Quantum Computing Explained (nagu olete 5-aastane)
Mõiste "Quantum Computing", mis on hiljuti viirus - tänu teatud peaministrile - on üks paljudest mitteametlikest teadusvaldkondadest, mida me ei ole teadlased.
Põhjus, miks enamik meist ei ole sellest veel kuulnud, hoolimata sellest, et see on juba aastakümneid, on see enamasti see on teoreetiline ja need, kes seda alguses katsetasid olid väga hush-hush selle tõttu vajadus sõjalise ja ärisaladuse järele.
Sellegipoolest teame nüüd, et eksisteerib kvantmehaanika ja arvutite kombinatsioon ning äkki on see kõik huvipakkuv. Kui te ei tea, milline on kvantarvuti, kuid ei soovi seda silmusest välja jätta, lugege edasi, miks see on parem kui traditsioonilised arvutid, millega täna töötame.
Traditsiooniliste arvutite ja bittide kohta
Arvutid on enamasti digitaalsed ja tahavad suhtlema binaararvudega esitatud andmetega bitti (0 ja 1). Olgu need pildid, tekst, heli või muud andmed - see on kõik salvestatud bittidena.
Füüsiliselt võivad binaararvud 0 ja 1 olla esindatud mis tahes kahese riigi üksusega nagu münt (pea ja saba) või lüliti (sisse või välja). Arvutites on bitid pinge olemasolu või puudumine (1 või 0) või magnetilise suuna muutmine või säilitamine magnetvälja kõvakettad.
Andmeid töödeldakse salvestatud bittide arvutamisega. Arvutamine toimub loogiliste väravate abil, mis koosnevad tavaliselt transistoritest, mis kontrollivad elektroonilise signaali läbipääsu. Kui see võimaldab signaali läbida, on see bit 1 ja kui signaal on ära lõigatud, on see 0.
Transistorite piirid
Pidevalt väheneva kiibi suuruse ja komponentide arvu suurenemise tõttu võivad elektroonilised seadmed tulla miljoneid transistoreid, mis võivad olla nii väikesed kui 7nm (mis on 1000 korda väiksem kui punaste verelibledega ja ainult 20 korda suurem kui mõned aatomid).
Transistorite suurus võib jätkata kahanemist, kuid lõpuks tabavad nad füüsilist piiri, kus elektronid tunnelivad neid läbi ja elektroonilise signaali voolu üle ei kontrolli.
Sest üha kasvav vajadus võimas arvutus ja väiksemad seadmed, elektroonilise põhikomponendi suuruse piirmäär on edenemise piiramine. Teadlased otsivad uusi võimalusi andmete arvutamiseks ja salvestamiseks kulub vähem aega ja ruumi, ja üks võimalikest viisidest on kvantarvutus.
Qubits, superpositsioon ja sundimine
Kvantarvutus kasutab andmete esitamiseks bittide asemel qubiti. Qubitid on esindatud kvanttiosakestega nagu elektronid ja fotonid.
Kvantosakesed omavad selliseid omadusi nagu spin ja polarisatsioon, mida saab kasutada andmete esitamiseks. Näiteks võib ülespoole pöörlev qubit olla 1 ja alla 0.
Kuid kvantarvutite jõud tuleneb asjaolust, et erinevalt bitidest, mis on kas 1 või 0, qubits võib olla 1 ja 0 samaaegselt, kutsutud vara tõttu superpositsioon, kus kvantosakesed on mitmes riigis samal ajal.
See suurendab qubiti arvutusvõimsust, kuna seda saab kasutada nii 1 kui ka 0 puhul arvutamise ajal ja lõpuks, üks kord mõõdetud, see muutub kas 1 või 0.
Superpositsiooni vara saab kergesti seletada Austria füüsiku Schrödingeri kujutlusvõimelise kassiga tehtud kuulsate mõttekatsetega..
Kvantimaailmas on olemas ka teine omadus, mida saab arvutuses ära kasutada kvantsi takerdumine. See viitab põhimõtteliselt kvantosakeste omadused, mis sulanduvad ja muutuvad üksteisest sõltuvaks ja seega ei saa neid eraldi muuta.
Nad tegutsevad nagu ühtne süsteem üldseisundiga.
Oletame, et 2 qubitit läbib takerdumine, kui üks qubiti olekust muutub, teine muutub ka. See toob kaasa tegeliku paralleelse töötlemise või arvutamise, mis võib oluliselt vähendada arvutamisaega võrreldes traditsiooniliste arvutitega.
Raskused ja kasutused
Teadlased ja insenerid, nagu näiteks, on palju praktilisi takistusi qubitide jaoks kontrollitud keskkonna loomine ja leida võimalusi nende omaduste manipuleerimiseks, soovitud tulemuse saavutamiseks.
Aga kui suure arvutusvõimega kvantarvutid on lõpuks loodud, saab neid kasutada muidu lahendatavate probleemide lahendamiseks võtab väga kaua aega traditsiooniliste arvutitega.
Suurte arvu peamiste tegurite leidmine, reisijatemüüja probleem paljudes linnades ja muud sarnased probleemid tulemuse saamiseks on vaja eksponentsiaalset arvu võrdlusis. Ka kolossaalsete andmebaaside otsing on isegi praeguste digitaalsete arvutite jaoks väga aeganõudev protsess.
Neid küsimusi saab käsitleda kvantarvutitega, mis suudavad mõne minuti jooksul lahendada probleeme, mis võivad traditsioonilistes arvutites sajandeid kuluda.
(H / T: IBM)
