การคำนวณควอนตัม เป็นศาสตร์ที่ศึกษาพัฒนาการของ อัลกอริทึม และ ซอฟต์แวร์ ตามข้อมูลที่ประมวลผลโดยระบบควอนตัม, ชอบ อะตอม, โฟตอน หรือ อนุภาคอะตอม ไม่เหมือนคอมพิวเตอร์ทั่วไป คอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงานตามกฎความน่าจะเป็นของ ฟิสิกส์ควอนตัม.
ความเป็นไปได้จากการคำนวณควอนตัมเปิดขอบฟ้าใหม่สำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีและ ทำให้เราสามารถจินตนาการถึงอนาคตด้วยคอมพิวเตอร์ที่สามารถแก้ไขงานที่ซับซ้อนมากขึ้นได้ในเวลาที่เพิ่มมากขึ้น ผู้เยาว์
ดูยัง:การค้นพบทางฟิสิกส์ที่เกิดขึ้นโดยบังเอิญ
คอมพิวเตอร์ควอนตัมคืออะไร?
โอ คอมพิวเตอร์ควอนตัม เป็นเครื่องที่สามารถ กำหนดการสำหรับแก้ปัญหาตรรกะเช่นเดียวกับคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบัน ในขณะที่คอมพิวเตอร์ของเราใช้กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน ทรานซิสเตอร์ เพื่อจำลองบิต 1 และ 0 คอมพิวเตอร์ควอนตัมทำตามการวัดควอนตัมเช่น ระดับพลังงาน ของกระจุกอะตอม ทิศทางของ โพลาไรซ์ ของโฟตอนเป็นต้น
การคำนวณควอนตัมทำงานอย่างไร
การคำนวณควอนตัมขึ้นอยู่กับการพัฒนาของอัลกอริธึมเชิงตรรกะที่สามารถดำเนินการได้ด้วยคอมพิวเตอร์ประเภทที่แตกต่างจากคอมพิวเตอร์ทั่วไป คอมพิวเตอร์ควอนตัมคือ
เครื่องจักรที่ซับซ้อนมาก และนั่นก็ขึ้นอยู่กับ a สมดุลความร้อน ละเอียดอ่อนเกินไป คอมพิวเตอร์เหล่านี้ส่วนใหญ่สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิต่ำมากเท่านั้น ดังนั้นจึงถูกทำให้เย็นลงที่ประมาณ -272 °C โดยใช้C ไนโตรเจน หรือฮีเลียมเหลวทั้งนี้เป็นเพราะ บิตควอนตัม(เรียกอีกอย่างว่า qubits) พวกเขาจำเป็นต้องอยู่ใน "การปรับ" ตลอดเวลา (ในทางเทคนิค เราบอกว่าพวกเขาต้องอยู่ในเฟส) และการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างกะทันหันสามารถทำได้ "สับเปลี่ยนพวกเขา".
อย่าเพิ่งหยุด... มีมากขึ้นหลังจากโฆษณา ;)
การคำนวณแบบคลาสสิกจะทำผ่านวงจรที่ลงทะเบียนและควบคุมการผ่านของกระแสไฟฟ้า กล่าวโดยคร่าว ๆ เมื่อเนื้อเรื่องของ กระแสไฟฟ้า, คอมพิวเตอร์จะบันทึกข้อมูลนี้ในรูปแบบบิต ซึ่งสามารถเป็น 0 หรือ 1 งานทั้งหมดที่ดำเนินการโดยคอมพิวเตอร์ทำงานโดยจัดการบิตเหล่านี้
ในทางกลับกัน คอมพิวเตอร์ควอนตัม ได้ข้อมูลจากสิ่งอื่น เช่น ทิศทางของ of ปั่น ของอะตอม โพลาไรเซชันของโฟตอน ระดับพลังงานของกลุ่มอะตอม ฯลฯ แม้จะแตกต่างกัน แต่ระบบเหล่านี้มีสิ่งหนึ่งที่เหมือนกัน: อยู่ภายใต้กฎหมายของ ฟิสิกส์ควอนตัม.
เพื่อพัฒนาความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับคอมพิวเตอร์ควอนตัม เราจำเป็นต้องรู้ความแปลกประหลาดบางอย่างของกลศาสตร์ควอนตัมใช่ไหม
ดูด้วย:หลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก - หนึ่งในหลักการที่น่าสงสัยที่สุดในวิชาฟิสิกส์
กลศาสตร์คอมพิวเตอร์และควอนตัม
ที่ กฎหมาย การควบคุมพฤติกรรมของควอนตัมบิตนั้นแตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากพฤติกรรมของควอนตัมบิต
ให้เป็นไปตาม ฟิสิกส์คลาสสิกก่อนเปิดกล่องที่มีหลอดไฟ คาดว่าจะได้ผลเพียงสองอย่างเท่านั้น: หลอดไฟจะเปิดหรือปิด อย่างไรก็ตาม ตามกฎของกลศาสตร์ควอนตัม สถานะของหลอดไฟไม่สามารถยืนยันได้โดยไม่ได้สังเกตโดยตรง
หากเราคิดว่าหลอดไฟที่เป็นปัญหานั้นเป็นวัตถุควอนตัม ก่อนที่เราจะเปิดกล่อง สถานะของหลอดไฟจะเป็น รวมทุกความเป็นไปได้. ทันทีที่กล่องถูกเปิด ชุดสถานะทั้งหมดจะหายไป และหลอดไฟจะถือว่ามีการกำหนดค่าที่เป็นไปได้เพียงอย่างใดอย่างหนึ่งเท่านั้น: เปิดหรือปิด มันเหมือนกับว่า สภาพความไม่รู้ ว่าภายในกล่องมีอะไรบ้างที่จะช่วยให้โคมไฟเปิดปิดได้พร้อมๆ กัน แต่อะไรทำให้ธรรมชาติเลือกสถานะใดสถานะหนึ่ง? พวกเราไม่รู้.
คุณลักษณะของกลศาสตร์ควอนตัมนี้ช่วยให้ qubits สามารถสมมติสถานะที่เป็นไปได้ทั้งหมดก่อนที่จะถูกสังเกต ในทางปฏิบัติ qubits พิจารณาผลลัพธ์ของการดำเนินการก่อนที่จะเป็น เสร็จแล้วราวกับว่าเราสามารถรู้ผลของการเล่นหัวหรือก้อยเมื่อเหรียญยังลอยอยู่ในอากาศ
ความเป็นไปได้ของการคำนวณควอนตัมเสนอ a กำไรจากการคำนวณมหาศาลเนื่องจากแต่ละ qubit เทียบเท่ากับ 2 บิตแบบคลาสสิก ดังนั้น คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทำงานด้วย 64 บิตจึงเทียบเท่ากับคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกที่มี 2 บิต64 บิต (ประมาณ 1.8.1019 บิต) ตัวเลขช่วยเสริมว่าการคำนวณควอนตัมคือ a เดิมพันครั้งใหญ่สำหรับอนาคต.
ดูยัง:7 คำถามที่ฟิสิกส์ยังตอบไม่ได้
คอมพิวเตอร์ควอนตัมวันนี้
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีทำให้เกิดการขึ้นครั้งแรก โปรเซสเซอร์ควอนตัม การทำงาน. ตั้งแต่นั้นมา ความก้าวหน้าในการสร้างชิปควอนตัมได้เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว ส่วนหนึ่งเป็นเพราะความสนใจในเชิงพาณิชย์อย่างมากจากอุตสาหกรรมนี้ ความปลอดภัยเงินดิจิตอล,ธนาคารมหาวิทยาลัย และคนอื่น ๆ.
บริษัทคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ เช่น Google และ ไอบีเอ็ม, ได้ผลิตคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น รุ่นล่าสุดคือคอมพิวเตอร์ควอนตัมของ Google ซึ่งมี "เพียง" 53 qubits. คอมพิวเตอร์เครื่องนี้สามารถคำนวณได้ในเวลาไม่กี่นาทีว่าคอมพิวเตอร์ที่เร็วที่สุดในโลกจะทำงานได้อย่างน้อย 10,000 ปี
โดย Rafael Hellerbrock
ครูฟิสิกส์
คุณต้องการอ้างอิงข้อความนี้ในโรงเรียนหรืองานวิชาการหรือไม่ ดู:
เฮเลอร์บร็อค, ราฟาเอล. "การคำนวณควอนตัมคืออะไร"; โรงเรียนบราซิล. มีจำหน่ายใน: https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-computacao-quantica.htm. เข้าถึงเมื่อ 28 มิถุนายน 2021.
