מחשב קוונטי: מה זה ואיך זה עובד

או מַחשֵׁבקוונטית הוא מכשיר לתכנות המסוגל לבצע חישוביםואלגוריתמים באמצעות מניפולציה וקריאה של מידע המאוחסן במערכות קוונטיות, כגון אטומים, מולקולות, פרוטונים, אלקטרונים ו פוטונים. במחשב מסוג זה, ביטיםקוונטי, אשר מעצם טבעם הופכים סוג זה של מחשב למסוגל לבצע משימות זה ייקח על ידי מחשבים אלקטרוניים אלפי או אפילו מיליוני שנים.

לקרואיותר:מהם חורים שחורים וכיצד הם עובדים?

כיצד עובד המחשב הקוונטי?

אתה מחשביםקוונטית שונים לחלוטין ממחשבים רגילים, שמבוססים על מעבר זרם חשמלי דרך מכשירים קטנים מוליכים למחצה, שקוראים לו טרנזיסטורים. סוג חדש של מחשב זה יכול לעבוד ממערכות הקוונטים המגוונות ביותר, אולם מהיישומים הפופולריים ביותר קרא את ה סיבוב, תכונה קוונטית הקיימת בחלקיקים כגון פרוטונים, פוטונים ו אלקטרונים.

ההיגיון שמאחורי המחשב הקוונטי גם קצת שונה ממה שמשתמשים בו במחשבים קלאסיקות, הפועלות באמצעות משפטים לוגיים שהתוצאות האפשריות שלהם הן המספרים 0 ו- 1.

ההבדל בין מחשבים אלקטרוניים קוונטיים הוא בגלל טֶבַעהסתברותית נותן פיזיקה קוונטיתלפני שאנחנו קוראים את קצתקוונטי, הסטטוס שלה יכול להיות לא רק 0 או 1, אלא גם הִצטַלְבוּת

בין המדינות הללו. כאילו במחשבים קוונטיים, תשובות כמו כן, לא ושניהם התקבלו בו זמנית. אם אתה רוצה להבין טוב יותר את ההסתברויות של עולם הקוונטים, בקר בטקסט שלנו ב- עקרון אי הוודאות של הייזנברג.

מעבד קוונטי בן 53 קילו-ביט, שפותח על ידי גוגל בשנת 2019. [1]

המאפיין המוזר שהופך את מחשבי הקוונטים למיוחדים כל כך נקרא הִתמוֹטְטוּתנותןכיבושבגַל. כל מערכות הקוונטים מתוארות לחלוטין על ידי פונקציית גל בהתאמה, אך לפני שנסתכל על מערכת קוונטית, מחפשות חלק ממנה גדולה פיזית שניתן למדוד (מסה, מטען חשמלי, שדה מגנטי, למשל), פונקציית הגל יכולה לתמוך יותר מערך אחד לכל אחת מהכמויות הללו ויש סבירות שכל אחד מהערכים הללו יימדד.

אל תפסיק עכשיו... יש עוד אחרי הפרסום;)

יתכן שאתה שואל את עצמך - מה היתרון בכך שאינך יודע מראש את הערכים האפשריים של מדד קוונטי? התשובה היא: לפני ביצוע חישובים כלשהם, למשל, טיבם של סיביות קוונטיות הבטיח שהתשובה הנכונה הייתה בין האפשרויות. במילים אחרות, אנו יכולים לומר שהמחשב כבר היה נחשב לתוצאות רבות, עוד לפני קבלת תשובת החישוב. זה הופך את זְמַןחישובית שמושקע גם בפתרון בעיות מורכבות מופחת באופן דרסטי.

תראהגַם: כמה מהפיזיקאים החשובים בהיסטוריה ותגליותיהם

אפשרויות מחשב קוונטי

אבל אחרי הכל, מה נוכל לעשות עם מחשב קוונטי? סביר מאוד, מחשבי הקוונטים לא ישמש למטרות טריוויאליות כמו גלישה באינטרנט או צפייה בסרטון, שכן, למטרות אלה מחשבים אלקטרוניים יעילים למדי, בנוסף להיותם זולים בהרבה ממחשבים קוונטיים.

עם זאת, כאשר אנו מדברים על חישוביםמתחמים, כמו אלה הקשורים ל קריפטוגרפיהבסיסמאותבנקים, השימוש במחשבים קוונטיים יהיה לעזר רב. אם נצליח לייצר מחשבים קוונטיים מכשירים פונקציונליים לחלוטין, נוכל לעשות זאת לְחַקוֹת דברים שמעולם לא חשבנו שהם אפשריים, כמו דינמיקת האקלים של כדור הארץ, היווצרות הגלקסיה, הדמיות של מערכות חיים ואפשרויות רבות אחרות.

ראה גם: מה הייתה השתתפותו של איינשטיין בפרויקט שהוליד את פצצת האטום?

קוביטים - החלקים הקוונטיים

סיביות קוונטיות נקראות לרוב קווביטים (סיביות קוונטיות). הקוביטים האלה מייצגים זינוק עצום מהביטים שמשמשים מחשבים אלקטרוניים: הם יכולות להיות מצבים 0 ו- 1 בו זמנית. בפועל, זה כאילו הקיבולת של המחשב הקוונטי היא אקספוננציאלית ביחס למספר הביטים: מחשב קוונטי של 1 ביט. שווה למחשב אלקטרוני קלאסי של 2 סיביות ומחשב קוונטי של 2 סיביות שווה למחשב של 4 סיביות מכשירי חשמל. ראה להלן טבלה המתייחסת לקיבולת של ביטים קוונטיים להתאמה שלהם עם ביטים קלאסיים:

כמות ביטים קוונטיים	התאמת סיביות קלאסית
1 קילוביט	2 ביטים
2 קוביטים	4 סיביות
10 קוביטים	1024 ביטים
20 קוביטים	1048576 ביטים
64 קוביטים	1,84.10^19 ביטים
512 קוביטים	1,34.10^154 ביטים

תראהגַם: השמות החשובים ביותר והתגליות הגדולות ביותר בפיזיקה המודרנית

מעבד קוונטי 2019

לאחרונה, חוקרי גוגל טענו שהגיעו ל "עליונות קוונטית"בגלל שהם הצליחו לבצע, תוך 200 שניות, חישוב שהמחשב המתקדם ביותר בעולם, הוא פִּסגָה, מ- IBM, ייקח כ -10,000 שנים. הניסוי שביצעו החוקרים השתמש ב -53 קוביטים, המקביל לכ -10¹⁶ כדי לשמור על תפקוד מלא של המעבד הקוונטי, המחשב נשמר בטמפרטורות נמוכות מאוד, בסביבות 20 mK (0.02 K).

התוצאות שהתקבלו על ידי הניסוי מרמזות כי הרעיון העומד מאחורי ה- מְכוֹנָהבטיורינג, שתאורטית הוא אוניברסלי ומסוגל לדמות כל מודל חישובי, יכול להיות שגוי. הסיבה לכך היא שמחשבים קלאסיים, המבוססים על הסט התיאורטי של טיורינג, אינם מסוגלים לבצע את התוכנה משימות המבוצעות על ידי המעבד הקוונטי, לפחות לא באותה מהירות וגם לא באותה מהירות דיוק.

אשראי תדמיתי
[1] טֶבַע

מאת רפאל הלרברוק
מורה לפיזיקה