O komputerkwant jest programowalnym urządzeniem zdolnym do wykonywania obliczeniai algorytmy poprzez manipulowanie i odczytywanie informacji przechowywanych w systemach kwantowych, takich jak atomy, molekuły, protony, elektrony i fotony. W tego typu komputerze bitykwant, które ze swej natury sprawiają, że tego typu komputer jest zdolny do wykonywania zadań których stworzenie zajęłoby komputerom elektronicznym tysiące, a nawet miliony lat.
czytaćjeszcze:Czym są czarne dziury i jak działają?
Jak działa komputer kwantowy?
ty komputerykwant są zupełnie inne od zwykłych komputerów, które opierają się na przemijaniu prąd elektryczny przez małe urządzenia półprzewodniki, nazywa tranzystory. Ten nowy typ komputera może pracować z najróżniejszymi systemami kwantowymi, jednak w najpopularniejszych implementacjach przeczytać obracać, właściwość kwantowa obecna w cząstkach, takich jak protony, fotony i elektrony.
Logika stojąca za komputerem kwantowym jest również nieco inna niż ta używana w komputerach klasyki, które operują zdaniami logicznymi, których możliwymi wynikami są tylko liczby 0 i 1.
Różnica między komputerami elektronicznymi a kwantowymi polega na tym, że: Naturaprobabilistyczny daje Fizyka kwantowa, zanim przeczytamy kawałekkwant, jego status może wynosić nie tylko 0 lub 1, ale także skrzyżowanie między tymi państwami. To tak, jakby w komputerach kwantowych odpowiedzi typu tak, nie i obie były przyjmowane jednocześnie. Jeśli chcesz lepiej zrozumieć prawdopodobieństwa świata kwantowego, odwiedź nasz tekst na Zasada nieoznaczoności Heisenberga.
![53-kubitowy procesor kwantowy, opracowany przez Google w 2019 roku. [1]](/f/b2e772f0a0a83a15588e82ba83f1d8e9.jpg)
Dziwna właściwość, która sprawia, że komputery kwantowe są tak wyjątkowe, nazywa się zawalić siędajezawódwfala. Wszystkie układy kwantowe są całkowicie opisane przez odpowiednią funkcję falową, ale zanim spojrzymy na układ kwantowy, szukając niektórych jego wielkość fizyczna które można zmierzyć (na przykład masa, ładunek elektryczny, pole magnetyczne), funkcja fali może obsługiwać więcej niż jedna wartość dla każdej z tych wielkości i istnieje prawdopodobieństwo, że każda z tych wartości zostanie zmierzona.
Teraz nie przestawaj... Po reklamie jest więcej ;)
Być może zadajesz sobie pytanie – jaka jest zaleta nieznajomości z góry możliwych wartości miary kwantowej? Odpowiedź brzmi: na przykład przed wykonaniem jakichkolwiek obliczeń natura bitów kwantowych zapewniała, że prawidłowa odpowiedź jest jedną z możliwości. Innymi słowy, można powiedzieć, że komputer już rozważył wiele wyników, nawet przed otrzymaniem odpowiedzi obliczeniowej. To powoduje czasobliczeniowy przeznaczanych na rozwiązywanie złożonych problemów drastycznie zmniejszone.
Popatrzrównież: Niektórzy z najważniejszych fizyków w historii i ich odkrycia
Możliwości komputera kwantowego
Ale w końcu, co moglibyśmy zrobić z komputerem kwantowym? Bardzo możliwe, komputery kwantowe nie będą wykorzystywane do błahych celów jak przeglądanie Internetu lub oglądanie wideo, ponieważ do tych celów komputery elektroniczne są dość wydajne, a ponadto są znacznie tańsze niż komputery kwantowe.
Jednak kiedy mówimy o obliczeniakompleksy, jak te z udziałem kryptografiawHasłabanki, bardzo pomocne będzie wykorzystanie komputerów kwantowych. Jeśli uda nam się stworzyć w pełni funkcjonalne urządzenia kwantowe, będziemy mogli symulować rzeczy, o których nigdy nie myśleliśmy, że są możliwe, jak dynamika klimatu Ziemi, powstawanie galaktyk, symulacje żywych systemów i wiele innych możliwości.
Zobacz też: Jaki był udział Einsteina w projekcie, który dał początek bombie atomowej?
Kubity - bity kwantowe
Bity kwantowe są często nazywane kubitami (bitami kwantowymi). Te kubity stanowią ogromny skok w stosunku do bitów używanych przez komputery elektroniczne: może mieć stany 0 i 1 jednocześnie. W praktyce wygląda to tak, jakby pojemność komputera kwantowego była wykładnicza w stosunku do liczby bitów: 1-bitowy komputer kwantowy jest odpowiednikiem klasycznego 2-bitowego komputera elektronicznego, a 2-bitowy komputer kwantowy jest odpowiednikiem komputera 4-bitowego elektronika. Zobacz poniżej tabelę, która wiąże pojemność bitów kwantowych z ich odpowiednikami z bitami klasycznymi:
Ilość bitów kwantowych |
Klasyczne dopasowanie bitów |
1 kubit |
2 bity |
2 kubity |
4 bity |
10 kubitów |
1024 bity |
20 kubitów |
1048576 bitów |
64 kubity |
1,84.1019 bity |
512 kubitów |
1,34.10154 bity |
Popatrzrównież: Najważniejsze nazwiska i największe odkrycia we współczesnej fizyce
Procesor kwantowy 2019
Niedawno badacze Google twierdzili, że osiągnęli „wyższość kwantowa”, ponieważ byli w stanie wykonać w ciągu 200 sekund obliczenia, które najbardziej zaawansowany komputer na świecie Szczyt, od IBM, zajęłoby około 10 000 lat. W eksperymencie przeprowadzonym przez badaczy wykorzystano 53 kubity, co odpowiada około 1016 klasycznych bitów, aby procesor kwantowy był w pełni sprawny, komputer utrzymywano w bardzo niskich temperaturach, około 20 mK (0,02 K).
Wyniki uzyskane w eksperymencie sugerują, że koncepcja stojąca za maszynawTuringa, który teoretycznie jest uniwersalny i zdolny do symulacji dowolnego modelu obliczeniowego, może być błędny. Dzieje się tak dlatego, że klasyczne komputery, oparte na teoretycznym zbiorze Turinga, nie są w stanie wykonać zadania wykonywane przez procesor kwantowy, przynajmniej nie z taką samą szybkością ani z taką samą precyzja.
Kredyt obrazu
[1] Natura
Rafael Hellerbrock
Nauczyciel fizyki
