computador quântico. Princípio da Operação

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Essas máquinas são simplesmente necessárias agora em qualquer campo: medicina, aviação, exploração espacial. Atualmente desenvolvendo computadores baseados em física quântica e tecnologias de computação. Os fundamentos de tal dispositivo de computação ainda não estão disponíveis para usuários comuns e são aceitos como algo incompreensível. Afinal, nem todo mundo está familiarizado com as propriedades dos fótons de partículas e átomos elementares. Para entender pelo menos um pouco como esse computador funciona, você precisa conhecer e entender os princípios elementares da mecânica quântica. Na maior parte, esse computador coerente está sendo desenvolvido para a NASA.

Computador quântico: princípio de funcionamento, do que é feito?

Uma máquina comum realiza operações usando bits clássicos, que podem assumir os valores 0 ou 1. Por outro lado, uma máquina de computação fotônica usa bits coerentes ou qubits. Eles podem assumir os valores 1 e 0 ao mesmo tempo. É isso que dá a essa tecnologia de computação seu poder de computação superior. Existem vários tipos de objetos enumerativos que podem ser usados ​​como qubits. 

Todos os elétrons possuem um campo magnético, geralmente são como pequenos ímãs e essa propriedade é chamada de spin. Se forem colocados em um campo magnético, eles se ajustarão a ele da mesma forma que a agulha de uma bússola. Esta é a posição de energia mais baixa, então podemos chamá-la de zero ou rotação baixa. Mas você pode redirecionar o elétron para o estado "um" ou para o spin superior. Mas isso requer energia. Se você remover o vidro da bússola, poderá redirecionar a seta em uma direção diferente, mas isso requer força. 

Existem dois pertencimentos: spin inferior e superior, que correspondem ao clássico 1 e 0, respectivamente. Mas o fato é que objetos fotônicos podem estar em duas posições ao mesmo tempo. Quando a rotação é medida, ela será para cima ou para baixo. Mas antes da medição, o elétron existirá na chamada superposição quântica, na qual esses coeficientes indicam a probabilidade relativa de encontrar o elétron em um estado ou outro. 

É bastante difícil imaginar como isso dá às máquinas coerentes seu incrível poder computacional sem considerar a interação de dois qubits. Agora, existem quatro estados possíveis desses elétrons. Em um exemplo típico de dois bits, apenas dois bits de informação são necessários. Portanto, dois qubits contêm quatro tipos de informação. Então, você precisa saber quatro números para saber a posição do sistema. E se você fizer três giros, obterá oito posições diferentes e, em um caso típico, serão necessários três bits. Acontece que a quantidade de informação contida em N qubits é igual a 2N bits típicos. A função exponencial diz que, se, por exemplo, houver 300 qubits, você terá que criar superposições loucamente complexas, onde todos os 300 qubits serão conectados. Acontece que 2300 bits clássicos são iguais ao número de partículas em todo o universo. Isso implica, que é necessário criar uma sequência lógica que permita obter tal resultado de cálculos que podem ser medidos. Ou seja, consistindo apenas em acessórios padrão. Acontece que uma máquina coerente não substitui as convencionais. Eles são mais rápidos apenas em cálculos onde é possível usar todas as superposições disponíveis. E se você quiser apenas assistir a um vídeo de alta qualidade, bater um papo na Internet ou escrever um artigo de trabalho, fotônicoO computador não lhe dará nenhuma prioridade.

Este vídeo descreve como um computador quântico funciona. 

computador quântico. O que é isso em palavras simples?

Em palavras simples, o sistema coerente não é projetado para a velocidade do cálculo, mas para a quantidade necessária para atingir os resultados, que ocorrerão na unidade mínima de tempo. 

O trabalho de um computador clássico é baseado no processamento de informações usando chips de silício e transistores. Eles usam um código binário, que por sua vez consiste em uns e zeros. A máquina coerente funciona com base na superposição. Em vez de bits, qubits são usados. Isso permite não apenas cálculos rápidos, mas também os mais precisos. 

O computador quântico mais poderoso do mundo

Qual será o sistema de computação fotônica mais poderoso? Por exemplo, se um computador fotônico tiver um sistema de trinta qubits, sua potência será de 10 trilhões de operações computacionais por segundo. Atualmente, o computador de dois bits mais poderoso conta um bilhão de operações por segundo.

Um grande grupo de cientistas de diferentes países desenvolveu um plano segundo o qual as dimensões do aparato fotônico seriam próximas às dimensões de um campo de futebol. Ele será o mais poderoso do mundo. Será uma espécie de construção de módulos, que é colocada no vácuo. O interior de cada módulo é campos elétricos ionizados. É com a ajuda deles que serão formadas certas partes do circuito que realizarão ações lógicas simples. Um exemplo dessa técnica de computação fotônica está sendo desenvolvido na Universidade de Sussex, na Inglaterra. O custo estimado no momento é de mais de 130 milhões de dólares.

Computador quântico D-Wave

Dez anos atrás, a D-Wave introduziu o primeiro computador coerente do mundo, que consiste em 16 qubits. Cada qubit, por sua vez, consiste em um cristal de nióbio que é colocado em um indutor. A corrente elétrica que é aplicada à bobina cria um campo magnético. Em seguida, ele altera a propriedade em que o qubit está. Com a ajuda dessa máquina, é fácil descobrir como as drogas sintéticas interagem com as proteínas do sangue.
Ou será possível identificar uma doença como o câncer em um estágio anterior.