Kvantový počítač: Co to je a jak to funguje

protection click fraud

Ó počítačkvantová je programovatelné zařízení schopné provádět výpočtya algoritmy manipulací a čtením informací uložených v kvantových systémech, jako např atomy, molekuly, protony, elektrony a fotony. V tomto typu počítače bitykvantové, které ze své podstaty dělají tento typ počítače schopným plnit úkoly to by trvalo tisíce nebo dokonce miliony let, než by byly vyrobeny elektronickými počítači.

čístvíce:Co jsou černé díry a jak fungují?

Jak funguje kvantový počítač?

Vy počítačekvantová se úplně liší od běžných počítačů, které jsou založeny na předávání elektrický proud prostřednictvím malých zařízení polovodiče, volala tranzistory. Tento nový typ počítače může pracovat z nejrůznějších kvantových systémů, nicméně z nejpopulárnějších implementací číst roztočit, kvantová vlastnost přítomná v částicích, jako je protony, fotony a elektrony.

Logika za kvantovým počítačem se také trochu liší od logiky používané v počítačích klasiky, které fungují prostřednictvím logických vět, jejichž možnými výsledky jsou pouze čísla 0 a 1.

instagram story viewer

Rozdíl mezi elektronickými a kvantovými počítači spočívá v tom, že Přírodapravděpodobnostní dává kvantová fyzika, než si přečteme bitkvantové, jeho stav může být nejen 0 nebo 1, ale také průsečík mezi těmito státy. Je to, jako by v kvantových počítačích byly odpovědi jako ano, ne a obě přijaty současně. Pokud chcete lépe porozumět pravděpodobnostem kvantového světa, navštivte náš text na internetu Heisenbergův princip nejistoty.

53kbitový kvantový procesor vyvinutý společností Google v roce 2019. [1]
53kbitový kvantový procesor vyvinutý společností Google v roce 2019. [1]

Podivná vlastnost, díky níž jsou kvantové počítače tak zvláštní, se nazývá kolapsdáváobsazenívmávat. Všechny kvantové systémy jsou zcela popsány příslušnou vlnovou funkcí, ale než se podíváme na kvantový systém, hledáme některé z jeho fyzická velikost které lze měřit (například hmotnost, elektrický náboj, magnetické pole), může vlnová funkce podporovat více než jedna hodnota pro každé z těchto veličin a existuje pravděpodobnost, že každá z těchto hodnot bude měřena.

Nepřestávejte... Po reklamě je toho víc;)

Možná se ptáte sami sebe - jaká je výhoda neznát předem možné hodnoty kvantové míry? Odpověď zní: před provedením jakýchkoli výpočtů například povaha kvantových bitů zajistila, že mezi možnostmi byla správná odpověď. Jinými slovy, můžeme říci, že počítač již měl považováno za mnoho výsledků, ještě předtím, než dostanete odpověď na výpočet. To způsobí časvýpočetní který se vynakládá buď na řešení složitých problémů drasticky snížena.

Dívej setaky: Někteří z nejdůležitějších fyziků v historii a jejich objevy

Kvantové možnosti počítače

Ale koneckonců, co bychom mohli dělat s kvantovým počítačem? Pravděpodobně, kvantové počítače nebudou použity pro triviální účely jako procházení internetu nebo sledování videa, protože pro tyto účely jsou elektronické počítače celkem efektivní a navíc mnohem levnější než kvantové počítače.

Když však mluvíme o výpočtykomplexy, jako jsou ty, které zahrnují kryptografievheslabanky, využití kvantových počítačů bude velkou pomocí. Pokud dokážeme vyrobit z kvantových počítačů plně funkční zařízení, dokážeme to simulovat věci, které jsme nikdy nepovažovali za možné, jako dynamika Země, formování galaxií, simulace živých systémů a mnoho dalších možností.

Podívejte se také: Jaká byla Einsteinova účast na projektu, který vedl k atomové bombě?

Qubits - kvantové bity

Kvantové bity se často nazývají qubits (kvantové bity). Tyto qubits představují obrovský skok od bitů používaných elektronickými počítači: oni může mít stavy 0 a 1 současně. V praxi je to, jako by kapacita kvantového počítače byla exponenciální ve vztahu k počtu bitů: 1bitový kvantový počítač je ekvivalentní klasickému 2bitovému elektronickému počítači a 2bitový kvantový počítač je ekvivalentní 4bitovému počítači elektronika. Níže je uvedena tabulka, která spojuje kapacitu kvantových bitů s jejich korespondencí s klasickými bity:

Množství kvantových bitů

Klasická shoda bitů

1 qubit

2 bity

2 qubits

4 bity

10 qubitů

1024 bitů

20 qubitů

1048576 bitů

64 qubitů

1,84.1019 bity

512 qubitů

1,34.10154 bity


Dívej setaky: Nejdůležitější jména a největší objevy v moderní fyzice

Kvantový procesor 2019

V poslední době výzkumníci Google tvrdili, že dosáhli „kvantová nadvláda“, protože byli schopni provést za 200 sekund výpočet, který vyvinul nejpokročilejší počítač na světě Summit, od IBM, by trvalo asi 10 000 let. Experiment provedený vědci použil 53 qubitů, což odpovídá asi 1016 klasické bity, aby byl kvantový procesor plně funkční, byl počítač udržován při velmi nízkých teplotách kolem 20 mK (0,02 K).

Výsledky získané experimentem naznačují, že koncept za strojvTuring, který je teoreticky univerzální a schopný simulovat jakýkoli výpočetní model, se může mýlit. Je tomu tak proto, že klasické počítače založené na Turingově teoretickém souboru nejsou schopny provádět úkoly prováděné kvantovým procesorem, alespoň ne se stejnou rychlostí ani se stejnou přesnost.

Obrazový kredit
[1] Příroda


Autor: Rafael Hellerbrock
Učitel fyziky

Teachs.ru
Einstein a atomová bomba

Einstein a atomová bomba

Věděli jste, že Albert Einstein byl součástí řady událostí, které vedly k vytvoření atomové bomby...

read more

Quark top. Poslední kvark předpovídaný standardním modelem byl top kvark

Když mluvíme o tom, co tvoří hmotu, okamžitě nám přijdou na mysl tři základní částice: elektrony...

read more
Elektromagnetické vlny: jaké jsou a vlastnosti

Elektromagnetické vlny: jaké jsou a vlastnosti

vlnyelektromagnetické jsou oscilace tvořené elektrická polea magnetickýproměnné, které se šíří ja...

read more
instagram viewer