Quantencomputer. Arbeitsprinzip

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Solche Maschinen sind jetzt in jedem Bereich einfach notwendig: Medizin, Luftfahrt, Weltraumforschung. Derzeit Entwicklung von Computern basierend auf Quantenphysik und Computertechnologien. Die Grundlagen eines solchen Computergeräts sind normalen Benutzern noch nicht zugänglich und werden als etwas Unverständliches akzeptiert. Schließlich kennt nicht jeder die Photoneneigenschaften von Elementarteilchen und Atomen. Um zumindest ein wenig zu verstehen, wie dieser Computer funktioniert, müssen Sie die elementaren Prinzipien der Quantenmechanik kennen und verstehen. Dieser kohärente Computer wird größtenteils für die NASA entwickelt.

Quantencomputer: Funktionsprinzip, woraus besteht er?

Eine gewöhnliche Maschine führt Operationen mit klassischen Bits aus, die die Werte 0 oder 1 annehmen können. Eine photonische Rechenmaschine hingegen verwendet kohärente Bits oder Qubits. Sie können gleichzeitig die Werte 1 und 0 annehmen. Dies verleiht dieser Computertechnologie ihre überlegene Rechenleistung. Es gibt mehrere Arten von Aufzählungsobjekten, die als Qubits verwendet werden können. 

Alle Elektronen haben ein Magnetfeld, sie sind normalerweise wie kleine Magnete und diese Eigenschaft wird Spin genannt. Wenn sie in ein Magnetfeld gebracht werden, passen sie sich diesem ähnlich an wie eine Kompassnadel. Dies ist die Position mit der niedrigsten Energie, daher können wir sie Null oder niedrigen Spin nennen. Aber Sie können das Elektron in den "Eins"-Zustand oder in den oberen Spin umleiten. Aber das braucht Energie. Wenn Sie das Glas vom Kompass entfernen, können Sie den Pfeil in eine andere Richtung umlenken, aber dies erfordert Kraft. 

Es gibt zwei Zugehörigkeiten: unterer und oberer Spin, die jeweils der klassischen 1 und 0 entsprechen. Tatsache ist jedoch, dass photonische Objekte gleichzeitig an zwei Positionen sein können. Wenn der Spin gemessen wird, ist er entweder oben oder unten. Aber vor der Messung existiert das Elektron in der sogenannten Quantenüberlagerung, in der diese Koeffizienten die relative Wahrscheinlichkeit angeben, das Elektron in dem einen oder anderen Zustand zu finden. 

Es ist ziemlich schwer vorstellbar, wie dies kohärenten Maschinen ihre unglaubliche Rechenleistung verleiht, ohne das Zusammenspiel zweier Qubits zu berücksichtigen. Nun gibt es vier mögliche Zustände dieser Elektronen. In einem typischen Beispiel mit zwei Bits werden nur zwei Informationsbits benötigt. Zwei Qubits enthalten also vier Arten von Informationen. Sie müssen also vier Zahlen kennen, um die Position des Systems zu kennen. Und wenn Sie drei Drehungen machen, erhalten Sie acht verschiedene Positionen, und in einem typischen Fall werden drei Bits benötigt. Es stellt sich heraus, dass die in N Qubits enthaltene Informationsmenge gleich 2N typischen Bits ist. Die Exponentialfunktion sagt, wenn es zum Beispiel 300 Qubits gibt, dann muss man wahnsinnig komplexe Überlagerungen erzeugen, bei denen alle 300 Qubits verbunden werden. Dann ergeben sich 2300 klassische Bits, und das entspricht der Anzahl der Teilchen im gesamten Universum. Dies impliziert, dass es erforderlich ist, eine logische Folge zu schaffen, die es ermöglicht, ein solches Ergebnis messbarer Berechnungen zu erhalten. Das heißt, bestehend nur aus Standardzubehör. Es stellt sich heraus, dass eine kohärente Maschine kein Ersatz für herkömmliche ist. Sie sind nur bei Berechnungen schneller, bei denen es möglich ist, alle verfügbaren Überlagerungen zu verwenden. Und wenn Sie nur ein hochwertiges Video ansehen, im Internet chatten oder einen Artikel für die Arbeit schreiben möchten, photonicDer Computer gibt Ihnen keine Prioritäten.

Dieses Video beschreibt, wie ein Quantencomputer funktioniert. 

Quantencomputer. Was ist das in einfachen Worten?

Mit einfachen Worten, das kohärente System ist nicht auf die Geschwindigkeit der Berechnung ausgelegt, sondern auf die erforderliche Menge, um Ergebnisse zu erzielen, die in einer minimalen Zeiteinheit auftreten. 

Die Arbeit eines klassischen Computers basiert auf der Verarbeitung von Informationen mit Hilfe von Siliziumchips und Transistoren. Sie verwenden einen binären Code, der wiederum aus Einsen und Nullen besteht. Die kohärente Maschine arbeitet auf der Basis von Superposition. Anstelle von Bits werden Qubits verwendet. Dies ermöglicht nicht nur schnelle, sondern auch genaueste Berechnungen. 

Der leistungsstärkste Quantencomputer der Welt

Was wird das leistungsstärkste photonische Computersystem sein? Wenn beispielsweise ein photonischer Computer über ein 30-Qubit-System verfügt, beträgt seine Leistung 10 Billionen Rechenoperationen pro Sekunde. Derzeit zählt der leistungsfähigste Zwei-Bit-Computer eine Milliarde Operationen pro Sekunde.

Eine große Gruppe von Wissenschaftlern aus verschiedenen Ländern entwickelte einen Plan, nach dem die Abmessungen des photonischen Apparats nahe an den Abmessungen eines Fußballfeldes liegen sollten. Er wird der mächtigste der Welt sein. Es wird eine Art Konstruktion aus Modulen sein, die in ein Vakuum gestellt wird. Das Innere jedes Moduls besteht aus ionisierten elektrischen Feldern. Mit ihrer Hilfe werden bestimmte Teile der Schaltung gebildet, die einfache logische Aktionen ausführen. Ein Beispiel für eine solche photonische Computertechnik wird an der Universität von Sussex in England entwickelt. Die geschätzten Kosten belaufen sich derzeit auf mehr als 130 Millionen Dollar.

D-Wave-Quantencomputer

Vor zehn Jahren stellte D-Wave den weltweit ersten kohärenten Computer vor, der aus 16 Qubits besteht. Jedes Qubit wiederum besteht aus einem Niob-Kristall, der in einem Induktor platziert ist. Der elektrische Strom, der an die Spule angelegt wird, erzeugt ein Magnetfeld. Als Nächstes ändert es den Besitz, in dem sich Qubit befindet. Mit Hilfe einer solchen Maschine lässt sich leicht herausfinden, wie synthetische Drogen mit Blutproteinen interagieren.
Oder es wird möglich, eine Krankheit wie Krebs früher zu erkennen.