...
Лайфхаки, корисні поради, рекомендації. Статті для чоловіків і жінок. Ми пишемо і про технології, і про все, що цікаво.

Квантовий комп’ютер. Принцип роботи

4

Зміст:

Такі машини просто необхідні зараз у будь-якій сфері: медицині, авіації, дослідженнях космосу. В даний час розробкою ЕОМ на основі квантової фізики та обчислювальних технологій. Основи роботи такого обчислювального апарату поки що не доступні звичайним користувачам і приймаються як щось незбагненне. Адже далеко не всі знайомі з фотонними властивостями елементарних частинок та атомів. Щоб хоч трохи зрозуміти, як працює цей комп’ютер, потрібно знати і розуміти елементарні принципи квантової механіки. Більшою мірою цю когерентну ЕОМ розробляють для NASA.

Квантовий комп'ютер. Принцип роботи

Квантовий комп’ютер: принцип роботи, з чого він виготовлений?

Звичайна машина виконує операції, використовуючи класичні біти, які можуть набувати значення 0 або 1. З іншого боку фотонний обчислювальний апарат використовує когерентні біти або кубити. Вони можуть набувати значення 1 і 0 одночасно. Саме це віддає такій обчислювальній техніці їхню переважну обчислювальну міць. Існує кілька типів обчислювальних об’єктів, які можна використовувати як кубитов. 

У всіх електронів є магнітне поле, як правило, вони схожі на маленькі магніти і ця їхня властивість називається спином (spin). Якщо їх помістити в магнітне поле, вони підлаштовуються під нього так само, як це робить компасна стрілка. Це положення найнижчої енергії, тому ми можемо назвати його нулем або нижнім спином. Але можна перенаправити електрон у стан «один» або верхній спин. Але для цього потрібна енергія. Якщо дістати скло з компаса, можна буде перенаправити стрілку в іншому напрямку, але для цього потрібно докласти сили. 

Є дві приналежності: нижній та верхній спин, які відповідають класичним 1 та 0 відповідно. Але річ у тому, що фотонні об’єкти можуть перебувати у двох положеннях одночасно. Коли вимірюється спин, він буде або верхнім або нижнім. Але до виміру електрон буде існувати в так званій квантовій суперпозиції, в якій ці коефіцієнти вказують відносну ймовірність знаходження електрона в тому чи іншому стані. 

Квантовий комп'ютер. Принцип роботи

Досить складно уявити, як це дає когерентним апаратам їхню неймовірну обчислювальну міць, не розглядаючи взаємодію двох кубитів. Тепер існує чотири можливі стани цих електронів. У типовому прикладі двох бітів потрібно лише два біти інформації. Так що два qubit містить у собі чотири види інформації. Отже, треба знати чотири числа, щоб знати становище системи. А якщо взяти три спини, то вийде вісім різних положень, а в типовому варіанті потрібні будуть три біти. Виходить, що кількість інформації, що міститься в N qubits, дорівнює 2N типових біт. Показова функція говорить, що якщо, наприклад, буде 300 кубітів, то доведеться створити божевільно-складні суперпозиції, де всі 300 qubit будуть пов’язані між собою. Тоді виходить 2300 класичних біт, а це дорівнює кількості частинок у всьому всесвіті. Звідси випливає, що потрібно створити логічну послідовність, яка дасть змогу отримати такий результат обчислень, який можна буде виміряти. Тобто складається тільки із стандартного приладдя. Виходить, що когерентна машина – це не заміна звичайним. Вони скоріш тільки в обчисленнях, де є можливість використовувати всі доступні суперпозиції. А якщо Ви хочете просто переглянути якісне відео, поспілкуватися в інтернеті або написати статтю для роботи, фотоннаЕОМ не дасть Вам жодних пріоритетів.

У цьому відео описано процес роботи квантового комп’ютера. 

Квантовий комп’ютер. Що таке простими словами?

Якщо говорити простими словами, то когерентна система розрахована не так на швидкість обчислення, але в необхідне кількість задля досягнення результатів, що відбуватиметься за мінімальну одиницю часу. 

Робота класичної ЕОМ заснована на обробці інформації за допомогою кремнієвих чіпів та транзисторів. Вони використовують бінарний код, який у свою чергу складається з одиниць та нулів. Когерентна машина працює на підставі суперпозиції. Замість бітів застосовуються qubit. Це дозволяє як швидко, а й максимально точно вести розрахунки. 

Квантовий комп'ютер. Принцип роботи

Найпотужніший квантовий комп’ютер у світі

Якою ж буде найпотужніша фотонна обчислювальна система? Наприклад, якщо фотонна обчислювальна машина має тридцяти кубитну систему, його потужність складе 10 трильйонів обчислювальних операцій на секунду. В даний час найпотужніший двох бітний комп’ютер вважає один мільярд операцій на секунду.

Велика група вчених із різних країн розробила план, згідно з яким розміри фотонного апарату будуть близькими до габаритів футбольного поля. Він і буде найпотужнішим у світі. Це буде якась конструкція з модулів, яка розміщується у вакуумі. Внутрішність кожного модуля – це іонізовані електричні поля. Саме з їх допомогою утворюватимуться деякі частини схеми, які виконуватимуть прості логічні дії. Зразок такої фотонної обчислювальної техніки розробляється в Університеті Сассекса в Англії. Орієнтовна вартість на даний момент перевищує 130 мільйонів доларів.

Квантовий комп'ютер. Принцип роботи

Квантовий комп’ютер D-Wave

Десять років тому компанія D-Wave представила перший у світі когерентний комп’ютер, що складається із 16 кубітів. Кожен qubit у свою чергу складається із кристала ніобію, який поміщений у котушку індуктивності. Електричний струм, що подається на котушку, утворює магнітне поле. Далі воно змінює приналежність, де знаходиться qubit. За допомогою такої машини можна легко з’ясувати, як синтетичні лікарські засоби взаємодіють з білками крові.
Або з’явиться можливість визначити таке захворювання як рак на ранньому етапі.

Цей веб -сайт використовує файли cookie, щоб покращити ваш досвід. Ми припустимо, що з цим все гаразд, але ви можете відмовитися, якщо захочете. Прийняти Читати далі