Quantum Computing Explained (kuten olet 5-vuotias)
Käsite "Quantum Computing" äskettäin menevästä viruksesta - tietyn pääministerin ansiosta - on yksi monista luonnontilaisista tieteen alueista, jotka eivät ole tieteellisiä.
Syy siihen, että useimmat meistä eivät ole vielä kuulleet siitä vielä huolimatta siitä, että se on noin vuosikymmeniä, on suurimmaksi osaksi se on teoreettinen ja ne, jotka kokeilivat sitä alussa olivat hyvin hush-hush siitä sotilaallisen ja yrityksen salassapidon tarve.
Nyt tiedämme kuitenkin, että kvanttimekaniikan ja tietojenkäsittelyn yhdistelmä on olemassa ja yhtäkkiä tämä on kaikkien kiinnostuksen kohteena. Jos et tiedä, mitä kvanttitietokone on, mutta et halua jäädä pois silmukasta, lue lisää, miksi se on parempi kuin perinteiset tietokoneet, joiden kanssa työskentelemme tänään.
Perinteisistä tietokoneista ja bitteistä
Tietokoneet ovat enimmäkseen digitaalisia ja tahtovat vuorovaikutuksessa binaariluvuilla esitettyjen tietojen kanssa tunnetaan bitteinä (0: n ja 1: n). Olla se kuvia, tekstiä, ääntä tai muita tietoja - se on kaikki tallennettu bitteihin.
Fyysisesti binaariluvut 0 ja 1 voivat olla edustettuna käyttäen mitä tahansa kahden valtion yksikköä kuten kolikko (pää ja häntä) tai kytkin (päälle tai pois). Tietokoneissa bitit ovat jännitteen läsnäolo tai puuttuminen (1 tai 0), tai magneettisen suunnan muuttaminen tai säilyttäminen magneettisissa kiintolevyissä.
Tietoja käsitellään laskemalla tallennetut bitit. Laskenta tapahtuu loogisten porttien avulla, jotka tyypillisesti koostuvat transistoreista, jotka ohjaavat elektronisen signaalin kulkua. Jos se sallii signaalin kulkevan, se on bitti 1 ja jos signaali katkeaa, se on 0.
Transistorien rajat
Jatkuvasti pienenevän sirun koon ja kasvavien komponenttien määrän ansiosta elektroniikkalaitteissa voi olla miljoonia transistoreita, jotka voivat olla yhtä pieniä kuin 7nm (mikä on 1000 kertaa pienempi kuin punainen verisolu ja vain 20 kertaa suurempi kuin jotkut atomit).
Transistoreiden koko voi kutistua, mutta lopulta he osuvat fyysiseen rajaan, jossa elektronit vain tunnelevat niiden läpi ja elektronisen signaalin virtausta ei hallita.
Jotta voimakas laskenta ja pienemmät laitteet kasvavat jatkuvasti, elektronisen perusosan kokorajoitus on etenemisreuna. Tutkijat etsivät uusia tapoja kestää vähemmän aikaa ja tilaa tietojen laskemiseksi ja tallentamiseksi, ja yksi niistä tavoista, joita voimme käyttää, on kvantti laskenta.
Qubits, Superposition ja Entanglement
Kvanttilaskenta käyttää qubitteja bittien sijaan datan esittämiseen. Qubitit esitetään kvanttihiukkasilla, kuten elektronit ja fotonit.
Kvanttihiukkasilla on ominaisuuksia, kuten spin ja polarisaatio, joita voidaan käyttää tietojen esittämiseen. Esimerkiksi qubit, joka pyörittää ylöspäin, voi olla 1 ja alaspäin 0.
Kvanttilaskennan voima tulee kuitenkin siitä, että toisin kuin bittiä, jotka ovat joko 1 tai 0, qubitit voivat olla 1 ja 0 samanaikaisesti, koska ominaisuus kutsutaan päällekkäisyys, jossa kvanttihiukkaset ovat useissa valtioissa samaan aikaan.
Tämä lisää qubitin laskentatehoa, koska sitä voidaan käyttää sekä 1: n että 0: n aikana laskennan aikana ja lopulta kerran mitattu, siitä tulee joko 1 tai 0.
Superposition-omaisuutta voidaan helposti selittää kuuluisalla ajatuskokeella, jonka teki itävaltalaisen fyysikon Schrödingerin kuvitteellinen kissa.
Kvanttimaailmassa on myös toinen ominaisuus, jota voidaan hyödyntää tietojenkäsittelyssä kvantti sotkeutuminen. Se viittaa periaatteessa kvanttihiukkasten ominaisuudet, jotka sotkeutuvat ja tulevat riippuvaisiksi toisistaan ja näin ollen sitä ei voi muuttaa erikseen.
He toimivat kuten yhtenäinen järjestelmä, jossa on yleinen tila.
Sanotaan, että 2 qubitsia käydään sotkeutumalla, jos joku qubitin tilasta muuttuu, toinen muuttuu. Tämä johtaa todelliseen rinnakkaiskäsittelyyn tai tietojenkäsittelyyn, joka voi vähentää laskenta-aikaa merkittävästi perinteisiin tietokoneisiin verrattuna.
Vaikeudet ja käyttötavat
Tiedemiehillä ja insinööreillä on monia käytännön esteitä, kuten luodaan valvottu ympäristö qubitsille ja löytää keinoja manipuloida niiden ominaisuuksia, tuottaa toivottu lopputulos.
Mutta kun kvanttitietokoneet, joilla on suuri laskentateho, saadaan lopulta käyttöön, niitä voidaan käyttää ongelmien ratkaisemiseen, jotka muuten olisivat kestää hyvin kauan perinteiset tietokoneet.
Löydetään suuria määriä tärkeimpiä tekijöitä, matkustavan myyntimiehen ongelma monille kaupungeille ja muut vastaavat ongelmat vaativat eksponentiaalisen määrän vertailuja saadakseen tuloksens. Myös valtavien tietokantojen etsiminen on edelleenkin erittäin aikaa vievä prosessi jopa nykyisille digitaalisille tietokoneille.
Näitä kysymyksiä voidaan käsitellä kvanttitietokoneilla, jotka voivat ratkaista muutaman minuutin kuluessa ongelmat, jotka voivat kestää vuosisatoja perinteisissä tietokoneissa.
(H / T: IBM)
