Kvantum számítógép

A cikk tartalma



A technológia számítási teljesítményének növelése a tudósok és a mérnökök egyik fő feladata. Egy kvantumszámítógép képes megoldani. Az eszközt a Google, az IBM, az Intel és más vállalatok fejlesztették ki. Elméletileg egy kvantum PC 100 millió alkalommal gyorsabban fog működni, mint általában.

Mi a kvantumszámítógép?

CPU

Egy ilyen számítástechnikai eszköz nem bitekkel, hanem kvitekkel működik. Emiatt egy kvantum PC képes egy objektum összes lehetséges állapotának egyidejű feldolgozására. A gyakorlatban azonban a szuperszámítógépek ugyanannyi logikai műveletet hajtanak végre percenként..

Előnyök

Prototípus

Az új technológia fő előnye a kvantum fölény. Ez a számítástechnikai eszközök képessége olyan nagy teljesítményű szuperszámítógépek számára hozzáférhetetlen feladatok megoldására. Nem minden tudós támogatja egy ilyen számítógép létrehozásának ötletét. A fő érv ezzel szemben a kapott megoldás helyességének igazolásának lehetetlensége. A számítások során az eszköz hibát követhet el 0 és 1 összekeverésével, és a probléma nem lesz azonosítható.

Jelenleg a kvantum fölény kialakításának fő problémája a kvitek stabilitása. Ezek az elemek gondos kezelést igényelnek: a véletlen zaj vagy rezgés olyan adatok elvesztéséhez vezet, amelyeket a számítógép képes kiszámítani. A berendezés stabil működéséhez a környezeti hőmérséklet nem haladhatja meg a 20 mK-ot.

Hogyan működik a qubit?

Bit és qubit

A szokásos számítógépekben az információt bináris kód képviseli. Az adatok tárolására és feldolgozására szolgáló bitek értéke 0 vagy 1. A tranzisztorok matematikai műveleteket hajtanak végre, és a bináris kód konvertálás eredménye megjelenik a képernyőn.

A Qubit egy információtároló egység kvantumszámítógépen. A 0 és az 1 mellett meghatározatlan határállapotban is lehet, amelyet superpozíciónak hívnak. Egy qubit eléréséhez el kell vennie egy atomot, rögzítenie és stabilizálnia kell, megóvva az idegen sugárzástól, és összekapcsolva egy másik atommal.

Minél több ilyen elem van összekapcsolva, annál stabilabb a rendszer. Ahhoz, hogy meghaladja a klasszikus szuperszámítógépet, 49-nél több kvitet kell kötnie. Ezt nagyon nehéz megtenni: az atomok, függetlenül a felhasznált anyagokatól, mindig instabilok.

Kvantumszámítás

Számítási példa

Az elmélet szerint más részecskékkel való kölcsönhatás nélkül az elektronnak nincs egyértelmű koordinátája az atomi pályán. Csak a mérés során tűnik el a bizonytalanság, és megtudja a részecske elhelyezkedését.

A változások valószínűsége lehetővé teszi a kvantumszámítás használatát a nem strukturált adatbázisok keresésére..

Szuperpozíció és elmosódás

A számítógépes működés két mechanikus jelenségre épül:

  1. belekeveredés. Olyan jelenség, amelyben kettő vagy több objektum állapota kölcsönösen függ. Például 2 összefonódott fotonban a helikitás negatív és pozitív lesz. A kapcsolat akkor is megmarad, ha objektumokat távolít el egymástól az űrben.
  2. Koherens szuperpozíció. Az alternatív (kölcsönösen kizáró) feltételek egyidejű hatása a részecskére.

dekoherencia

Ez egy olyan folyamat, amelyben a kvantumrendszer állapota ellenőrizhetetlenné válik. Dekherencia akkor fordul elő, amikor sok kvita függ egymástól. A probléma akkor fordul elő, amikor a számítógép kölcsönhatásba lép sugárzással, kozmikus sugarakkal vagy mágneses mezővel..

Különböző módszereket alkalmaznak a számítógépek védelmére a „gördüléstől” a szokásos számítási folyamatokig. A D-Wave Systems az atomokat nullára hűti, hogy megvédje őket a külső behatásoktól. A kvantumprocesszort védőhéjakba helyezik, így a kész eszköz nagyon terjedelmes.

A kvantum-PC létrehozásának valószínűsége

Összehasonlítás a klasszikusával

Egy kvbit nem építhető több részecskéből, és csak atomok lehetnek a kívánt állapotban. Alapértelmezés szerint ezek a több részecske nem rendeződnek. Kínai és kanadai tudósok megkíséreltek foton chipeket használni egy számítógép kifejlesztésére, ám a kutatás sikertelen volt.

Meglévő kvantum PC-k típusai:

  • félvezető szilícium kristályokban;
  • az elektronokon félvezető kvantumpontokban;
  • együregű üregekben;
  • lineáris optikai elemeken;
  • ionokon egy egydimenziós kristályban, Pálba csapdába esve.

A kvantumszámítás olyan műveletek sorozatát foglalja magában, amelyeket egy vagy több kvittal hajtanak végre, ami változásokat okoz az egész rendszerben. A feladat az, hogy minden állama közül megválasztja a megfelelőt, amely megadja a számítás eredményét. Annyi állam lehet, amennyire csak lehetséges, az valósághoz lehető legközelebb.

E számítások pontossága szinte mindig különbözik az egységtől..

A teremtés története

A teljes értékű kvantum-PC jelentős előrelépést igényel a fizikában. A programozásnak különböznie kell a jelenleg meglévőktől. A kvantumszámítástechnikai eszközök nem képesek megoldani a rendes eszközökön túlmutató problémákat, hanem felgyorsítják azoknak a megoldásait, amelyekkel megbirkóznak..

A legújabb áttörés a Bristlecone processzor létrehozása volt a Google által. 2018 tavaszán a társaság nyilatkozatot adott ki egy 72 kvbitos processzor megszerzéséről, de működési alapelvei nem támogatták. Úgy gondolják, hogy a “kvantum fölény” eléréséhez, amikor egy számítógép meghaladja a szokásos értéket, 49 kvb lesz szükség. A Google teljesítette a feltételt, de a számítási hiba valószínűsége (0,6%) meghaladta az előírtt.

Hol használhatók kvantumszámítógépek?

Készülék és funkciók

A modern kriptográfia azon a tényen alapszik, hogy lehetetlen egy számot gyorsan felbontani 40-50 karakterre. A klasszikus számítógépek 1-2 milliárd év alatt telnek el ehhez. A kvantum PC 25 másodpercen belül elvégzi ezeket a matematikai számításokat. Ez azt jelenti, hogy bármilyen titkosítási algoritmus azonnal feltörhető..

A kvantumszámító eszközök egyéb alkalmazásai:

  • kémiai reakció modellezése;
  • Mesterséges intelligencia;
  • új gyógyszerfejlesztés.

A modern kvantum PC-k nem tudják, hogyan.

Az eszközök képesek egy hatalmas teljesítményű matematikai algoritmust végrehajtani..

Ezeket például nagyvállalatok vásárolják meg felhasználói statisztikák gyűjtésére.

Értékeld a cikket
( Még nincs értékelés )
Ossza meg barátaival
Ajánlások és tanácsok az élet bármely területén

A "Megjegyzés elküldése" gombra kattintva hozzájárulok a személyes adatok feldolgozásához és elfogadom az adatvédelmi irányelveket