Kvantinis kompiuteris

Technologijų skaičiavimo galios didinimas yra vienas pagrindinių mokslininkų ir inžinierių uždavinių. Kvantinis kompiuteris gali tai išspręsti. Įrenginį kuria „Google“, IBM, „Intel“ ir kitos įmonės. Teoriškai kvantinis kompiuteris veiks 100 milijonų kartų greičiau nei įprastai.

Kas yra kvantinis kompiuteris?

Toks skaičiavimo įrenginys veikia ne su bitais, o su kvite. Dėl šios priežasties kvantinis kompiuteris gali vienu metu apdoroti visas galimas objekto būsenas. Tačiau praktiškai superkompiuteriai per minutę atlieka tą patį loginių operacijų skaičių..

Privalumai

Pagrindinis naujosios technologijos pranašumas yra kvantinis pranašumas. Tai kompiuterinių įrenginių galimybė išspręsti užduotis, neprieinamas galingiems superkompiuteriams. Ne visi mokslininkai palaiko idėją sukurti tokį kompiuterį. Pagrindinis argumentas prieš tai yra negalėjimas patikrinti gauto sprendimo teisingumo. Atliekant skaičiavimus, įrenginys gali padaryti klaidą sumaišydamas 0 ir 1, o problemos nustatyti nebus įmanoma.

Šiuo metu pagrindinė problema sukuriant kvantinį pranašumą yra kvitų stabilumas. Šiuos elementus reikia atidžiai tvarkyti: dėl atsitiktinio triukšmo ar vibracijos prarandami duomenys, kuriuos kompiuteris sugebėjo apskaičiuoti. Norint, kad įranga veiktų stabiliai, aplinkos temperatūra neturi būti didesnė kaip 20 mK.

Kaip veikia qubit?

Standartiniuose kompiuteriuose informacija vaizduojama dvejetainiu kodu. Duomenų saugojimo ir apdorojimo bitai gauna 0 arba 1 reikšmes. Tranzistoriai atlieka matematines operacijas, o ekrane pasirodo dvejetainio kodo konvertavimo rezultatas..

„Qubit“ yra informacijos, saugomos kvantiniame kompiuteryje, vienetas. Be 0 ir 1, jis gali būti neribotos ribinės būklės, vadinamos superpozicija. Norint gauti kvadratą, reikia paimti vieną atomą, jį pritvirtinti ir stabilizuoti, apsaugant nuo pašalinės radiacijos, surišti su kitu atomu.

Kuo daugiau tokių elementų yra sujungti, tuo stabilesnė sistema veikia. Norėdami pranokti klasikinį superkompiuterį, turite surišti daugiau nei 49 kvites. Tai padaryti yra labai sunku: atomai, nepaisant naudojamų medžiagų, visada yra nestabilūs.

Kvantinis skaičiavimas

Teorija sako, kad be sąveikos su kitomis dalelėmis, elektronas neturi vienareikšmių koordinačių atominėje orbitoje. Tik matuojant neapibrėžtumas išnyksta, o dalelės vieta tampa žinoma.

Tikimybinis pokyčių pobūdis leidžia naudoti kvantinį skaičiavimą nestruktūrizuotose duomenų bazėse..

Superpozicija ir nesupratimas

Kompiuterio veikimas pagrįstas dviem mechaniniais reiškiniais:

1. Sumišimas. Reiškinys, kai dviejų ar daugiau objektų būsena yra viena nuo kitos priklausomos. Pavyzdžiui, 2 fotonai, įsipainioję į būseną, sraigtasparnis bus neigiamas ir teigiamas. Ryšys išliks, jei erdvėje pašalinsite objektus vienas nuo kito.
2. Nuosekli superpozicija. Vienu metu paveiktų dalelių alternatyvios (viena kitą paneigiančios) sąlygos.

Dekoratyvumas

Tai procesas, kurio metu kvantinės sistemos būsena tampa nekontroliuojama. Dekrerencija atsiranda tada, kai daugelis kvbitų priklauso vienas nuo kito. Problema atsiranda, kai kompiuteris sąveikauja su radiacija, kosminiais spinduliais ar magnetiniu lauku..

Norint apsaugoti kompiuterius nuo „riedėjimo“ prie įprastų skaičiavimo procesų, naudojami įvairūs metodai. „D-Wave“ sistemos atomus atšaldo iki nulio, kad apsaugotų juos nuo išorės. Kvantinis procesorius dedamas į apsauginius apvalkalus, todėl gatavas prietaisas yra labai nepatogus.

Kvantinio kompiuterio sukūrimo tikimybė

Qubit negali būti pastatytas iš kelių dalelių, ir tik atomai gali būti reikiamos būklės. Pagal numatytuosius nustatymus šios kelios dalelės yra išskaidytos. Kinijos ir Kanados mokslininkai bandė panaudoti fotonų lustus kompiuteriui sukurti, tačiau tyrimai buvo nesėkmingi.

Esami kvantinių kompiuterių tipai:

• puslaidininkiniuose silicio kristaluose;
• ant elektronų puslaidininkių kvantiniuose taškuose;
• vieno atomo mikrovelenėse;
• ant linijinių optinių elementų;
• ant jonų vienmatiame kristale, įstrigusiame Pauliuje.

Kvantinis skaičiavimas apima operacijų seką, kuri atliekama su viena ar daugiau kvitų, o tai sukelia visos sistemos pokyčius. Užduotis yra iš visų jo būsenų pasirinkti teisingą, kuris pateiktų skaičiavimų rezultatą. Gali būti kuo daugiau valstybių, kuo arčiau tikrųjų.

Šių skaičiavimų tikslumas beveik visada skiriasi nuo vieningumo..

Norint sukurti visavertį kvantinį kompiuterį, reikia didelių pažangų fizikoje. Programavimas turėtų skirtis nuo dabartinio. Kvantinio skaičiavimo įrenginiai negalės išspręsti problemų, kurios nepatenka į paprastų, bet paspartins tų, su kuriomis jie susiduria, sprendimus..

Paskutinis proveržis buvo „Google“ sukurtas „Bristlecone“ procesorius. 2018 metų pavasarį įmonė išleido pareiškimą apie 72 kbitų procesoriaus įsigijimą, tačiau jos darbo principai nepatvirtino. Manoma, kad norint pasiekti „kvantinį pranašumą“, kai kompiuteris pradės viršyti įprastą, reikės 49 kvitų. „Google“ įvykdė šią sąlygą, tačiau skaičiavimo paklaidos tikimybė (0,6%) išliko didesnė nei reikalaujama.

Kur gali būti naudojami kvantiniai kompiuteriai?

Šiuolaikinė kriptografija pagrįsta tuo, kad neįmanoma greitai suskaidyti skaičiaus į 40-50 ženklų. Klasikiniams kompiuteriams tai padaryti prireiks 1–2 milijardų metų. Kvantinis kompiuteris atliks šiuos matematikos skaičiavimus per 25 sekundes. Tai reiškia, kad bet kurį šifravimo algoritmą galima akimirksniu nulaužti..

Kiti kvantinio skaičiavimo prietaisų pritaikymai:

• cheminių reakcijų modeliavimas;
• Dirbtinis intelektas;
• naujų vaistų kūrimas.

Šiuolaikiniai kvantiniai kompiuteriai nežino kaip.

Įrenginiai gali atlikti vieną matematinį algoritmą su nepaprastai dideliu našumu..

Juos įsigyja didelės įmonės, pavyzdžiui, vartotojų statistikai rinkti.