Kvantinio kompiuterio darbo koncepcija ir principas

Kvantinio kompiuterio tema pastaruoju metu tapo labai populiari, o kalbėjimas apie technologijos proveržį nesumažėja, bet ne taip seniai, tyrimų sėkmė kvantinių skaičiavimų srityje buvo kažkas iš daugelio grožinės literatūros. Nauji terminai įsiveržė į informacijos srautą ir dabar ne mažiau gerai nei dirbtinis intelektas ir mašinų mokymasis. Nors tyrimas buvo atliktas ne pirmajam dešimtmečiui, jis buvo ypač vaisingas dėl pokyčių, o turtingi renginiai buvo praėjusiais metais, kai IBM parodė pasauliui pirmąjį komercinį kvantinį kompiuterį, o „Google“ paskelbė apie kvantinio pranašumo pasiekimą.

Revoliucingi šiuolaikinės fizikos atradimai, kurie užtikrino naują skaičiavimo technologijų plėtros ratą, gali neperdedant pakeisti pasaulio ir suteikti žmonijai didžiulę naudą tinkamai naudodamas. Jei jus domina ši tema ir norite suprasti, kokie yra kvantiniai kompiuteriai, pagal kokį principą jie veikia ir kodėl jie iš viso reikalingi, tada šioje medžiagoje mes kalbėsime apie tai kuo aiškiau, nesigilindami į kvanto tyrimą Mechanika ir kvantinio pasaulio struktūra.

Kas yra kvantinis kompiuteris

Šiandien jau yra abejonių, ar yra kvantinis kompiuteris, nėra. Jei dar visai neseniai tai buvo tik mokslininkų fantazijos vaisius, dabar jis tapo visiškai apčiuopiamu objektu, ir mes galime pamatyti, kaip atrodo praktinis sistemos įgyvendinimas.

Jei kalbate paprasčiau, koks yra kvantinis kompiuteris, tai yra kompiuterinės technologijos priemonė, kuri savo darbe naudoja kvantinės mechanikos įstatymus. Mašina tam tikras užduotis atlieka efektyviau nei paprastas kompiuteris, kuris kaupia duomenis bitais.

KK naudoja kvantinius algoritmus, kurie naudoja tokius efektus kaip superpozicija ir kvantinė sumaištis. Skaičiavimams naudojami kubeliai (kvantinės dalelės), galintys būti dviem sąlygomis vienu metu. Tai yra, jei bitas priima vieną iš dviejų galimų verčių- 0 arba 1. Jam nereikia rūšiuoti derinių, kaip jis daro, įskaitant superkompiuterį, kvantinę sistemą. Atsakymas apskaičiuojamas pagal žaibo greitį. Šios galimybės atveria kelią išspręsti problemas, kurios šiandien yra neįmanomos arba reikalauja didelių laiko išlaidų.

Naujos kartos kompiuterių kūrimo istorija datuojama 1981 m., Kai jie pirmą kartą kalbėjo apie kvantinių sistemų naudojimą skaičiavimams. Tada jis vis dar buvo toli nuo fizinio įgyvendinimo, pirmasis KK darbo algoritmas pasirodė tik 1994 m., O pirmoji 2-kubinė mašina buvo sukurta 1998 m. Kalifornijos universitete Berkeley mieste. Dešimtmečius eksperimentinius mėginius sukūrė mokslininkų grupės iš skirtingų šalių, tačiau „IBM“ ir „Google“ pasiekė didžiausią sėkmę šioje srityje šioje srityje.

Pagrindinių kompanijų lenktynės įsibėgėja. 2020 m. Birželio mėn. „Honeywell“ gavo pranešimą, kad šiandien buvo sukurtas galingiausias kvantinis kompiuteris. Bendrovė teigia, kad sukurtas įrenginys yra dvigubai daugiau nei „IBM“ ir „Google Quantum Systems“, per kelias minutes sprendimo užduotis, kurioms paprastiems kompiuteriams reikės tūkstantmečių. „Honeywell Development“ yra įspūdingas, kai rekordinio našumo rodiklis yra 64 kvantiniai tomai. Sistemos šerdis yra krepšinio dydžio plieninė sfera, atšaldoma skysto helio būdu iki –262,7 ° C temperatūros. Jame yra jonų, susidariusių iš atomų.

Kodėl jums reikia kvantinio kompiuterio

Greitas didelių duomenų rinkinių apdorojimas naudojant naujas technologijas gali padėti išspręsti daugybę problemų ir paveikti įvairias sritis. Pvz., KC per kelias sekundes susidurs su skaičių skilimu, susidedančiu iš daugybės ženklų, nes paprasti veiksniai (pats procesas nėra sudėtingas, tačiau reikalauja didelių laiko išlaidų, būtent čia pagrįsta šiuolaikinė kriptografija) , taip pat išspręskite daugybę panašių problemų. Be to, technologija taip pat tinka modeliuoti sudėtingas situacijas, įskaitant elementų fizines savybes molekuliniame lygmenyje apskaičiuoti.

Pagrindinės kvantinių kompiuterių taikymo sritys:

• visuotinis optimizavimas;
• DNR molekulių modeliavimas;
• naujų medžiagų kūrimas;
• Narkotikų kūrimas;
• Mašinų mokymosi tobulinimas;
• Kriptografijos ir šifravimo užduotys (įskaitant įsilaužimo šifravimo algoritmus ir prieigą prie bet kokios informacijos).

Šiame etape kvantiniai kompiuteriai išsiskiria iš darbo sudėtingumo ir darbo nestabilumo, todėl iki šiol galima sukurti tik aukšto našumo sistemas, įkalintas už vieną algoritmą ir skirtą labai siauram užduočių ratui.

Kuo skiriasi kvantinis kompiuteris nuo įprasto

Nuo 30 metų nuo „kvantinių skaičiavimų“ koncepcijos moksliniai pokyčiai leido tokio tipo skaičiavimo sistemoms tapti realybe, nors ir neprieinamas paprastam vartotojui. Kvantiniai kompiuteriai yra pagrįsti unikaliu elgesiu, kuris iš esmės skiriasi nuo standartinių, pažįstamų mašinų, ir juos apibūdina kvantinė mechanika.

Įrenginiai per kelias sekundes gali išspręsti matematines problemas, kurių sprendimas įprastame kompiuteryje būtų ilgesnis milijardus metų. Anot „Google“, daugiau nei tris minutes „Sycamore Quantum“ aparatas baigė skaičiavimus, per kuriuos standartinis superkompiuteris būtų pakviestas 10 000 metų - tai garsus terminas „kvantinis pranašumas“.

Įprastas kompiuteris, su kuriuo yra pažįstamas kiekvienas šiuolaikinis asmuo, taip pat išmanusis telefonas, planšetinis kompiuteris ar nešiojamasis kompiuteris, informacija bitų, kurie priima 0 ar 1 vertę, ir jūs galite pateikti bet kokią informaciją, nesvarbu vienetai. Pagrindinis kvantinio kompiuterio skirtumas ir pranašumas naudojamame operaciniame bloke, vadinamame kubeliu (arba kvantiniu bitu). Kubitas gali būti netikrumo būsenoje, kitaip tariant, būti skirtingose ​​būsenose tuo pačiu metu, pagal analogiją su Schrödingerio katė (Superpozicijos reiškinys).

Kvantinis kompiuteris yra daug kartų greitesnis ir galingesnis nei įprasta, tuo tarpu jis netinka daugumai kasdienių užduočių, nes jo veikimo principas bus labai skirtingas.

Kaip yra ateities kompiuteris

Dabar išsamiau apsvarstykime, ką susideda iš aukštųjų tech sistemos. Kaip jau sužinojome, minimalus informacijos vienetas įprastame kompiuteryje yra šiek tiek, kuris užima 1 arba 0 vertę (įjungtas arba išjungtas), kvantiniame kompiuteryje - tai yra kubeliai, kurie gali paimti visas vertes. Tuo pačiu metu kvantinės dalelės priklauso nuo matavimo, o tai reiškia, kad nėra informacijos apie kubą iki jo matavimo momento, matavimo procesas taip pat turi įtakos kvantinio bitų vertei, kuri gali atrodyti keista, tačiau būtent taip yra atvejis.

Dėl šios kubelių savybės (tuo pat metu buvimas visomis sąlygomis), kol išmatuojama dalelė. Taigi, sprendimas yra žinomas kaip tik įvesti pradiniai duomenys, tai yra, superpozicija nustato skaičiavimų lygiagretumą, kuris kartais pagreitina algoritmų veikimą.

Kvantinio kompiuterio įtaisas apima:

• Kompiuterio valdymas;
• impulsų generatorius, turintis įtakos kubeliams;
• valstybės registras;
• CPU;
• „Cubet“ matavimo įtaisas.

Norėdami dirbti tarp atomų, pateikiamas kvantinis ryšys ir kuo daugiau ryšių su kubeliais sudaro, tuo mažiau sistemos stabilumas bus stabilumas. Kvantiniam pranašumui, palyginti su standartiniu kompiuteriu, reikės mažiausiai 49 kubelių, ir šiuo atveju sistemos stabilumas jau yra abejotinas. Kai sukuriama daugybė priklausomybių, bet kokia išorinė įtaka gali jas paveikti.

Dėl KC ryšių trapumo, kurį sudaro keli pagrindiniai lygiai, apima atomų aušinimą iki beveik absoliutaus nulio, kuris leidžia apsaugoti nuo išorinių procesų, dėl šios priežasties prietaisas, apsaugantis kvantinį procesorių, užima didelį tūrį. kosmoso.

KK veikimo principas

Įprasta kompiuterių, nešiojamųjų kompiuterių, išmaniųjų telefonų ar planšetinių kompiuterių schema, naudojant skaitmeninį principą, yra pagrįsta klasikinių algoritmų naudojimu, kuris radikaliai skiriasi nuo kvantinio kompiuterio veikimo principo. Taigi, įprastas kompiuteris parodys tą patį rezultatą, nepaisant to.

Kvantinis kompiuteris naudoja visiškai kitokį - tikimybinį veikimo principą. Tam tikra prasme sistemoje jau yra visi įmanomi sprendimai. Skaičiavimų rezultatas yra labiausiai tikėtinas atsakymas, o ne nedviprasmiškas, o kiekvienas paskesnis kvantinio algoritmo paleidimas, tikimybė gauti teisingą atsakymą auga, o tai reiškia, kad po 3-4 greito bėgimo galite būti tikri, kad mes priėjome prie teisingas sprendimas, pavyzdžiui, šifravimo raktas.

Kvantinėse sistemose, kurios savo darbe naudoja kubelius, padidėjus dalelių skaičiui, jis auga eksponentiškai, o vienu metu apdorotų verčių skaičius.

Kalbant apie tai, kaip veikia kvantinis kompiuteris, verta paminėti kubelių ryšį. Esant keliems kubeliams sistemoje, vienas pasikeitimas taip pat pakeis likusias daleles. Skaičiavimo galia pasiekiama lygiagrečiai skaičiavimais.

Nepaisant kelių milijonų -dolių investicijų, „Quantum Technologies“ vystosi gana lėtai. Taip yra dėl daugybės sunkumų, su kuriais mokslininkai turėjo susidurti tyrimo procese, įskaitant poreikį sukurti žemas sarkofagus su maksimalia fotoaparato izoliacija su procesoriumi iš bet kokių galimų išorinių įtakų, kad būtų išsaugotos sistemos kvantinės savybės. Be to, tyrėjai turi užduotį išspręsti klaidas, nes kvantiniai procesai ir skaičiavimai turi tikimybinį pobūdį ir negali būti šimtas procentų tiesa.

Stabilių sistemų statyba taip pat toli gražu nėra ideali, o fiziniame lygmenyje įgyvendinant kvantinį kompiuterį, naudojami keli sprendimai, naudojantys skirtingas technologijas. Taigi visapusiško universalaus kvantinio kompiuterio sukūrimas vis dar yra ateityje, nors ne taip, kaip atrodė prieš penkerius metus. Didžiausios kompanijos, tokios kaip „IBM“, „Google“, „Intel“, „Microsoft“, užsiima jos kūrimu, kurios labai prisidėjo kuriant technologijas, taip pat kai kurias valstybes, kurioms ši problema yra strategiškai svarbi.