienku vytvorenia takéhoto počítača. Hlavným argumentom proti tomu je nemožnosť overenia správnosti získaného riešenia. Počas výpočtov môže zariadenie urobiť chybu zmiešaním 0 a 1 a problém nebude možné identifikovať.

V súčasnosti je hlavným problémom pri vytváraní kvantovej nadradenosti stabilita qubitov. Tieto prvky vyžadujú starostlivé zaobchádzanie: náhodné zvuky alebo vibrácie vedú k strate údajov, ktoré počítač dokázal vypočítať. Pre stabilnú prevádzku zariadenia by teplota okolia nemala byť vyššia ako 20 mK.

Ako funguje qubit?

V štandardných počítačoch sú informácie reprezentované v binárnom kóde. Bity na ukladanie a spracovanie údajov majú hodnoty 0 alebo 1. Tranzistory vykonávajú matematické operácie a na obrazovke sa zobrazí výsledok konverzie binárneho kódu..

Qubit je jednotka ukladania informácií v kvantovom počítači. Okrem 0 a 1 môže byť v neurčitom hraničnom stave nazývanom superpozícia. Ak chcete získať štvoricu, musíte zobrať jeden atóm, opraviť ho a stabilizovať, chrániť ho pred cudzím žiarením a naviazať ho na iný atóm..

Čím viac takýchto prvkov je prepojených, tým stabilnejší systém funguje. Aby ste prekonali klasický superpočítač, musíte zviazať viac ako 49 qubits. Je to veľmi ťažké: atómy, bez ohľadu na použité materiály, sú vždy nestabilné.

Kvantové výpočty

Teória hovorí, že bez interakcie s inými časticami nemá elektrón na atómovej obežnej dráhe jednoznačné súradnice. Neistota zmizne iba pri meraní a miesto častice je známe.

Pravdepodobnosť týchto zmien umožňuje použitie kvantového výpočtu na prehľadávanie neštruktúrovaných databáz..

Superpozícia a zmätenie

Prevádzka počítača je založená na dvoch mechanických javoch:

1. zapletenie. Fenomén, v ktorom je stav dvoch alebo viacerých objektov vzájomne závislý. Napríklad v 2 fotónoch v zapletenom stave bude helicita negatívna a pozitívna. Vzťah zostane, ak z priestoru odstránite objekty.
2. Koherentná superpozícia. Súčasný vplyv alternatívnych (vzájomne sa vylučujúcich) podmienok na časticu.

dekoherence

Je to proces, v ktorom sa stav kvantového systému stáva nekontrolovateľným. K odlupovaniu dochádza, keď veľa kôl závisí od seba. Problém nastáva, keď počítač interaguje s žiarením, kozmickými lúčmi alebo magnetickým poľom..

Na ochranu počítačov pred „postupným“ bežným počítačovým procesom sa používajú rôzne metódy. Systémy D-Wave ochladzujú atómy na nulu, aby boli chránené pred vonkajšími vplyvmi. Kvantový procesor je umiestnený v ochranných schránkach, takže hotové zariadenie je veľmi objemné.

Pravdepodobnosť vytvorenia kvantového počítača

Qubit nemôže byť postavený z niekoľkých častíc a iba atómy môžu byť v požadovanom stave. V predvolenom nastavení sú tieto viacnásobné častice neusporiadané. Čínski a kanadskí vedci sa pokúsili použiť na vývoj počítača fotónové čipy, ale výskum nebol úspešný.

Existujúce typy kvantových počítačov:

• v polovodičových kremíkových kryštáloch;
• na elektrónoch v polovodičových kvantových bodkách;
• v mikrodutinách s jednoduchými dutinami;
• na lineárnych optických prvkoch;
• na iónoch v jednorozmernom kryštáli uväznenom v Pavlovi.

Kvantové výpočty zahŕňajú postupnosť operácií, ktoré sa vykonávajú s jedným alebo viacerými qubits, čo spôsobuje zmeny v celom systéme. Úlohou je vybrať zo všetkých svojich stavov ten správny, ktorý dáva výsledok výpočtov. Môže existovať čo najviac štátov, čo najbližšie k pravde.

Presnosť týchto výpočtov sa takmer vždy líši od jednoty..

Plnohodnotné kvantové PC si vyžaduje významný pokrok vo fyzike. Programovanie by sa malo líšiť od súčasného stavu. Kvantové počítačové zariadenia nebudú schopné vyriešiť problémy, ktoré presahujú možnosti bežných, ale urýchlia riešenia tých, s ktorými sa stretávajú..

Posledným prielomom bolo vytvorenie procesora Bristlecone spoločnosťou Google. Na jar roku 2018 spoločnosť vydala vyhlásenie o získaní 72-bitového procesora, ale jej pracovné princípy nepodporili. Predpokladá sa, že na dosiahnutie „kvantovej nadradenosti“, keď počítač začne prekračovať zvyčajné podmienky, bude potrebných 49 šarží. Google dosiahol podmienku, ale pravdepodobnosť chyby výpočtu (0,6%) zostala nad požadovanou hodnotou.

Kde sa dajú použiť kvantové počítače?

Moderná kryptografia je založená na skutočnosti, že nie je možné rýchlo rozložiť číslo na 40 – 50 znakov. Klasické počítače to budú trvať 1 až 2 miliardy rokov. Kvantové PC vykoná tieto matematické výpočty za 25 sekúnd. To znamená, že akýkoľvek šifrovací algoritmus môže byť okamžite prelomený..

Ďalšie aplikácie kvantových výpočtových zariadení:

• modelovanie chemickej reakcie;
• Umela inteligencia;
• vývoj nových liekov.

Moderné kvantové počítače nevedia ako.

Zariadenia sú schopné vykonávať jeden matematický algoritmus s obrovským výkonom..

Získavajú ich napríklad veľké spoločnosti, aby zhromažďovali štatistiky používateľov.