kvantarvuti. Toimimispõhimõte

Sisu:

Sellised masinad on praegu lihtsalt vajalikud igas valdkonnas: meditsiin, lennundus, kosmoseuuringud. Praegu arendatakse kvantfüüsikal ja arvutustehnoloogiatel põhinevaid arvuteid. Sellise arvutusseadme põhitõed pole tavakasutajatele veel kättesaadavad ja neid aktsepteeritakse kui midagi arusaamatut. Lõppude lõpuks pole kõik tuttavad elementaarosakeste ja aatomite footoni omadustega. Et vähemalt natukenegi mõista, kuidas see arvuti töötab, peate teadma ja mõistma kvantmehaanika põhiprintsiipe. Enamasti töötatakse seda sidusat arvutit NASA jaoks välja.

Kvantarvuti: tööpõhimõte, millest see koosneb?

Tavaline masin teeb toiminguid klassikaliste bittide abil, mis võivad võtta väärtusi 0 või 1. Teisest küljest kasutab fotooniline arvutusmasin koherentseid bitte või kubitte. Nad võivad samaaegselt võtta väärtused 1 ja 0. Just see annab sellisele arvutustehnoloogiale nende suurepärase arvutusvõimsuse. Kubitidena saab kasutada mitut tüüpi loendavaid objekte. 

Kõikidel elektronidel on magnetväli, nad on tavaliselt nagu väikesed magnetid ja seda omadust nimetatakse spiniks. Kui need asetatakse magnetvälja, kohanduvad nad sellega samamoodi nagu kompassinõel. See on madalaima energiaga asend, nii et võime seda nimetada nulliks või madalaks spinniks. Kuid võite elektroni ümber suunata "ühe" olekusse või ülemisse spinni. Kuid see nõuab energiat. Kui eemaldate kompassilt klaasi, saate noole teises suunas suunata, kuid selleks on vaja jõudu. 

Seal on kaks asja: alumine ja ülemine spin, mis vastavad vastavalt klassikalisele 1-le ja 0-le. Kuid fakt on see, et fotoonilised objektid võivad olla korraga kahes asendis. Kui pöörlemist mõõdetakse, on see kas üles või alla. Kuid enne mõõtmist eksisteerib elektron nn kvantsuperpositsioonis, milles need koefitsiendid näitavad suhtelist tõenäosust elektron ühes või teises olekus leida. 

On üsna raske ette kujutada, kuidas see annab koherentsetele masinatele nende uskumatu arvutusvõimsuse, arvestamata kahe kubiidi koostoimet. Nüüd on nendel elektronidel neli võimalikku olekut. Kahe biti tüüpilises näites on vaja ainult kahte bitti teavet. Seega sisaldab kaks kubiti nelja tüüpi teavet. Niisiis, süsteemi asukoha teadmiseks peate teadma nelja numbrit. Ja kui teete kolm keerutust, saate kaheksa erinevat positsiooni ja tüüpilisel juhul läheb vaja kolme bitti. Selgub, et N qubitis sisalduva teabe hulk võrdub 2N tüüpilise bitiga. Eksponentfunktsioon ütleb, et kui näiteks on 300 kubitti, siis tuleb luua hullumeelsed superpositsioonid, kus kõik 300 kubitti ühendatakse. Siis selgub 2300 klassikalist bitti ja see on võrdne osakeste arvuga kogu universumis. See tähendab, et on vaja luua loogiline jada, mis võimaldab saada sellise arvutustulemuse, mida saab mõõta. See tähendab, et koosneb ainult standardtarvikutest. Selgub, et koherentne masin ei asenda tavalisi. Kiiremad on need ainult arvutustes, kus on võimalik kasutada kõiki olemasolevaid superpositsioone. Ja kui soovite lihtsalt vaadata kvaliteetset videot, vestelda Internetis või kirjutada tööalane artikkel, fotoonilineArvuti ei anna sulle prioriteete.

See video kirjeldab, kuidas kvantarvuti töötab. 

kvantarvuti. Mis see lihtsate sõnadega on?

Lihtsamalt öeldes ei ole koherentne süsteem loodud arvutamise kiiruse, vaid tulemuste saavutamiseks vajaliku koguse jaoks, mis toimub minimaalse ajaühikuga. 

Klassikalise arvuti töö põhineb teabe töötlemisel ränikiipide ja transistoride abil. Nad kasutavad kahendkoodi, mis omakorda koosneb ühtedest ja nullidest. Koherentne masin töötab superpositsiooni alusel. Bittide asemel kasutatakse kubitte. See võimaldab mitte ainult kiireid, vaid ka kõige täpsemaid arvutusi. 

Maailma võimsaim kvantarvuti

Milline saab olema kõige võimsam fotooniline andmetöötlussüsteem? Näiteks kui fotoonilisel arvutil on kolmekümne kubitine süsteem, on selle võimsus 10 triljonit arvutustoimingut sekundis. Praegu loeb kõige võimsam kahebitine arvuti miljard toimingut sekundis.

Suur hulk teadlasi erinevatest riikidest töötas välja plaani, mille järgi fotoonilise aparaadi mõõtmed oleksid lähedased jalgpalliväljaku mõõtmetele. Temast saab maailma võimsaim. See on omamoodi moodulite konstruktsioon, mis asetatakse vaakumisse. Iga mooduli sisemus on ioniseeritud elektriväljad. Nende abiga moodustuvad teatud ahela osad, mis teevad lihtsaid loogilisi toiminguid. Sellise fotoonilise arvutustehnika näidet arendatakse Inglismaal Sussexi ülikoolis. Hinnanguline maksumus on hetkel üle 130 miljoni dollari.

D-laine kvantarvuti

Kümme aastat tagasi tutvustas D-Wave maailma esimest koherentset arvutit, mis koosneb 16 kubitist. Iga kubit koosneb omakorda nioobiumikristallist, mis asetatakse induktiivpoolisse. Mähisele rakendatav elektrivool loob magnetvälja. Järgmisena muudab see qubiti omandiõigust. Sellise masina abil on lihtne teada saada, kuidas sünteetilised ravimid interakteeruvad verevalkudega.
Või on võimalik tuvastada haigus, näiteks vähk, varasemas staadiumis.