ordinateur quantique. Principe d’opération

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De telles machines sont tout simplement nécessaires maintenant dans n’importe quel domaine: médecine, aviation, exploration spatiale. Développe actuellement des ordinateurs basés sur la physique quantique et les technologies informatiques. Les bases d’un tel appareil informatique ne sont pas encore disponibles pour les utilisateurs ordinaires et sont acceptées comme quelque chose d’incompréhensible. Après tout, tout le monde ne connaît pas les propriétés photoniques des particules élémentaires et des atomes. Pour comprendre au moins un peu le fonctionnement de cet ordinateur, il faut connaître et comprendre les principes élémentaires de la mécanique quantique. Pour l’essentiel, cet ordinateur cohérent est développé pour la NASA.

Ordinateur quantique: principe de fonctionnement, de quoi est-il fait ?

Une machine ordinaire effectue des opérations à l’aide de bits classiques, qui peuvent prendre les valeurs 0 ou 1. En revanche, une machine à calcul photonique utilise des bits cohérents ou qubits. Ils peuvent prendre les valeurs 1 et 0 en même temps. C’est ce qui confère à ces technologies informatiques leur puissance de calcul supérieure. Il existe plusieurs types d’objets énumératifs qui peuvent être utilisés comme qubits. 

Tous les électrons ont un champ magnétique, ils sont généralement comme de petits aimants et cette propriété est appelée spin. S’ils sont placés dans un champ magnétique, ils s’y ajusteront de la même manière que l’aiguille d’une boussole. C’est la position d’énergie la plus basse, nous pouvons donc l’appeler zéro ou faible spin. Mais vous pouvez rediriger l’électron vers l’état "un" ou vers le spin supérieur. Mais cela demande de l’énergie. Si vous retirez le verre de la boussole, vous pouvez rediriger la flèche dans une direction différente, mais cela nécessite de la force. 

Il y a deux appartenances: le spin inférieur et le spin supérieur, qui correspondent respectivement aux 1 et 0 classiques. Mais le fait est que les objets photoniques peuvent être dans deux positions en même temps. Lorsque le spin est mesuré, il sera soit vers le haut, soit vers le bas. Mais avant la mesure, l’électron existera dans la soi-disant superposition quantique, dans laquelle ces coefficients indiquent la probabilité relative de trouver l’électron dans un état ou un autre. 

Il est assez difficile d’imaginer comment cela donne aux machines cohérentes leur incroyable puissance de calcul sans tenir compte de l’interaction de deux qubits. Il existe maintenant quatre états possibles de ces électrons. Dans un exemple typique de deux bits, seuls deux bits d’information sont nécessaires. Ainsi, deux qubits contiennent quatre types d’informations. Donc, vous devez connaître quatre chiffres pour connaître la position du système. Et si vous faites trois tours, vous obtenez huit positions différentes, et dans un cas typique, trois bits seront nécessaires. Il s’avère que la quantité d’informations contenues dans N qubits est égale à 2N bits typiques. La fonction exponentielle dit que si, par exemple, il y a 300 qubits, alors vous devez créer des superpositions follement complexes, où les 300 qubits seront connectés. Ensuite, il s’avère 2300 bits classiques, ce qui équivaut au nombre de particules dans l’univers entier. Cela implique, qu’il faut créer une séquence logique qui permettra d’obtenir un tel résultat de calculs mesurable. C’est-à-dire composé uniquement d’accessoires standard. Il s’avère qu’une machine cohérente ne remplace pas les machines conventionnelles. Ils ne sont plus rapides que dans les calculs où il est possible d’utiliser toutes les superpositions disponibles. Et si vous voulez simplement regarder une vidéo de haute qualité, discuter sur Internet ou écrire un article pour le travail, la photoniqueL’ordinateur ne vous donnera aucune priorité.

Cette vidéo décrit le fonctionnement d’un ordinateur quantique. 

ordinateur quantique. Qu’est-ce que c’est en termes simples ?

En termes simples, le système cohérent n’est pas conçu pour la vitesse de calcul, mais pour la quantité requise pour obtenir des résultats, qui se produiront dans l’unité de temps minimale. 

Le travail d’un ordinateur classique est basé sur le traitement de l’information à l’aide de puces en silicium et de transistors. Ils utilisent un code binaire, qui à son tour se compose de uns et de zéros. La machine cohérente fonctionne par superposition. Au lieu de bits, des qubits sont utilisés. Cela permet non seulement des calculs rapides, mais aussi les plus précis. 

L’ordinateur quantique le plus puissant au monde

Quel sera le système informatique photonique le plus puissant? Par exemple, si un ordinateur photonique a un système de trente qubits, sa puissance sera de 10 billions d’opérations de calcul par seconde. Actuellement, l’ordinateur 2 bits le plus puissant compte un milliard d’opérations par seconde.

Un grand groupe de scientifiques de différents pays a élaboré un plan selon lequel les dimensions de l’appareil photonique seraient proches des dimensions d’un terrain de football. Il sera le plus puissant du monde. Ce sera une sorte de construction de modules, qui est placé dans le vide. L’intérieur de chaque module est ionisé par des champs électriques. C’est avec leur aide que certaines parties du circuit seront formées qui effectueront des actions logiques simples. Un exemple d’une telle technique de calcul photonique est en cours de développement à l’Université de Sussex en Angleterre. Le coût estimé à l’heure actuelle est supérieur à 130 millions de dollars.

Ordinateur quantique D-Wave

Il y a dix ans, D-Wave a présenté le premier ordinateur cohérent au monde, composé de 16 qubits. Chaque qubit est à son tour constitué d’un cristal de niobium qui est placé dans une inductance. Le courant électrique qui est appliqué à la bobine crée un champ magnétique. Ensuite, cela change la propriété du qubit. Avec l’aide d’une telle machine, il est facile de découvrir comment les drogues synthétiques interagissent avec les protéines sanguines.
Ou il sera possible d’identifier une maladie comme le cancer à un stade plus précoce.