Kvantno računalo

Sadržaj članka

---

• Što je kvantno računalo?
• Prednosti
• Kako funkcionira qubit?
• Kvantno računanje
• Superpozicija i zamagljivanje
• dekoherenciju
• Vjerojatnost stvaranja kvantnog računala
• Gdje se mogu koristiti kvantna računala?

---

Povećanje računalne snage tehnologije jedan je od glavnih zadataka znanstvenika i inženjera. Kvantno računalo to može riješiti. Uređaj razvijaju Google, IBM, Intel i druge tvrtke. Teoretski, kvantno računalo će raditi 100 milijuna puta brže nego inače.

Što je kvantno računalo?

Takav računalni uređaj ne radi s bitovima, već s qubitsima. Zbog toga je kvantno računalo sposobno istovremeno obrađivati ​​sva moguća stanja objekta. Ali u praksi superračunala izvode isti broj logičnih operacija u minuti..

Prednosti

Glavna prednost nove tehnologije je kvantna superiornost. Ovo je sposobnost računalnih uređaja da rješavaju zadatke nedostupne moćnim superračunalima. Nisu svi znanstvenici podržavaju ideju stvaranja takvog računala. Glavni argument protiv toga je nemogućnost provjere ispravnosti dobivenog rješenja. Tijekom izračuna, uređaj može pogriješiti miješanjem 0 i 1, a problem neće biti moguće identificirati.

U ovom trenutku, glavni problem stvaranja kvantne superiornosti je stabilnost qubita. Ti elementi zahtijevaju pažljivo rukovanje: slučajni šum ili vibracije dovode do gubitka podataka koje je računalo moglo izračunati. Za stabilan rad opreme, temperatura okoline ne smije biti veća od 20 mK.

Kako funkcionira qubit?

U standardnim računalima informacije su predstavljene u binarnom kodu. Bitovi za pohranu i obradu podataka uzimaju vrijednosti 0 ili 1. Tranzistori izvode matematičke operacije, a rezultat pretvorbe binarnog koda pojavljuje se na zaslonu.

Qubit je jedinica za pohranu podataka u kvantnom računalu. Pored 0 i 1, može biti u neodređenom graničnom stanju zvanom superpozicija. Da biste dobili qubit, morate uzeti jedan atom, popraviti ga i stabilizirati ga, štiteći ga od vanjskog zračenja, vezati ga na drugi atom.

Što su takvi elementi međusobno povezani, sustav stabilnije funkcionira. Da biste nadmašili klasično superračunalo, trebate vezati više od 49 kubika. To je vrlo teško učiniti: atomi su, bez obzira na upotrijebljene materijale, uvijek nestabilni.

Kvantno računanje

Teorija kaže da bez interakcije s drugim česticama, elektron nema jednoznačne koordinate u atomskoj orbiti. Tek tijekom mjerenja nestaje nesigurnost, a mjesto čestice postaje poznato.

Vjerojatnost prirode promjena omogućuje upotrebu kvantnog računanja za pretraživanje nestrukturiranih baza podataka..

Superpozicija i zamagljivanje

Rad računala se temelji na dva mehanička fenomena:

1. Zbunjenost. Fenomen u kojem je stanje dvaju ili više objekata međusobno ovisno. Na primjer, kod 2 fotona u zapetljanom stanju, helikost će biti negativna i pozitivna. Veza će ostati ako uklonite objekte jedni iz drugih u svemiru.
2. Koherentna superpozicija. Istodobni utjecaj na česticu alternativnih (međusobno isključivih) uvjeta.

dekoherenciju

To je proces u kojem stanje kvantnog sustava postaje nekontrolirano. Dekoherencija se javlja kada mnogi kubiti ovise jedan o drugom. Problem nastaje kada računalo komunicira sa zračenjem, kozmičkim zrakama ili magnetskim poljem..

Da bi se računala zaštitila od “valjanja” do uobičajenih računalnih procesa, koriste se različite metode. D-Wave sustavi hlade atome do nule kako bi ih zaštitili od vanjskih utjecaja. Kvantni procesor smješten je u zaštitnim školjkama, tako da je gotov uređaj vrlo glomazan.

Vjerojatnost stvaranja kvantnog računala

Kubit se ne može izgraditi od nekoliko čestica, a samo atomi mogu biti u potrebnom stanju. Ove višestruke čestice se, prema zadanim postavkama, ne naseljavaju. Kineski i kanadski znanstvenici pokušali su upotrijebiti fotonske čipove za razvoj računala, ali istraživanje nije bilo uspješno.

Postojeće vrste kvantnih računala:

• u poluvodičkim kristalima silicija;
• na elektrone u poluvodičkim kvantnim točkama;
• u mikro šupljinama s jednom šupljinom;
• na linearnim optičkim elementima;
• na ione u jednodimenzionalnom kristalu zarobljenom u Paulu.

Kvantno računanje uključuje niz operacija koje se izvode s jednim ili više qubita što uzrokuje promjene na cijelom sustavu. Zadatak je odabrati iz svih njegovih stanja ono ispravno koje daje rezultat izračuna. Može postojati što više stanja, što je moguće bliže istinskom.

Točnost ovih izračuna gotovo se uvijek razlikuje od jedinstva..

Punopravno kvantno računalo zahtijeva značajan napredak u fizici. Programiranje bi se trebalo razlikovati od postojećih sada. Uređaji za kvantno računanje neće moći riješiti probleme koji su izvan moći običnih, ali će ubrzati rješenja onih s kojima se suočavaju..

Posljednje otkriće bilo je kreiranje Google-ovog procesora Bristlecone-a. U proljeće 2018. godine tvrtka je izdala izjavu o dobivanju procesora od 72 kbita, ali njegova načela rada nisu podržala. Vjeruje se da će za postizanje “kvantne superiornosti”, kada PC počne prelaziti uobičajene, biti potrebno 49 kubika. Google je postigao uvjet, ali vjerojatnost pogreške u izračunavanju (0,6%) ostala je iznad tražene.

Gdje se mogu koristiti kvantna računala?

Suvremena kriptografija temelji se na činjenici da je nemoguće brzo rastaviti broj na 40-50 znakova. Klasičnim računalima trebaće 1-2 milijarde godina da to postignu. Kvantno računalo će ove matematičke proračune izvršiti za 25 sekundi. To znači da se svaki algoritam šifriranja može odmah probiti..

Ostale primjene uređaja za kvantno računanje:

• modeliranje kemijskih reakcija;
• Umjetna inteligencija;
• razvoj novih lijekova.

Moderna kvantna računala ne znaju kako.

Uređaji mogu obavljati jedan matematički algoritam s nevjerojatnim performansama..

Nabavljaju ih velike tvrtke, na primjer, za prikupljanje podataka o korisnicima.