Koncept i načelo rada kvantnog računala

Tema kvantnog računala nedavno je postala vrlo popularna, a razgovor o proboju u tehnologiji ne odustaje, ali ne tako davno, uspjeh istraživanja u području kvantnih proračuna bio je nešto iz brojnih fikcija. Novi izrazi provalili su u tok informacija i sada ne manje dobro od umjetne inteligencije i strojnog učenja. Iako je istraživanje provedeno za prvo desetljeće, bilo je posebno plodonosno u pogledu razvoja, a bogat za događaje bilo je prošle godine, kada je IBM pokazao svijetu prvo komercijalno kvantno računalo, a Google je najavio postizanje kvantne superiornosti.

Revolucionarna otkrića u modernoj fizici, koja su osigurala novi krug razvoja računalnih tehnologija, bez pretjerivanja mogu promijeniti svijet i donijeti čovječanstvu ogromne koristi od pravilne uporabe. Ako vas zanima ova tema i želite shvatiti što su kvantna računala, kojim principom rade i zašto su uopće potrebni, tada ćemo u ovom materijalu o tome razgovarati što je jasnije, bez uranjanja u proučavanje Quantuma Mehanika i struktura kvantnog svijeta.

Što je kvantno računalo

Danas već postoji sumnja postoji li kvantno računalo, nema. Ako je donedavno bio samo plod fantazije znanstvenika, sada je postao potpuno opipljiv objekt i možemo vidjeti kako izgleda praktična implementacija sustava.

Ako govorite jednostavnim uvjetima, što je kvantno računalo, onda je to sredstvo računalne tehnologije koji u svom radu koristi zakone kvantne mehanike. Stroj izvršava određene zadatke učinkovitije od jednostavnog računala koje pohranjuju podatke u bitove.

KK koristi kvantne algoritme koji koriste efekte poput superpozicije i kvantne zbrke. Za izračune se koriste kocke (kvantne čestice), koje mogu biti u dva uvjeta odjednom. To jest, ako bit prihvati jednu od dvije moguće vrijednosti- 0 ili 1, tada je kocka istovremeno i 0 i 1, što omogućava KC-u obradu podataka i obavljanje matematičkih zadataka tisuće puta brže nego inače. Ne treba riješiti kombinacije, kao što to čini, uključujući superračunalo, kvantni sustav. Odgovor se izračunava brzinom munje. Ove mogućnosti otvaraju put za rješavanje problema koji su danas nemogući ili zahtijevaju velike vremenske troškove.

Povijest stvaranja računala nove generacije datira još iz Daleke 1981. godine, kada su prvi put razgovarali o korištenju kvantnih sustava za proračune. Tada je još uvijek bio daleko od fizičke implementacije, prvi radni algoritam za KK pojavio se tek 1994. godine, a prvi 2-kubički stroj stvoren je 1998. na Sveučilištu u Berkeleyu u Berkeleyu. Desetljećima su eksperimentalne uzorke stvorile skupine znanstvenika iz različitih zemalja, ali IBM i Google postigli su najveće uspjehe u ovom polju.

Utrka vodećih tvrtki je u punom jeku. U lipnju 2020. Honeywell je primio poruku da je danas stvoreno najmoćnije kvantno računalo. Tvrtka tvrdi da je stvoreni uređaj dvostruko više od IBM -a i Google Quantum Systems, u nekoliko minuta rješavanja zadataka za koje bi obična računala trebala tisućljeća. Razvoj Honeywell -a impresivan je s indikatorom za rekordno performanse od 64 kvantnih volumena. Jezgra sustava je čelična sfera veličine košarke, hlađene pomoću tekućeg helija do temperature od -262,7 ° C. Sadrži zamke iona formiranih iz atoma, zaustavljaju kretanje pod utjecajem niskih temperatura i kontroliraju ih laserski impulsi.

Zašto vam treba kvantno računalo

Brza obrada velikih nizova podataka pomoću novih tehnologija može pomoći u rješavanju mnogih problema i utjecati na razna područja. Na primjer, KC će se u samo nekoliko sekundi nositi s razgradnjom brojeva koji se sastoje od velikog broja znakova, za jednostavne čimbenike (sam proces nije kompliciran, ali zahtijeva velike vremenske troškove, ovdje se temelji moderna kriptografija) i također riješiti niz sličnih problema. Pored toga, tehnologija je također prikladna za modeliranje teških situacija, uključujući izračunavanje fizičkih svojstava elemenata na molekularnoj razini.

Glavna područja primjene kvantnih računala:

• Globalna optimizacija;
• Modeliranje molekula DNK;
• stvaranje novih materijala;
• stvaranje droga;
• poboljšanje strojnog učenja;
• Zadaci kriptografije i šifriranja (uključujući hakiranje algoritama šifriranja i pristupanje bilo kojim informacijama).

U ovoj se fazi kvantna računala razlikuju po složenosti proizvodnje i nestabilnosti rada, tako je do sada moguće razviti samo sustave visokih performansi, zatvorenih za jedan algoritam i dizajniran za vrlo uski krug zadataka.

Koja je razlika između kvantnog računala od redovnog

Već 30 godina od koncepta „kvantnih proračuna“, znanstveni razvoj omogućio je računalnim sustavima ove vrste da postanu stvarnost, iako nepristupačni običnom korisniku. Kvantna računala temelje se na jedinstvenom ponašanju, koje se u osnovi razlikuje od rada standardnih, poznatih strojeva za nas, a opisuje ih kvantna mehanika.

Uređaji su sposobni riješiti matematičke probleme u nekoliko sekundi, čiji bi rješenje na uobičajenom računalu čeznulo milijarde godina. Prema Googleu, Sycamore Quantum Machine više od tri minute završio je izračune preko kojih bi standardni superračunalo imalo korpus 10 000 godina - to se naziva glasni izraz "kvantna superiornost".

Uobičajeno računalo s kojim je svaka moderna osoba poznata, kao i pametni telefon, tablet ili laptop, informacije u bitovima koji prihvaćaju vrijednost 0 ili 1, i možete predstaviti bilo koje podatke, bilo da su to tekst ili slika, biti predmeti i biti predmeti i biti predmeti, jedinice. Temeljna razlika i prednost kvantnog računala u korištenoj radnoj jedinici, nazvanoj kockom (ili kvantnom bitu). Cubit može biti u stanju neizvjesnosti, drugim riječima, biti u različitim državama u isto vrijeme, analogno s mačkom Schrödingera (fenomen superpozicije).

Kvantno računalo je mnogo puta brže i moćnije nego inače, dok nije prikladno za većinu svakodnevnih zadataka, jer će njegov princip rada biti vrlo različit.

Kako je računalo budućnosti

Sada razmotrimo detaljnije od čega se sastoji. Kao što smo već saznali, minimalna jedinica informacija na uobičajenom računalu pomalo je koja uzima vrijednost 1 ili 0 (uključeno ili isključeno), u kvantnom računalu - to su kocke koje mogu uzimati sve vrijednosti. U isto vrijeme, kvantne čestice ovise o mjerenju, što znači nedostatak informacija o kocki do trenutka njegovog mjerenja, postupak mjerenja također utječe na vrijednost kvantnog bita, što se može činiti čudnim, ali to je točno slučaj.

Zahvaljujući ovom svojstvu kockica (istodobni boravak u svim uvjetima), sve dok se čestica nije izmjerena, računalo odmah prevladava vjerojatne mogućnosti rješenja zbog dostupne veze između kockica. Dakle, odluka je poznata čim su uneseni početni podaci, to jest, superpozicija određuje paralelnost proračuna, koji ponekad ubrzavaju funkcioniranje algoritama.

Uređaj kvantnog računala uključuje:

• Upravljanje računalom;
• Generator pulsa koji utječe na kocke;
• Državni registar;
• CPU;
• Uređaj za mjerenje kobeta.

Za rad između atoma, osigurana je kvantna veza i što više kravate kocke formiraju, to će biti manja stabilnost sustava. Za kvantnu superiornost nad standardnim računalom, trebat će najmanje 49 kockica, a u ovom slučaju stabilnost sustava je već u pitanju. Kada se stvore brojne ovisnosti, bilo koji vanjski utjecaji mogu utjecati na njih.

Zbog krhkosti KC odnosa, koji se sastoje od nekoliko glavnih razina, uključuje hlađenje atoma do gotovo apsolutne nule, što vam omogućuje zaštitu od vanjskih procesa, iz tog razloga uređaj sa zaštitom kvantnog procesora zauzima veliku volumen svemirski.

Načelo rada KK

Uobičajena shema rada računala, prijenosnih računala, pametnih telefona ili tableta pomoću digitalnog principa temelji se na upotrebi klasičnih algoritama, koji se radikalno razlikuje od principa rada kvantnog računala. Dakle, redovito računalo će pokazati isti rezultat, bez obzira na to koliko puta za pokretanje izračuna, opcije se izračunavaju uzastopno.

Kvantno računalo koristi potpuno drugačiji - vjerojatni princip rada. U određenom smislu, sustav već sadrži sva moguća rješenja. Rezultat izračuna je najvjerojatniji odgovor, a ne nedvosmislen, dok svako sljedeće pokretanje kvantnog algoritma raste vjerojatnost dobivanja točnog odgovora, što znači da nakon 3-4 brzog trčanja možete biti sigurni da smo došli do Prava odluka, na primjer, ključ za šifriranje.

U kvantnim sustavima koji koriste kocke u svom radu, s povećanjem broja čestica, eksponencijalno raste i broj obrađenih vrijednosti istovremeno.

Govoreći o tome kako funkcionira kvantno računalo, vrijedno je spomenuti vezu kockica. U prisutnosti nekoliko kockica u sustavu, promjena u jednoj će također podrazumijevati promjenu u ostalim česticama. Računalna snaga postiže se paralelnim proračunima.

Unatoč višemilijunskim ulaganjima, kvantne tehnologije razvijaju se prilično sporo. To je zbog velikog broja poteškoća s kojima su se znanstvenici morali susresti u procesu istraživanja, uključujući potrebu za izgradnjom sarkofaga s niskim temperaturama s maksimalnom izolacijom kamere s procesorom iz bilo kakvih mogućih vanjskih utjecaja za očuvanje kvantnih svojstava sustava sustava. Osim toga, istraživači imaju zadatak rješavanja pogrešaka, budući da kvantni procesi i proračuni imaju vjerojatnu prirodu i ne mogu biti sto posto istinite.

Konstrukcija stabilnih sustava također je daleko od ideala, a pri implementaciji kvantnog računala na fizičkoj razini koristi se nekoliko rješenja koji koriste različite tehnologije. Dakle, stvaranje potpuno prepunog univerzalnog kvantnog računala je još uvijek u budućnosti, iako ne toliko koliko se činilo prije pet godina. Najveće tvrtke poput IBM -a, Googlea, Intel -a, Microsofta sudjeluju u njegovom stvaranju, koje su dale veliki doprinos razvoju tehnologije, kao i nekim državama za koje je ovo pitanje od strateške važnosti.