คอมพิวเตอร์ควอนตัม: มันคืออะไรและทำงานอย่างไร

โอ คอมพิวเตอร์ควอนตัม เป็นอุปกรณ์ตั้งโปรแกรมที่สามารถทำงานได้ capable การคำนวณและอัลกอริทึม ผ่านการจัดการและการอ่านข้อมูลที่จัดเก็บไว้ในระบบควอนตัม เช่น อะตอม, โมเลกุล, โปรตอน, อิเล็กตรอน และ โฟตอน. ในคอมพิวเตอร์ประเภทนี้ บิตควอนตัม ซึ่งโดยธรรมชาติแล้วทำให้คอมพิวเตอร์ประเภทนี้สามารถทำงานได้ ซึ่งจะใช้เวลาหลายพันหรือล้านปีในการสร้างด้วยคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์

อ่านมากกว่า:หลุมดำคืออะไรและทำงานอย่างไร?

คอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงานอย่างไร

คุณ คอมพิวเตอร์ควอนตัม แตกต่างไปจากคอมพิวเตอร์ทั่วไปโดยสิ้นเชิง ซึ่งขึ้นอยู่กับการผ่าน กระแสไฟฟ้า ผ่านอุปกรณ์ขนาดเล็ก เซมิคอนดักเตอร์เรียกว่า ทรานซิสเตอร์. คอมพิวเตอร์ชนิดใหม่นี้สามารถทำงานได้จากระบบควอนตัมที่หลากหลายที่สุด อย่างไรก็ตาม การใช้งานที่ได้รับความนิยมมากที่สุด most อ่าน ปั่น, คุณสมบัติควอนตัมที่มีอยู่ในอนุภาคเช่น โปรตอน, โฟตอน และ อิเล็กตรอน

ตรรกะเบื้องหลังคอมพิวเตอร์ควอนตัมยังแตกต่างจากที่ใช้ในคอมพิวเตอร์เล็กน้อย คลาสสิกซึ่งดำเนินการผ่านประโยคตรรกะซึ่งผลลัพธ์ที่เป็นไปได้เป็นเพียงตัวเลข 0 และ 1.

ความแตกต่างระหว่างคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์ควอนตัมคือเนื่องจาก

ธรรมชาติความน่าจะเป็น ให้ ฟิสิกส์ควอนตัมก่อนที่เราจะอ่าน นิดหน่อยควอนตัม สถานะของมันสามารถไม่เพียง 0 หรือ 1 แต่ยังรวมถึง สี่แยก ระหว่างรัฐเหล่านี้ เหมือนกับในคอมพิวเตอร์ควอนตัม คำตอบเช่น ใช่ ไม่ใช่ และยอมรับทั้งสองอย่างพร้อมกัน หากคุณต้องการเข้าใจความน่าจะเป็นของโลกควอนตัมมากขึ้น โปรดไปที่ข้อความของเราที่ หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก.

โปรเซสเซอร์ควอนตัม 53 บิตที่พัฒนาโดย Google ในปี 2019 [1]

คุณสมบัติประหลาดที่ทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีความพิเศษเรียกว่า special ยุบให้อาชีพในคลื่น. ระบบควอนตัมทั้งหมดได้รับการอธิบายอย่างสมบูรณ์โดยฟังก์ชันคลื่นตามลำดับ แต่ก่อนที่เราจะดูระบบควอนตัมโดยมองหาระบบควอนตัมบางส่วน ความยิ่งใหญ่ทางกายภาพ ที่สามารถวัดได้ (มวล ประจุไฟฟ้า สนามแม่เหล็ก เป็นต้น) ฟังก์ชันคลื่นที่รองรับได้ มากกว่าหนึ่งค่าสำหรับแต่ละปริมาณเหล่านี้ และมีความเป็นไปได้ที่จะวัดค่าเหล่านี้แต่ละค่า

อย่าเพิ่งหยุด... มีมากขึ้นหลังจากโฆษณา ;)

คุณอาจกำลังถามตัวเองว่า ข้อดีของการไม่รู้ค่าที่เป็นไปได้ของการวัดควอนตัมล่วงหน้าคืออะไร คำตอบคือ: ก่อนทำการคำนวณใดๆ ตัวอย่างเช่น ลักษณะของควอนตัมบิตช่วยให้มั่นใจว่าคำตอบที่ถูกต้องเป็นไปได้ กล่าวอีกนัยหนึ่งเราสามารถพูดได้ว่าคอมพิวเตอร์มีอยู่แล้ว ถือว่าได้ผลลัพธ์มากมายแม้กระทั่งก่อนที่จะได้คำตอบการคำนวณ สิ่งนี้ทำให้ causes เวลาการคำนวณ ที่ใช้แก้ปัญหาที่ซับซ้อนได้เช่นกัน ลดลงอย่างมาก.

ดูยัง: นักฟิสิกส์ที่สำคัญที่สุดบางคนในประวัติศาสตร์และการค้นพบของพวกเขา

ความเป็นไปได้ของควอนตัมคอมพิวเตอร์

แต่สุดท้ายแล้ว เราสามารถทำอะไรกับคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้บ้าง มีโอกาสมาก, คอมพิวเตอร์ควอนตัม จะไม่ถูกนำมาใช้เพื่อจุดประสงค์เล็กน้อย เช่น การท่องอินเทอร์เน็ตหรือดูวิดีโอ เนื่องจากสำหรับวัตถุประสงค์เหล่านี้ คอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ค่อนข้างมีประสิทธิภาพ นอกจากจะถูกกว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมมากแล้ว

อย่างไรก็ตามเมื่อเราพูดถึง การคำนวณคอมเพล็กซ์เช่นเดียวกับผู้ที่เกี่ยวข้องกับ การเข้ารหัสในรหัสผ่านธนาคารการใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะช่วยได้มาก หากเราสามารถทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมเป็นอุปกรณ์ที่ทำงานได้อย่างสมบูรณ์ เราก็จะสามารถ จำลอง สิ่งที่เราไม่เคยคิดว่าจะเป็นไปได้ เช่น การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศของโลก การก่อตัวกาแลคซี การจำลองระบบสิ่งมีชีวิต และความเป็นไปได้อื่นๆ อีกมากมาย

ดูด้วย: การมีส่วนร่วมของไอน์สไตน์ในโครงการที่ทำให้เกิดระเบิดปรมาณูคืออะไร?

Qubits - บิตควอนตัม

ควอนตัมบิตมักเรียกว่า qubits (ควอนตัมบิต) qubits เหล่านี้แสดงถึงการก้าวกระโดดครั้งใหญ่จากบิตที่ใช้โดยคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์: พวกเขา สามารถมีสถานะ 0 และ 1 พร้อมกันได้. ในทางปฏิบัติ มันเหมือนกับว่าความจุของคอมพิวเตอร์ควอนตัมเป็นเลขชี้กำลังเมื่อเทียบกับจำนวนบิต: คอมพิวเตอร์ควอนตัม 1 บิต เทียบเท่ากับคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ 2 บิตแบบคลาสสิก และคอมพิวเตอร์ควอนตัม 2 บิต เทียบเท่ากับคอมพิวเตอร์ 4 บิต อิเล็กทรอนิกส์. ดูตารางด้านล่างที่เกี่ยวข้องกับความจุของควอนตัมบิตกับการโต้ตอบกับบิตคลาสสิก:

ปริมาณควอนตัมบิต	การจับคู่บิตคลาสสิก Classic
1 คิวบิต	2 บิต
2 คิวบิต	4 บิต
10 คิวบิต	1024 บิต
20 คิวบิต	1048576 บิต
64 คิวบิต	1,84.10^19 บิต
512 คิวบิต	1,34.10^154 บิต

ดูยัง: ชื่อที่สำคัญที่สุดและการค้นพบที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในฟิสิกส์สมัยใหม่ Modern

2019 โปรเซสเซอร์ควอนตัม

เมื่อเร็ว ๆ นี้นักวิจัยของ Google อ้างว่าได้เข้าถึง reached "ควอนตัมสูงสุด"เพราะพวกเขาสามารถทำการคำนวณได้ภายใน 200 วินาที ซึ่งเป็นคอมพิวเตอร์ที่ล้ำหน้าที่สุดในโลก the การประชุมสุดยอดจาก IBM จะใช้เวลาประมาณ 10,000 ปี การทดลองที่ดำเนินการโดยนักวิจัยใช้ 53 qubits ซึ่งเท่ากับประมาณ 10¹⁶ บิตคลาสสิก เพื่อให้โปรเซสเซอร์ควอนตัมทำงานได้อย่างเต็มที่ คอมพิวเตอร์ถูกเก็บไว้ที่อุณหภูมิต่ำมาก ประมาณ 20 mK (0.02 K)

ผลลัพธ์ที่ได้จากการทดลองแสดงให้เห็นว่าแนวคิดเบื้องหลัง behind เครื่องในทัวริง ในทางทฤษฎีนั้นเป็นสากลและสามารถจำลองรูปแบบการคำนวณใด ๆ ก็ได้ อาจผิดก็ได้ นี่เป็นเพราะว่าคอมพิวเตอร์คลาสสิกตามทฤษฎีของทัวริงไม่สามารถดำเนินการ งานที่ดำเนินการโดยตัวประมวลผลควอนตัม อย่างน้อยก็ไม่ใช่ด้วยความเร็วเท่ากันหรือเท่ากัน ความแม่นยำ

เครดิตภาพ
[1] ธรรมชาติ

โดย Rafael Hellerbrock
ครูฟิสิกส์