výpočtovýkvantová je veda, ktorá skúma vývoj algoritmy a softvér na základe informácií, ktoré sú spracované kvantovými systémami, Páči sa mi to atómy, fotóny alebo časticesubatomárne. Na rozdiel od klasických počítačov fungujú kvantové počítače podľa pravdepodobnostných zákonov z roku kvantová fyzika.
Možnosti, ktoré poskytuje kvantová výpočtová technika, otvárajú nový horizont technologického rozvoja a dovoľte nám predstaviť si budúcnosť s počítačmi schopnými riešiť zložitejšie úlohy v neustále sa zvyšujúcich časoch. maloletí.
Pozritiež:Fyzikálne objavy, ku ktorým došlo náhodou
Čo je to kvantový počítač?
O počítačkvantová je stroj, ktorý môže byť naplánovanýprevyriešiťproblémylogické, rovnako ako dnešné elektronické počítače. Zatiaľ čo naše počítače používajú elektrický prúd, ktorý prechádza cez tranzistory na emuláciu bitov 1 a 0 to robia kvantové počítače na základe kvantových meraní, ako napr úrovne energie zhluku atómov, smery polarizácia fotónov atď.
Ako funguje kvantové výpočty?
Kvantové výpočty sú založené na vývoji logických algoritmov, ktoré je možné vykonať iným typom počítača ako konvenčným. Kvantové počítače sú mimoriadne zložité stroje a to záleží na a tepelná bilancia príliš jemné. Väčšina z týchto počítačov môže pracovať iba pri veľmi nízkych teplotách, takže sú ochladené na teplotu okolo -272 ° C pomocou dusík alebo tekuté hélium.
Je to preto, lebo bitykvantová(tiež nazývaný qubits) musia byť neustále v „ladení“ (technicky povedané, hovoríme, že musia byť vo fáze) a akákoľvek náhla zmena teploty môže byť „zamiešať ich“.
Teraz neprestávajte... Po reklame je toho viac;)
Klasické výpočty sa vykonávajú prostredníctvom obvodov, ktoré registrujú a riadia prechod elektrického prúdu. Zhruba povedané, keď je prechod elektrický prúdpočítač zaznamená tieto informácie vo forme bitu, ktorý môže byť 0 alebo 1. Všetky úlohy vykonávané počítačmi pracujú manipuláciou s týmito bitmi.
V kvantových počítačoch sa zase informácie získavajú z iných vecí, ako je napríklad smer točiť sa atómu, polarizácia fotónu, energetické hladiny zhluku atómov atď. Napriek tomu, že sa navzájom líšia, majú tieto systémy jednu spoločnú vlastnosť: sa riadia zákonmi kvantová fyzika.
Aby sme hlbšie porozumeli kvantovým počítačom, musíme poznať niektoré čudnosti kvantovej mechaniky, však?
Pozri tiež:Heisenbergov princíp neurčitosti - jeden z najzaujímavejších princípov fyziky
Výpočet a kvantová mechanika
O zákony riadenie správania kvantových bitov sú úplne odlišné od správania v klasickej fyzike.
Podľa klasická fyzika, pred otvorením škatule obsahujúcej lampu sa očakávajú iba dva výsledky: lampa sa rozsvieti alebo zhasne. Podľa zákonov kvantovej mechaniky však nemožno stav žiarovky potvrdiť bez toho, aby sme ju priamo pozorovali.
Ak vychádzame z toho, že predmetná lampa je kvantový objekt, bol by stav lampy skôr, ako otvoríme krabicu, a kombinácia všetkých možností. V okamihu, keď bola krabica otvorená, všetky kombinácie stavov zmizli a lampa by predpokladala iba jednu z možných konfigurácií: zapnutá alebo vypnutá. Je to akoby podmienka nevedomosti o tom, čo je v krabici, by spôsobilo, že žiarovka sa zapína a vypína súčasne, ale čo vedie k tomu, že si príroda vyberie jeden zo štátov? Nevieme.
Táto vlastnosť kvantovej mechaniky umožňuje qubitom pred pozorovaním zaujať všetky možné stavy. V praxi, qubits považuje výsledok operácie ešte skôr, ako bola dokončil, akoby sme mohli poznať výsledok hry hláv alebo chvostov, keď bola minca stále vo vzduchu.
Možnosti kvantového výpočtu ponúkajú a obrovský výpočtový zisk, pretože každý qubit je ekvivalentný 2 klasickým bitom, kvantový počítač, ktorý pracuje so 64 bitmi, je ekvivalentný s klasickým počítačom vybaveným 264 bity (asi 1.8.1019 bity). Čísla iba posilňujú to, že kvantové výpočty sú a veľká stávka do budúcnosti.
Pozritiež:Sedem otázok, na ktoré fyzika nedokázala odpovedať
Kvantové výpočty dnes
V posledných rokoch umožnil technologický pokrok vytvorenie prvého spracovateliakvantová funkčné. Odvtedy pokrok v konštrukcii kvantových čipov prebiehal zrýchleným tempom, čiastočne kvôli veľkému obchodnému záujmu zo strany priemyslu. bezpečnosť,kryptomeny,banky,univerzity a ďalšie.
Veľké počítačové spoločnosti ako napr Google a IBM, vyrobili stále výkonnejšie kvantové počítače. Posledným vydaním je kvantový počítač spoločnosti Google, ktorý má „iba“ 53 qubitov. Tento počítač dokázal za pár minút vykonať výpočet, ktorý by najrýchlejší počítač na svete vykonal najmenej za 10 000 rokov.
Autor: Rafael Hellerbrock
Učiteľ fyziky
Prajete si odkaz na tento text v školskej alebo akademickej práci? Pozri:
HELERBROCK, Rafael. „Čo je to kvantové výpočty?“; Brazílska škola. Dostupné v: https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-computacao-quantica.htm. Prístup k 28. júnu 2021.
