przetwarzanie danychkwant jest nauką badającą rozwój algorytmy i oprogramowania na podstawie informacji przetwarzanych przez systemy kwantowe, lubić atomy, fotony lub cząstkisubatomowy. W przeciwieństwie do klasycznych komputerów, komputery kwantowe działają zgodnie z prawami probabilistycznymi Fizyka kwantowa.
Możliwości oferowane przez obliczenia kwantowe otwierają nowy horyzont rozwoju technologicznego i pozwalają nam wyobrazić sobie przyszłość z komputerami zdolnymi do rozwiązywania bardziej złożonych zadań w coraz dłuższym czasie. nieletni.
Popatrzrównież:Fizyczne odkrycia, które miały miejsce przez przypadek
Czym jest komputer kwantowy?
O komputerkwant to maszyna, która może być planowydlarozwiązaćproblemylogiczny, podobnie jak dzisiejsze komputery elektroniczne. Podczas gdy nasze komputery wykorzystują prąd elektryczny, który przepływa przez tranzystory aby emulować bity 1 i 0, komputery kwantowe robią to na podstawie pomiarów kwantowych, takich jak poziomy energii skupiska atomów, kierunki polaryzacja fotonów itp.
![IBM Q, 20-kubitowy komputer kwantowy IBM, wprowadzony w styczniu 2019 r.](/f/5815a36035679610d0e793a963fabfd6.jpg)
Jak działa obliczenia kwantowe?
Obliczenia kwantowe opierają się na opracowaniu algorytmów logicznych, które mogą być wykonywane przez inny typ komputera niż komputer konwencjonalny. Komputery kwantowe są niezwykle skomplikowane maszyny a to zależy od bilans cieplny zbyt delikatny. Większość z tych komputerów może działać tylko w bardzo niskich temperaturach, więc są one schładzane do około -272 °C za pomocą azot lub ciekły hel.
Dzieje się tak, ponieważ bitykwant(nazywany również kubity) muszą być cały czas „dostrajane” (technicznie mówimy, że muszą być w fazie), a każda nagła zmiana temperatury może „potasuj je”.
Obliczenia klasyczne odbywają się za pomocą obwodów, które rejestrują i kontrolują przepływ prądu elektrycznego. Z grubsza mówiąc, kiedy przejście prąd elektryczny, komputer zapisuje te informacje w postaci bitu, którym może być 0 lub 1. Wszystkie zadania wykonywane przez komputery działają poprzez manipulowanie tymi bitami.
Z kolei w komputerach kwantowych informacje są pozyskiwane z innych rzeczy, takich jak kierunek obracać atomu, polaryzacja fotonu, poziomy energetyczne skupiska atomów itp. Pomimo tego, że różnią się od siebie, systemy te mają jedną wspólną cechę: rządzą się prawami Fizyka kwantowa.
Aby lepiej zrozumieć komputery kwantowe, musimy poznać nieco dziwaczność mechaniki kwantowej, prawda?
Zobacz też:Zasada nieoznaczoności Heisenberga — jedna z najciekawszych zasad fizyki
Obliczenia i mechanika kwantowa
W prawa rządzące zachowaniem bitów kwantowych są zupełnie inne niż te z fizyki klasycznej.
Według fizyka klasyczna, przed otwarciem pudełka zawierającego lampę spodziewane są tylko dwa wyniki: lampa będzie włączona lub wyłączona. Jednak zgodnie z prawami mechaniki kwantowej nie można stwierdzić stanu lampy bez bezpośredniej obserwacji.
Jeśli założymy, że dana lampa jest obiektem kwantowym, zanim otworzymy pudełko, stan lampy będzie połączenie wszystkich możliwości. Z chwilą otwarcia pudełka wszystkie kombinacje stanów znikały, a lampa przyjmowała tylko jedną z możliwych konfiguracji: włączona lub wyłączona. To tak, jakby stan ignorancji o tym, co jest w pudełku, żeby żarówka zapalała się i gasła jednocześnie, ale co sprawia, że natura wybiera jeden ze stanów? Nie wiemy.
Ta cecha mechaniki kwantowej pozwala kubitom na przyjęcie wszystkich możliwych stanów, zanim zostaną zaobserwowane. W praktyce, kubity uwzględniają wynik operacji jeszcze przed jej wykonaniem skończone, to tak, jakbyśmy mogli poznać wynik gry w orła lub reszka, gdy moneta wciąż była w powietrzu.
Możliwości obliczeń kwantowych oferują m.in ogromny zysk obliczeniowy, ponieważ każdy kubit jest równoważny 2 klasycznym bitom, zatem komputer kwantowy operujący 64 bitami jest równoważny klasycznemu komputerowi wyposażonemu w 2 bity64 bity (około 1.8.1019 bity). Liczby potwierdzają tylko, że obliczenia kwantowe są duży zakład na przyszłość.
Popatrzrównież:7 pytań, na które fizyka nie była w stanie odpowiedzieć
Obliczenia kwantowe dzisiaj
W ostatnich latach postęp technologiczny pozwolił na stworzenie pierwszego przetwórcykwant funkcjonalny. Od tego czasu postęp w budowie chipów kwantowych postępuje w przyspieszonym tempie, po części z powodu dużego komercyjnego zainteresowania branży. bezpieczeństwo,kryptowaluty,banki,uniwersytety i inni.
Duże firmy komputerowe, takie jak Google i IBM, wyprodukowali coraz potężniejsze komputery kwantowe. Najnowsza wersja to komputer kwantowy Google, który ma „tylko” 53 kubity. Ten komputer był w stanie w ciągu kilku minut wykonać obliczenia, które najszybszy komputer na świecie wykonałby za co najmniej 10 000 lat.
Rafael Hellerbrock
Nauczyciel fizyki
Źródło: Brazylia Szkoła - https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-computacao-quantica.htm