Kvantecomputer

Indholdet af artiklen

• Hvad er en kvantecomputer?
• Fordele
• Hvordan fungerer qubit?
• Kvanteberegning
• Superposition og tilsløring
• dekohærens
• Sandsynligheden for at oprette en kvante-pc
• Hvor kan kvantecomputere bruges?

At øge computerkraften til teknologi er en af ​​hovedopgaverne for forskere og ingeniører. En kvantecomputer kan løse det. Enheden udvikles af Google, IBM, Intel og andre virksomheder. Teoretisk fungerer en kvante-pc 100 millioner gange hurtigere end normalt.

Hvad er en kvantecomputer?

En sådan computerenhed fungerer ikke med bits, men med qubits. På grund af dette er en kvante-pc i stand til samtidig at behandle alle mulige tilstande for et objekt. Men i praksis udfører supercomputere det samme antal logiske operationer pr. Minut..

Fordele

Den største fordel ved den nye teknologi er kvanteoverlegenhed. Dette er computerenhedernes evne til at løse opgaver, der er utilgængelige for magtfulde supercomputere. Ikke alle forskere støtter ideen om at oprette en sådan pc. Hovedargumentet mod dette er umuligheden af ​​at verificere rigtigheden af ​​den opnåede løsning. Under beregninger kan enheden gøre en fejl ved at blande 0 og 1 sammen, og det vil ikke være muligt at identificere problemet.

I øjeblikket er hovedproblemet ved at skabe kvanteoverlegenhed stabiliteten af ​​qubits. Disse elementer kræver omhyggelig håndtering: utilsigtet støj eller vibrationer fører til tab af data, som computeren var i stand til at beregne. For stabil drift af udstyret bør omgivelsestemperaturen ikke være mere end 20 mK.

Hvordan fungerer qubit?

I standardcomputere er information repræsenteret i binær kode. Bitene til lagring og behandling af data tager værdierne 0 eller 1. Transistorer udfører matematiske operationer, og resultatet af den binære kodekonvertering vises på skærmen.

Qubit er en enhed med informationslagring i en kvantecomputer. Ud over 0 og 1 kan det være i en ubestemt grænsetilstand kaldet superposition. For at få en kvbit, skal du tage et atom, fikse og stabilisere det, beskytte det mod udendørs stråling, binde det til et andet atom.

Jo flere sådanne elementer er forbundet, jo mere stabilt fungerer systemet. For at overgå en klassisk supercomputer skal du binde mere end 49 qubits. Det er meget vanskeligt at gøre dette: Atomer, uanset hvilke anvendte materialer, er altid ustabile.

Kvanteberegning

Teorien siger, at uden interaktion med andre partikler har elektronet ikke entydige koordinater i atombanen. Kun under måling forsvinder usikkerheden, og placeringen af ​​partiklen bliver kendt.

Ændringernes sandsynlighed er det muligt at anvende kvanteberegning til at søge på ustrukturerede databaser..

Superposition og tilsløring

Computerdrift er baseret på to mekaniske fænomener:

1. Forvirring. Et fænomen, hvor tilstanden af ​​to eller flere genstande er indbyrdes afhængig. F.eks. I 2 fotoner i en sammenfiltret tilstand vil helhed være negativ og positiv. Forholdet forbliver, hvis du fjerner objekter fra hinanden i rummet.
2. Sammenhængende superposition. Den samtidige påvirkning af partiklen af ​​alternative (gensidigt eksklusive) forhold.

dekohærens

Dette er en proces, hvor tilstanden af ​​et kvantesystem bliver ukontrollerbar. Decoherence opstår, når mange qubits afhænger af hinanden. Problemet opstår, når computeren interagerer med stråling, kosmiske stråler eller et magnetfelt..

Forskellige metoder bruges til at beskytte computere fra at “rulle” til de sædvanlige computerprocesser. D-Wave Systems afkøler atomer til nul for at beskytte dem mod ydre påvirkninger. Kvanteprocessoren anbringes i beskyttelsesskaller, så den færdige enhed er meget voluminøs.

Sandsynligheden for at oprette en kvante-pc

En kvbit kan ikke bygges fra flere partikler, og kun atomer kan være i den krævede tilstand. Som standard er disse flere partikler uindstillede. Kinesiske og canadiske forskere forsøgte at bruge fotonchips til at udvikle en computer, men forskning var ikke succesrig.

Eksisterende typer af kvante-pc’er:

• i halvleder-siliciumkrystaller;
• på elektroner i halvledermængder;
• i mikroatomer med enkelt atom;
• på lineære optiske elementer;
• på ioner i en endimensionel krystal fanget i Paul.

Kvanteberegning involverer en sekvens af operationer, der udføres med en eller flere qubits, hvilket medfører ændringer i hele systemet. Opgaven er at vælge det korrekte, der giver resultatet af beregningerne fra alle dets tilstande. Der kan være så mange stater som muligt, så tæt som muligt på det sande.

Nøjagtigheden af ​​disse beregninger er næsten altid forskellig fra enhed..

En fuldgyldig kvante-pc kræver betydelige fremskridt inden for fysik. Programmering skal være anderledes end nuværende. Quantum computing-enheder vil ikke være i stand til at løse problemer, der overstiger almindelige enheds magt, men vil fremskynde løsningen af ​​dem, de håndterer..

Det seneste gennembrud var oprettelsen af ​​Bristlecone-processoren af ​​Google. I foråret 2018 udsendte virksomheden en erklæring om at få en 72-qubit processor, men dens principper for arbejde godkendte ikke. Det antages, at for at opnå “kvanteoverlegenhed”, når en pc begynder at overskride det sædvanlige, vil 49 qubits være påkrævet. Google opnåede betingelsen, men sandsynligheden for beregningsfejl (0,6%) forblev over det krævede.

Hvor kan kvantecomputere bruges?

Moderne kryptografi er baseret på det faktum, at det er umuligt at hurtigt nedbryde et tal til 40-50 tegn. Det tager 1-2 milliarder år at bruge klassiske computere. En kvante-pc udfører disse matematikberegninger på 25 sekunder. Dette betyder, at enhver krypteringsalgoritme kan knækkes øjeblikkeligt..

Andre anvendelser af kvante computerenheder:

• modellering af kemisk reaktion;
• Kunstig intelligens;
• nyt lægemiddeludvikling.

Moderne kvante-pc’er ved ikke hvordan.

Enheder er i stand til at udføre en matematisk algoritme med en enorm ydelse..

De erhverves af store virksomheder, for eksempel for at indsamle brugerstatistikker.