computer quantistico. Principio di funzionamento

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Tali macchine sono semplicemente necessarie ora in qualsiasi campo: medicina, aviazione, esplorazione spaziale. Attualmente sviluppa computer basati sulla fisica quantistica e sulle tecnologie informatiche. Le basi di un tale dispositivo informatico non sono ancora disponibili per gli utenti ordinari e sono accettate come qualcosa di incomprensibile. Dopotutto, non tutti hanno familiarità con le proprietà dei fotoni delle particelle elementari e degli atomi. Per capire almeno un po’ come funziona questo computer, è necessario conoscere e comprendere i principi elementari della meccanica quantistica. Per la maggior parte, questo computer coerente è stato sviluppato per la NASA.

Computer quantistico: principio di funzionamento, di cosa è fatto?

Una macchina ordinaria esegue operazioni utilizzando bit classici, che possono assumere i valori 0 o 1. Una macchina informatica fotonica, invece, utilizza bit coerenti o qubit. Possono assumere contemporaneamente i valori 1 e 0. Questo è ciò che conferisce a tale tecnologia informatica la loro potenza di calcolo superiore. Esistono diversi tipi di oggetti enumerativi che possono essere utilizzati come qubit. 

Tutti gli elettroni hanno un campo magnetico, di solito sono come piccoli magneti e questa proprietà è chiamata spin. Se vengono posizionati in un campo magnetico, si adatteranno ad esso allo stesso modo dell’ago di una bussola. Questa è la posizione di energia più bassa, quindi possiamo chiamarla rotazione zero o bassa. Ma puoi reindirizzare l’elettrone allo stato "uno" o allo spin superiore. Ma questo richiede energia. Se rimuovi il vetro dalla bussola, puoi reindirizzare la freccia in una direzione diversa, ma questo richiede forza. 

Ci sono due appartenenze: spin inferiore e superiore, che corrispondono rispettivamente ai classici 1 e 0. Ma il fatto è che gli oggetti fotonici possono trovarsi in due posizioni contemporaneamente. Quando lo spin viene misurato, sarà verso l’alto o verso il basso. Ma prima della misurazione, l’elettrone esisterà nella cosiddetta sovrapposizione quantistica, in cui questi coefficienti indicano la probabilità relativa di trovare l’elettrone in uno stato o in un altro. 

È piuttosto difficile immaginare come questo dia alle macchine coerenti la loro incredibile potenza computazionale senza considerare l’interazione di due qubit. Ora ci sono quattro possibili stati di questi elettroni. In un tipico esempio di due bit, sono necessari solo due bit di informazioni. Quindi due qubit contengono quattro tipi di informazioni. Quindi, devi conoscere quattro numeri per conoscere la posizione del sistema. E se fai tre giri, ottieni otto posizioni diverse e, in un caso tipico, saranno necessari tre bit. Si scopre che la quantità di informazioni contenute in N qubit è pari a 2N bit tipici. La funzione esponenziale dice che se, ad esempio, ci sono 300 qubit, allora devi creare sovrapposizioni pazzesche, in cui tutti i 300 qubit saranno collegati. Quindi risultano 2300 bit classici, e questo è uguale al numero di particelle nell’intero universo. Ciò implica, che è necessario creare una sequenza logica che consenta di ottenere un tale risultato di calcoli misurabili. Cioè, costituito solo da accessori standard. Si scopre che una macchina coerente non sostituisce quelle convenzionali. Sono più veloci solo nei calcoli in cui è possibile utilizzare tutte le sovrapposizioni disponibili. E se vuoi solo guardare un video di alta qualità, chattare su Internet o scrivere un articolo per lavoro, fotonicoIl computer non ti darà alcuna priorità.

Questo video descrive come funziona un computer quantistico. 

computer quantistico. Cos’è in parole semplici?

In parole semplici, il sistema coerente non è progettato per la velocità di calcolo, ma per l’importo richiesto per ottenere risultati, che si verificheranno nell’unità di tempo minima. 

Il lavoro di un computer classico si basa sull’elaborazione delle informazioni utilizzando chip e transistor di silicio. Usano un codice binario, che a sua volta è composto da uno e zero. La macchina coerente funziona sulla base della sovrapposizione. Invece dei bit, vengono utilizzati i qubit. Ciò consente non solo calcoli veloci, ma anche i più accurati. 

Il computer quantistico più potente del mondo

Quale sarà il più potente sistema di calcolo fotonico? Ad esempio, se un computer fotonico ha un sistema a trenta qubit, la sua potenza sarà di 10 trilioni di operazioni computazionali al secondo. Attualmente, il più potente computer a due bit conta un miliardo di operazioni al secondo.

Un folto gruppo di scienziati di diversi paesi ha sviluppato un piano secondo il quale le dimensioni dell’apparato fotonico sarebbero vicine alle dimensioni di un campo di calcio. Sarà il più potente del mondo. Sarà una sorta di costruzione di moduli, che viene posta nel vuoto. L’interno di ciascun modulo è costituito da campi elettrici ionizzati. È con il loro aiuto che si formeranno alcune parti del circuito che eseguiranno semplici azioni logiche. Un esempio di tale tecnica di calcolo fotonico è in fase di sviluppo presso l’Università del Sussex in Inghilterra. Il costo stimato al momento è di oltre 130 milioni di dollari.

Computer quantistico D-Wave

Dieci anni fa, D-Wave ha introdotto il primo computer coerente al mondo, composto da 16 qubit. Ogni qubit a sua volta è costituito da un cristallo di niobio che è posto in un induttore. La corrente elettrica applicata alla bobina crea un campo magnetico. Successivamente, cambia la proprietà in cui si trova il qubit. Con l’aiuto di una tale macchina, è facile scoprire come le droghe sintetiche interagiscono con le proteine ​​​​del sangue.
Oppure sarà possibile identificare una malattia come il cancro in una fase precedente.