komputer kwantowy. Zasada działania
Zawartość:
Takie maszyny są teraz po prostu niezbędne w każdej dziedzinie: medycynie, lotnictwie, eksploracji kosmosu. Obecnie rozwija komputery oparte na fizyce kwantowej i technologiach obliczeniowych. Podstawy takiego urządzenia komputerowego nie są jeszcze dostępne dla zwykłych użytkowników i są akceptowane jako coś niezrozumiałego. W końcu nie wszyscy znają fotonowe właściwości cząstek elementarnych i atomów. Aby choć trochę zrozumieć, jak działa ten komputer, musisz znać i rozumieć podstawowe zasady mechaniki kwantowej. W większości ten spójny komputer jest opracowywany dla NASA.
Komputer kwantowy: zasada działania, z czego jest zbudowany?
Zwykła maszyna wykonuje operacje z wykorzystaniem klasycznych bitów, które mogą przyjmować wartości 0 lub 1. Z kolei fotoniczna maszyna obliczeniowa wykorzystuje bity koherentne lub kubity. Mogą jednocześnie przyjmować wartości 1 i 0. To właśnie daje takiej technologii komputerowej ich doskonałą moc obliczeniową. Istnieje kilka typów obiektów wyliczeniowych, których można używać jako kubitów.
Wszystkie elektrony mają pole magnetyczne, zwykle są jak małe magnesy i ta właściwość nazywa się spinem. Jeśli zostaną umieszczone w polu magnetycznym, dostosują się do niego w taki sam sposób, jak igła kompasu. Jest to pozycja o najniższej energii, więc możemy ją nazwać zerowym lub niskim spinem. Ale możesz przekierować elektron do stanu „jeden" lub do górnego spinu. Ale to wymaga energii. Jeśli usuniesz szkło z kompasu, możesz przekierować strzałkę w innym kierunku, ale wymaga to użycia siły.
Istnieją dwie przynależności: dolny i górny spin, które odpowiadają odpowiednio klasycznemu 1 i 0. Ale faktem jest, że obiekty fotoniczne mogą znajdować się w dwóch pozycjach jednocześnie. Kiedy mierzony jest obrót, będzie on albo w górę, albo w dół. Ale przed pomiarem elektron będzie istniał w tak zwanej superpozycji kwantowej, w której te współczynniki wskazują względne prawdopodobieństwo znalezienia elektronu w takim czy innym stanie.
Trudno sobie wyobrazić, w jaki sposób daje to koherentnym maszynom ich niesamowitą moc obliczeniową bez uwzględnienia interakcji dwóch kubitów. Teraz są cztery możliwe stany tych elektronów. W typowym przykładzie dwóch bitów potrzebne są tylko dwa bity informacji. Tak więc dwa kubity zawierają cztery rodzaje informacji. Musisz więc znać cztery liczby, aby znać położenie systemu. A jeśli wykonasz trzy obroty, otrzymasz osiem różnych pozycji, aw typowym przypadku potrzebne będą trzy bity. Okazuje się, że ilość informacji zawartych w N kubitach jest równa 2N typowym bitom. Funkcja wykładnicza mówi, że jeśli na przykład kubitów jest 300, to trzeba stworzyć szalenie złożone superpozycje, w których wszystkie 300 kubitów będzie połączonych. Wtedy okazuje się, że 2300 klasycznych bitów jest równe liczbie cząstek w całym wszechświecie. to oznacza, że wymagane jest stworzenie ciągu logicznego, który umożliwi otrzymanie takiego wyniku obliczeń, który da się zmierzyć. Oznacza to, że składa się tylko ze standardowych akcesoriów. Okazuje się, że spójna maszyna nie zastąpi konwencjonalnych. Są szybsze tylko w obliczeniach, w których możliwe jest wykorzystanie wszystkich dostępnych superpozycji. A jeśli chcesz po prostu obejrzeć wysokiej jakości wideo, porozmawiać w Internecie lub napisać artykuł do pracy, fotonikaKomputer nie nada ci żadnych priorytetów.
Ten film opisuje, jak działa komputer kwantowy.
komputer kwantowy. Co to jest w prostych słowach?
Mówiąc prościej, spójny system nie jest zaprojektowany z myślą o szybkości obliczeń, ale o wymaganej ilości do osiągnięcia wyników, które nastąpią w minimalnej jednostce czasu.
Praca klasycznego komputera opiera się na przetwarzaniu informacji za pomocą krzemowych układów scalonych i tranzystorów. Używają kodu binarnego, który z kolei składa się z jedynek i zer. Spójna maszyna działa na zasadzie superpozycji. Zamiast bitów używane są kubity. Pozwala to nie tylko na szybkie, ale i najdokładniejsze obliczenia.
Najpotężniejszy komputer kwantowy na świecie
Jaki będzie najpotężniejszy fotoniczny system obliczeniowy? Na przykład, jeśli komputer fotoniczny ma system trzydziestokubitowy, to jego moc wyniesie 10 bilionów operacji obliczeniowych na sekundę. Obecnie najpotężniejszy dwubitowy komputer liczy miliard operacji na sekundę.
Duża grupa naukowców z różnych krajów opracowała plan, według którego wymiary aparatu fotonicznego byłyby zbliżone do wymiarów boiska piłkarskiego. Będzie najpotężniejszy na świecie. Będzie to swego rodzaju konstrukcja modułowa, którą umieszcza się w próżni. Wnętrze każdego modułu to zjonizowane pole elektryczne. To z ich pomocą powstaną pewne części obwodu, które będą wykonywać proste logiczne działania. Przykład takiej fotonicznej techniki obliczeniowej jest opracowywany na Uniwersytecie w Sussex w Anglii. Szacunkowy koszt w tej chwili to ponad 130 milionów dolarów.
Komputer kwantowy D-Wave
Dziesięć lat temu firma D-Wave przedstawiła pierwszy na świecie spójny komputer, który składa się z 16 kubitów. Każdy kubit z kolei składa się z kryształu niobu, który jest umieszczony w cewce indukcyjnej. Prąd elektryczny, który jest przyłożony do cewki, wytwarza pole magnetyczne. Następnie zmienia właściciela, w którym znajduje się qubit. Za pomocą takiej maszyny łatwo jest dowiedzieć się, w jaki sposób syntetyczne leki wchodzą w interakcje z białkami krwi.
Lub możliwe będzie zidentyfikowanie choroby, takiej jak rak, na wcześniejszym etapie.