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.
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”.
Teraz nie przestawaj... Po reklamie jest więcej ;)
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
Informatyka 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 lampa 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
Czy chciałbyś odnieść się do tego tekstu w pracy szkolnej lub naukowej? Popatrz:
HELERBROCK, Rafael. "Co to jest obliczenia kwantowe?"; Brazylia Szkoła. Dostępne w: https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-computacao-quantica.htm. Dostęp 28 czerwca 2021 r.
