kvanttitietokone. Toimintaperiaate

Sisältö:

Tällaiset koneet ovat nyt yksinkertaisesti välttämättömiä millä tahansa alalla: lääketieteessä, ilmailussa, avaruustutkimuksessa. Parhaillaan kehitetään kvanttifysiikkaan ja laskentateknologioihin perustuvia tietokoneita. Tällaisen laskentalaitteen perusteet eivät ole vielä tavallisten käyttäjien saatavilla, ja ne hyväksytään joksikin käsittämättömäksi. Loppujen lopuksi kaikki eivät tunne alkuainehiukkasten ja atomien fotoniominaisuuksia. Ymmärtääksesi ainakin vähän, kuinka tämä tietokone toimii, sinun on tiedettävä ja ymmärrettävä kvanttimekaniikan perusperiaatteet. Suurimmaksi osaksi tätä yhtenäistä tietokonetta kehitetään NASA:lle.

Kvanttitietokone: toimintaperiaate, mistä se on tehty?

Tavallinen kone suorittaa operaatioita klassisilla biteillä, jotka voivat saada arvot 0 tai 1. Toisaalta fotoninen laskentakone käyttää koherentteja bittejä tai kubitteja. Ne voivat ottaa arvot 1 ja 0 samanaikaisesti. Tämä antaa tällaiselle laskentatekniikalle ylivoimaisen laskentatehon. On olemassa useita erilaisia ​​numeratiivisia objekteja, joita voidaan käyttää qubitteinä. 

Kaikilla elektroneilla on magneettikenttä, ne ovat yleensä kuin pieniä magneetteja ja tätä ominaisuutta kutsutaan spiniksi. Jos ne asetetaan magneettikenttään, ne sopeutuvat siihen samalla tavalla kuin kompassin neula. Tämä on alhaisin energia-asento, joten voimme kutsua sitä nollaksi tai matalaksi spiniksi. Mutta voit ohjata elektronin "yksi"-tilaan tai ylempään spiniin. Mutta tämä vaatii energiaa. Jos poistat lasin kompassista, voit ohjata nuolen toiseen suuntaan, mutta tämä vaatii voimaa. 

Siellä on kaksi omaisuutta: alempi ja ylempi spin, jotka vastaavat klassista 1:tä ja 0:aa. Mutta tosiasia on, että fotoniset esineet voivat olla kahdessa asennossa samanaikaisesti. Kun spin on mitattu, se on joko ylös tai alas. Mutta ennen mittausta elektroni on ns. kvanttisuperpositiossa, jossa nämä kertoimet osoittavat suhteellisen todennäköisyyden löytää elektroni jossakin tilassa. 

On melko vaikea kuvitella, kuinka tämä antaa koherenteille koneille niiden uskomattoman laskentatehon ottamatta huomioon kahden kubitin vuorovaikutusta. Nyt näillä elektronilla on neljä mahdollista tilaa. Tyypillisessä kahden bitin esimerkissä tarvitaan vain kaksi bittiä tietoa. Joten kaksi qubittiä sisältää neljänlaista tietoa. Joten sinun on tiedettävä neljä numeroa tietääksesi järjestelmän sijainnin. Ja jos otat kolme pyöräytystä, saat kahdeksan eri paikkaa, ja tyypillisessä tapauksessa tarvitaan kolme bittiä. Osoittautuu, että N qubitin sisältämän tiedon määrä on yhtä suuri kuin 2N tyypillistä bittiä. Eksponentiaalinen funktio sanoo, että jos esimerkiksi kubitteja on 300, niin pitää luoda hullun monimutkaisia ​​superpositioita, joissa kaikki 300 kubittiä yhdistetään. Sitten tulee 2300 klassista bittiä, ja tämä on yhtä suuri kuin hiukkasten lukumäärä koko universumissa. Tämä tarkoittaa, että on luotava looginen sekvenssi, jonka avulla on mahdollista saada sellainen laskelmien tulos, joka voidaan mitata. Eli koostuu vain vakiovarusteista. Osoittautuu, että koherentti kone ei korvaa perinteisiä koneita. Ne ovat nopeampia vain laskelmissa, joissa on mahdollista käyttää kaikkia saatavilla olevia superpositioita. Ja jos haluat vain katsella korkealaatuista videota, keskustella Internetissä tai kirjoittaa artikkelin työstä, fotoniikkaTietokone ei anna sinulle prioriteetteja.

Tämä video kuvaa kuinka kvanttitietokone toimii. 

kvanttitietokone. Mitä se on yksinkertaisilla sanoilla?

Yksinkertaisesti sanottuna koherenttia järjestelmää ei ole suunniteltu laskentanopeuteen, vaan tulosten saavuttamiseen vaadittavalle määrälle, joka tapahtuu vähimmäisaikayksikössä. 

Klassisen tietokoneen työ perustuu tiedon käsittelyyn piisirujen ja transistoreiden avulla. He käyttävät binaarikoodia, joka puolestaan ​​koostuu ykkösistä ja nollista. Koherentti kone toimii superpositiolla. Bittien sijasta käytetään kubitteja. Tämä mahdollistaa paitsi nopeat, myös tarkimmat laskelmat. 

Maailman tehokkain kvanttitietokone

Mikä on tehokkain fotoninen laskentajärjestelmä? Esimerkiksi, jos fotonisessa tietokoneessa on 30 kubitin järjestelmä, sen teho on 10 biljoonaa laskentaoperaatiota sekunnissa. Tällä hetkellä tehokkain kaksibittinen tietokone laskee miljardi toimintoa sekunnissa.

Suuri joukko tutkijoita eri maista kehitti suunnitelman, jonka mukaan fotonilaitteen mitat olisivat lähellä jalkapallokentän mittoja. Hän tulee olemaan maailman mahtavin. Se on eräänlainen moduulien rakentaminen, joka sijoitetaan tyhjiöön. Jokaisen moduulin sisällä on ionisoituja sähkökenttiä. Heidän avullaan muodostetaan tietyt piirin osat, jotka suorittavat yksinkertaisia ​​loogisia toimia. Esimerkki tällaisesta fotonisesta laskentatekniikasta on kehitteillä Sussexin yliopistossa Englannissa. Kustannusarvio tällä hetkellä on yli 130 miljoonaa dollaria.

D-Wave kvanttitietokone

Kymmenen vuotta sitten D-Wave esitteli maailman ensimmäisen koherentin tietokoneen, joka koostuu 16 kubitista. Jokainen kubitti vuorostaan ​​koostuu niobikiteestä, joka on sijoitettu kelaan. Kelaan kohdistettu sähkövirta luo magneettikentän. Seuraavaksi se muuttaa qubitin omistajuutta. Tällaisen koneen avulla on helppo selvittää, kuinka synteettiset huumeet ovat vuorovaikutuksessa veren proteiinien kanssa.
Tai on mahdollista tunnistaa sairaus, kuten syöpä, aikaisemmassa vaiheessa.