A kvantumszámítógép munkájának koncepciója és elve

A kvantumszámítógép témája a közelmúltban nagyon népszerűvé vált, és a technológiai áttörésről való beszélgetés nem csökken, de nem olyan régen, a kvantumszámítások területén végzett kutatás sikere számos fikcióból származik. Az új kifejezések információs folyamra bontottak, és most nem kevésbé, mint a mesterséges intelligencia és a gépi tanulás. Noha a kutatást nem az első évtizedre végezték, a fejlemények szempontjából különösen eredményes volt, és az események gazdagsága tavaly volt, amikor az IBM megmutatta a világnak az első kereskedelmi kvantumszámítógépet, és a Google bejelentette a kvantum fölényének elérését.

Forradalmi felfedezések a modern fizikában, amely a számítástechnikák új fejlesztésének új fordulóját biztosította, hogy túlzás nélkül megváltoztathatja a világot, és óriási előnyökkel járhat az emberiség számára megfelelő felhasználással. Ha érdekli ez a téma, és meg akarja érteni, hogy milyen kvantumszámítógépek vannak, milyen elven dolgoznak, és miért van szükségük rájuk, akkor ebben az anyagban a lehető legtisztábban beszélünk, anélkül, hogy belemerülnénk a kvantum tanulmányozásába mechanika és a kvantumvilág szerkezete.

Mi az a kvantumszámítógép

Ma már van kétség, hogy van -e kvantumszámítógép, nincs. Ha a közelmúltig csak a tudósok fantáziájának gyümölcse volt, akkor most már teljesen kézzelfogható tárgy lett, és láthatjuk, hogy néz ki a rendszer gyakorlati megvalósítása.

Ha egyszerűen beszél, akkor mi a kvantumszámítógép, akkor ez a számítógépes technológia eszköze, amely a kvantummechanika törvényeit használja munkájában. A gép bizonyos feladatokat hatékonyabban hajt végre, mint egy egyszerű számítógép, amely bitben tárolja az adatokat.

A KK olyan kvantum algoritmusokat használ, amelyek olyan hatásokat használnak, mint a szuperpozíció és a kvantum zavar. Számításokhoz kockákat (kvantumrészecskéket) használnak, amelyek egyszerre két körülmények között képesek. Vagyis ha a BIT elfogadja a két lehetséges érték egyikét- 0 vagy 1, akkor a kocka egyszerre 0 és 1, amely lehetővé teszi a KC számára az adatok feldolgozását és a matematikai feladatok elvégzését több ezerszer a szokásosnál gyorsabban. Nem kell rendeznie a kombinációkat, ahogy ő, beleértve a szuperszámítógépet, a kvantumrendszert. A választ villámsebességgel számítják ki. Ezek a lehetőségek megnyitják az utat a ma lehetetlen problémák megoldásához, vagy nagy időköltségeket igényelnek.

Az új generációs számítógépek létrehozásának története 1981 -ben nyúlik vissza, amikor először beszélték a kvantumrendszerek számításokhoz való használatáról. Aztán még mindig messze volt a fizikai megvalósítástól, a KK első működési algoritmusa csak 1994-ben jelent meg, és az első 2 köbmétergépet 1998-ban hozták létre a Berkeley-i Kaliforniai Egyetemen. Az évtizedek óta kísérleti mintákat hoztak létre a különböző országok tudóscsoportjai, de az IBM és a Google elérte a legnagyobb sikert ezen a területen.

A vezető vállalatok versenye teljes lendületben van. 2020 júniusában Honeywell üzenetet kapott, hogy a mai napig a legerősebb kvantumszámítógépet hozták létre. A vállalat azt állítja, hogy a létrehozott eszköz kétszer annyi, mint az IBM és a Google Quantum Systems, percek alatt a megoldási feladatok, amelyekhez a szokásos számítógépeknek évezredekre van szükségük. A Honeywell Development lenyűgöző, 64 kvantummennyiség rekordjelzőjével. A rendszer magja egy kosárlabda méretű acélgömb, folyékony héliummal hűtve -262,7 ° C hőmérsékleten. Az atomokból képződött ionok csapdáit tartalmazza, leállítják a mozgást alacsony hőmérsékletek hatására, és azokat lézerimpulzusokkal szabályozzák.

Miért van szüksége kvantumszámítógépre

A nagy adatgyűjtők gyors feldolgozása új technológiákkal segíthet sok probléma megoldásában, és számos területet befolyásolhat. Például, a KC csak néhány másodperc alatt megbirkózik a számok bomlásával, amely nagy számú jelből áll, az egyszerű tényezők számára (maga a folyamat nem bonyolult, de nagy időköltségeket igényel, itt a modern kriptográfia alapja) , és számos hasonló problémát is megold. Ezenkívül a technológia a nehéz helyzetek modellezésére is alkalmas, ideértve az elemek molekuláris szintű fizikai tulajdonságainak kiszámítását is.

A kvantumszámítógépek alkalmazásának fő területei:

• Globális optimalizálás;
• DNS -molekulák modellezése;
• új anyagok létrehozása;
• drogok létrehozása;
• A gépi tanulás javítása;
• A kriptográfia és a titkosítás feladatai (beleértve a titkosítási algoritmusok feltörését és bármilyen információhoz való hozzáférést).

Ebben a szakaszban a kvantumszámítógépeket megkülönbözteti a gyártás és a munka instabilitásának összetettsége, így eddig csak nagy teljesítményű rendszerek fejlesztése, egyetlen algoritmusra bebörtönözve, és egy nagyon keskeny feladat körére tervezték.

Mi a különbség a szokásos kvantumszámítógép között

30 évig a „kvantumszámítás” fogalma óta, a tudományos fejlemények lehetővé tették az ilyen típusú számítástechnikai rendszerek valósággá válását, bár a hétköznapi felhasználók számára hozzáférhetetlenek. A kvantumszámítógépek egyedi viselkedésen alapulnak, amely alapvetően különbözik a számunkra a szabványos, ismerős gépek munkájától, és a kvantummechanika írja le.

Az eszközök másodpercek alatt képesek a matematikai problémák megoldására, amelynek megoldása egy szokásos számítógépen milliárd évig vágyott volna. A Google szerint a Sycamore Quantum Machine több mint három percig befejezte a számításokat, amelyek felett a szokásos szuperszámítógép 10 000 évet holtos lett volna - ezt hangos kifejezésnek nevezzük "kvantum fölény" -nek.

A szokásos számítógép, amellyel minden modern ember ismeri, valamint egy okostelefon, táblagép vagy laptop, olyan információk, amelyek elfogadják a 0 vagy 1 értéket, és bármilyen információt bemutathat, akár szöveg, akár kép, légy tételek és egységek. Az alkalmazott operációs egységben lévő kvantumszámítógép alapvető különbsége és előnye, úgynevezett kocka (vagy kvantumbit). A Cubit a bizonytalanság állapotában lehet, vagyis a Schrödinger macskájával (szuperpozíciós jelenség) analóg módon lehet ugyanakkor különböző államokban lenni.

A kvantumszámítógép sokszor gyorsabb és erősebb, mint általában, míg a legtöbb mindennapi feladathoz nem alkalmas, mivel a működési elve nagyon eltérő lesz.

Hogy van a jövő számítógépe

Most vegye figyelembe részletesebben, miből áll a magas tech rendszer. Mint már rájöttünk, a szokásos számítógépen lévő minimális információegység egy kicsit, amely 1 vagy 0 értéket vesz igénybe (be- vagy kikapcsol), kvantumszámítógépen - ezek a kockák, amelyek minden értéket átvesznek. Ugyanakkor a kvantumrészecskék a méréstől függnek, ami azt jelenti, hogy a kocka hiánya a mérés pillanatáig a mérési folyamat befolyásolja a kvantumbit értékét is, ami furcsának tűnhet, de pontosan ez a helyzet.

A kockák ennek a tulajdonságnak köszönhetően (minden körülmények között egyidejűleg tartózkodás), amíg a részecskéket meg nem mutatták, a számítógép azonnal legyőzi a valószínű megoldási lehetőségeket, mivel a kockák között rendelkezésre állnak. Így a döntés a kezdeti adatok bevezetésekor ismert, vagyis a szuperpozíció meghatározza a számítások párhuzamosságát, amely időnként felgyorsítja az algoritmusok működését.

A kvantumszámítógép eszköze tartalmazza:

• Számítógép kezelése;
• a kockákat érintő impulzusgenerátor;
• Állami nyilvántartás;
• CPU;
• Kubet mérőberendezés.

Az atomok közötti munkához kvantumkapcsolat áll rendelkezésre, és minél több kötőjelet köt a kockák, annál kevésbé lesz a rendszer stabilitása. A standard számítógéphez képest kvantum fölényhez legalább 49 kockát igényel, és ebben az esetben a rendszer stabilitása már kérdéses. Számos függőség létrehozásakor bármilyen külső befolyás befolyásolhatja őket.

A KC kapcsolatok törékenysége miatt, amely több fő szintből áll, magában foglalja az atomok hűvösségét szinte abszolút nullára, amely lehetővé teszi a külső folyamatok védelmét, ezért a kvantumprocesszor védelmével rendelkező eszköz nagy hangerőt foglal el űr.

A KK működésének elve

A számítógépek, a laptopok, az okostelefonok vagy a táblagépek digitális alapelve munkájának szokásos sémája a klasszikus algoritmusok használatán alapul, amely radikálisan különbözik a kvantumszámítógép működésének elvétől. Tehát egy normál számítógép ugyanazt az eredményt mutatja, függetlenül attól, hogy hányszor futtatja a számítás futtatását, az opciókat egymás után számítják ki.

A kvantumszámítógép teljesen más - valószínűségi működési elvet használ. Bizonyos értelemben a rendszer már tartalmazza az összes lehetséges megoldást. A számítások eredménye a legvalószínűbb válasz, és nem egyértelmű, míg a kvantum algoritmus minden későbbi bevezetése, a helyes válasz megszerzésének valószínűsége növekszik, ami azt jelenti, hogy a 3-4 gyors futás után biztos lehet benne, hogy a Helyes döntés, például a titkosítási kulcs.

Azokban a kvantumrendszerekben, amelyek munkájukban kockákat használnak, a részecskék számának növekedésével, exponenciálisan növekszik, és az egyidejűleg feldolgozott értékek száma.

Beszélve a kvantumszámítógép működéséről, érdemes megemlíteni a kockák kapcsolatát. Több kockák jelenlétében a rendszerben a változás a többi részecske megváltoztatását is magában foglalja. A számítási teljesítményt párhuzamos számításokkal érik el.

A többmillió -dolláris beruházások ellenére a kvantum technológiák meglehetősen lassan fejlődnek. Ennek oka számos olyan nehézség, amellyel a tudósoknak a kutatási folyamatban kellett találkozniuk, ideértve az alacsony hőmérsékletű szarkofágok felépítésének szükségességét a kamera maximális szigetelésével a processzorral a lehetséges külső hatásoktól a rendszer kvantum tulajdonságainak megőrzése érdekében. Ezenkívül a kutatók feladata a hibák megoldása, mivel a kvantumfolyamatok és a számítások valószínűségi jellegűek, és nem lehetnek száz százalék igazak.

A stabil rendszerek felépítése szintén messze van az ideáltól, és ha fizikai szinten egy kvantumszámítógépet alkalmaznak, több megoldást használnak különböző technológiákkal. Tehát a teljes körű univerzális kvantumszámítógép létrehozása még a jövőben van, bár nem olyan messze, mint öt évvel ezelőtt. A legnagyobb vállalatok, mint például az IBM, a Google, az Intel, a Microsoft, részt vesznek a létrehozásában, amelyek nagyban hozzájárultak a technológia fejlődéséhez, valamint néhány olyan államhoz, amelyekre ez a kérdés stratégiai jelentőséggel bír.