kvantdator. Funktionsprincip

Innehåll:

Sådana maskiner är helt enkelt nödvändiga nu inom alla områden: medicin, flyg, rymdutforskning. Utvecklar för närvarande datorer baserade på kvantfysik och datorteknik. Grunderna i en sådan datorenhet är ännu inte tillgängliga för vanliga användare och accepteras som något obegripligt. Trots allt är inte alla bekanta med fotonegenskaperna hos elementarpartiklar och atomer. För att åtminstone förstå lite hur den här datorn fungerar måste du känna till och förstå kvantmekanikens elementära principer. För det mesta utvecklas denna sammanhängande dator för NASA.

Kvantdator: funktionsprincip, vad är den gjord av?

En vanlig maskin utför operationer med klassiska bitar, som kan anta värdena 0 eller 1. Å andra sidan använder en fotonisk beräkningsmaskin koherenta bitar eller qubits. De kan anta värdena 1 och 0 samtidigt. Det är detta som ger sådan datorteknik deras överlägsna datorkraft. Det finns flera typer av uppräkningsobjekt som kan användas som qubits. 

Alla elektroner har ett magnetfält, de är oftast som små magneter och denna egenskap kallas spinn. Om de placeras i ett magnetfält kommer de att anpassa sig till det på samma sätt som en kompassnål gör. Detta är den lägsta energipositionen, så vi kan kalla det noll eller låg spin. Men du kan omdirigera elektronen till "ett"-tillståndet eller till det övre spinnet. Men detta kräver energi. Om du tar bort glaset från kompassen kan du styra om pilen i en annan riktning, men detta kräver kraft. 

Det finns två tillhörigheter: nedre och övre spinn, som motsvarar den klassiska 1 respektive 0. Men faktum är att fotoniska objekt kan vara i två positioner samtidigt. När snurran mäts kommer den att vara antingen uppåt eller nedåt. Men före mätningen kommer elektronen att existera i den så kallade kvantsuperpositionen, där dessa koefficienter indikerar den relativa sannolikheten att hitta elektronen i ett eller annat tillstånd. 

Det är ganska svårt att föreställa sig hur detta ger koherenta maskiner deras otroliga beräkningskraft utan att beakta interaktionen mellan två qubits. Nu finns det fyra möjliga tillstånd för dessa elektroner. I ett typiskt exempel på två bitar behövs endast två bitar information. Så två qubit innehåller fyra typer av information. Så du behöver känna till fyra siffror för att veta systemets position. Och tar du tre snurr får du åtta olika positioner och i ett typiskt fall kommer det att behövas tre bitar. Det visar sig att mängden information som finns i N qubits är lika med 2N typiska bitar. Exponentialfunktionen säger att om det till exempel är 300 qubits, så måste man skapa galet komplexa superpositioner, där alla 300 qubits kommer att kopplas ihop. Sedan visar det sig 2300 klassiska bitar, och detta är lika med antalet partiklar i hela universum. Detta innebär, att det krävs att skapa en logisk sekvens som gör det möjligt att få ett sådant resultat av beräkningar som går att mäta. Det vill säga består endast av standardtillbehör. Det visar sig att en sammanhängande maskin inte är en ersättning för konventionella. De är snabbare bara i beräkningar där det är möjligt att använda alla tillgängliga superpositioner. Och om du bara vill titta på en video av hög kvalitet, chatta på Internet eller skriva en artikel för jobbet, fotonisktDatorn kommer inte att ge dig några prioriteringar.

Den här videon beskriver hur en kvantdator fungerar. 

kvantdator. Vad är det i enkla ord?

Med enkla ord är det sammanhängande systemet inte utformat för beräkningshastigheten, utan för den mängd som krävs för att uppnå resultat, som kommer att inträffa inom den minsta tidsenheten. 

En klassisk dators arbete är baserat på bearbetning av information med hjälp av kiselchips och transistorer. De använder en binär kod, som i sin tur består av ettor och nollor. Den koherenta maskinen arbetar på basis av superposition. Istället för bitar används qubits. Detta tillåter inte bara snabba utan också de mest exakta beräkningarna. 

Den mest kraftfulla kvantdatorn i världen

Vilket kommer att vara det mest kraftfulla fotoniska beräkningssystemet? Till exempel, om en fotonisk dator har ett trettio qubit-system, kommer dess kraft att vara 10 biljoner beräkningsoperationer per sekund. För närvarande räknar den kraftfullaste tvåbitsdatorn en miljard operationer per sekund.

En stor grupp forskare från olika länder utvecklade en plan enligt vilken dimensionerna på den fotoniska apparaten skulle vara nära dimensionerna på en fotbollsplan. Han kommer att bli den mäktigaste i världen. Det blir en slags konstruktion av moduler, som placeras i ett vakuum. Det inre av varje modul är joniserade elektriska fält. Det är med deras hjälp som vissa delar av kretsen kommer att bildas som kommer att utföra enkla logiska åtgärder. Ett exempel på en sådan fotonisk beräkningsteknik håller på att utvecklas vid University of Sussex i England. Den beräknade kostnaden för närvarande är mer än 130 miljoner dollar.

D-Wave kvantdator

För tio år sedan introducerade D-Wave världens första sammanhängande dator, som består av 16 qubits. Varje qubit består i sin tur av en niobkristall som placeras i en induktor. Den elektriska strömmen som appliceras på spolen skapar ett magnetfält. Därefter ändrar det ägandet som qubit är i. Med hjälp av en sådan maskin är det lätt att ta reda på hur syntetiska droger interagerar med blodproteiner.
Eller så kommer det att vara möjligt att identifiera en sjukdom som cancer i ett tidigare skede.