Vad är kvantberäkning?

datoranvändningkvant är vetenskapen som studerar utvecklingen av algoritmer och mjukvaror baserad på information som behandlas av kvantsystem, tycka om atomer, fotoner eller partiklarsubatomär. Till skillnad från klassiska datorer fungerar kvantdatorer enligt probabilistiska lagar kvantfysik.

De möjligheter som kvantberäkning ger en ny horisont för teknisk utveckling och låta oss föreställa oss en framtid med datorer som kan lösa mer komplexa uppgifter i ständigt ökande tider. minderåriga.

Seockså:Fysik upptäckter som inträffade av misstag

Vad är en kvantdator?

O datorkvant är en maskin som kan vara planeradförlösaproblemlogisk, liksom dagens elektroniska datorer. Medan våra datorer använder den elektriska strömmen som går genom transistorer för att emulera bitarna 1 och 0 gör kvantdatorer det baserat på kvantmätningar, t.ex. energinivåer av ett kluster av atomer, riktningarna för polarisering av fotoner etc.

IBM Q, kvantdatorn på 20 qubits från IBM, presenterad i januari 2019.

Hur fungerar kvantberäkning?

Kvantberäkning baseras på utvecklingen av logiska algoritmer som kan köras av en annan typ av dator än en vanlig dator. Kvantdatorer är extremt komplexa maskiner och det beror på en termisk balans för känslig. De flesta av dessa datorer kan bara fungera vid mycket låga temperaturer, så de kyls till -272 ° C med hjälp av kväve eller flytande helium.

Detta beror på att bitarkvant(även kallad qubits) de måste vara i "tuning" hela tiden (tekniskt säger vi att de måste vara i fas), och varje plötslig temperaturvariation kan "blanda dem".

Klassisk beräkning görs via kretsar som registrerar och styr genomgången av elektrisk ström. Grovt sagt när passagen av elektrisk strömregistrerar datorn denna information i form av en bit, som kan vara 0 eller 1. Alla uppgifter som utförs av datorer fungerar genom att manipulera dessa bitar.

I kvantdatorer erhålls i sin tur information från andra saker, såsom riktningen för snurra av en atom, polariseringen av en foton, energinivåerna i ett kluster av atomer, etc. Trots att de skiljer sig från varandra har dessa system en sak gemensamt: regleras av lagarna i kvantfysik.

För att utveckla en djupare förståelse för kvantdatorer behöver vi veta lite av kvantmekanismens konstighet, eller hur?

Se också:Heisenbergs osäkerhetsprincip - En av de mest nyfikna principerna i fysik

Dator- och kvantmekanik

På lagar som styr beteendet hos kvantbitar skiljer sig helt från klassisk fysik.

Enligt klassisk fysik, innan du öppnar en låda med en lampa förväntas endast två resultat: lampan kommer att vara på eller av. Enligt kvantmekanikens lagar kan dock inte lampans tillstånd bekräftas utan att ha observerat det direkt.

Om vi ​​antar att lampan i fråga är ett kvantföremål skulle lampans tillstånd vara a innan vi öppnar lådan kombination av alla möjligheter. När ögonblicket öppnades försvann alla kombinationer av tillstånd och lampan antar bara en av de möjliga konfigurationerna: på eller av. Det är som om okunnighetstillstånd om vad som är inne i lådan skulle glödlampan tändas och släckas samtidigt, men vad får naturen att välja en av staterna? Vi vet inte.

Denna funktion av kvantmekanik gör det möjligt för qubits att anta alla möjliga tillstånd innan de observeras. I praktiken, qubits överväger resultatet av en operation redan innan den har varit färdiga, det är som om vi kunde veta resultatet av ett spel med huvuden eller svansar när myntet fortfarande låg i luften.

Möjligheterna med kvantberäkning erbjuder en enorm beräkningsvinst, eftersom varje qubit motsvarar 2 klassiska bitar, motsvarar därför en kvantdator som arbetar med 64 bitar en klassisk dator utrustad med 2⁶⁴ bitar (ca 1.8.10¹⁹ bitar). Siffrorna förstärker bara att kvantberäkning är en stor satsning för framtiden.

Seockså:7 frågor fysik har inte kunnat svara på

Kvantberäkning idag

Under de senaste åren möjliggjorde tekniska framsteg skapandet av det första processorerkvant funktionell. Sedan dess har framstegen i konstruktionen av kvantchips skett i snabbare takt, delvis på grund av stort kommersiellt intresse från branschen. säkerhet,kryptovalutor,banker,universitet och andra.

Stora datorföretag som Google och den IBM, har producerat allt mer kraftfulla kvantdatorer. Den senaste versionen är Googles kvantdator, som "bara" har 53 qubits. Den här datorn kunde på några minuter göra en beräkning som världens snabbaste dator skulle utföra på minst 10 000 år.

Av Rafael Hellerbrock
Fysiklärare

Källa: Brazil School - https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-computacao-quantica.htm