▷ Apakah pemproses kuantum dan bagaimana ia berfungsi?

Anda mungkin tertanya-tanya apakah pemproses kuantum dan bagaimana ia berfungsi ? Dalam artikel ini kita akan menyelidiki dunia ini dan cuba untuk mengetahui lebih lanjut tentang makhluk aneh ini yang mungkin satu hari akan menjadi sebahagian daripada casis RGB yang indah, kuantum tentu saja.

Indeks kandungan

Seperti segala-galanya dalam kehidupan ini, anda menyesuaikan atau mati. Dan tepatnya apa yang berlaku dengan teknologi dan tidak tepat dalam jutaan tahun sebagai makhluk hidup, tetapi dalam masa beberapa tahun atau bulan. Teknologi sedang berkembang dengan pantas dan syarikat-syarikat besar sentiasa berinovasi dalam komponen elektronik mereka. Lebih banyak kuasa dan kurang penggunaan untuk melindungi alam sekitar adalah premis yang kini bergaya. Kami telah mencapai titik di mana pengatur litar bersepadu hampir mencapai batas fizikal. Intel mengatakan ia akan menjadi 5nm, di luar bahawa tidak akan ada Hukum Moore yang sah. Tetapi angka lain memperoleh kekuatan, dan ia adalah pemproses kuantum. Tidak lama kemudian, kami mula menjelaskan semua manfaatnya.

Dengan IBM sebagai pendahulu, syarikat-syarikat besar seperti Microsoft, Google, Intel dan NASA sudah berani berjuang untuk melihat siapa yang boleh membina pemproses kuantum yang paling boleh dipercayai dan berkuasa. Dan sudah pasti masa depan yang dekat. Kita lihat apa pemproses kuantum ini semua

Adakah kita memerlukan pemproses kuantum

Pemproses semasa adalah berdasarkan transistor. Menggunakan gabungan transistor, pintu masuk logik dibina untuk memproses isyarat elektrik yang mengalir melalui mereka. Jika kita menyertai satu siri pintu logik, kita akan mendapat pemproses.

Masalahnya kemudian dalam unit asasnya, transistor. Sekiranya kita mengecilkannya, kita boleh meletakkan lebih banyak tempat di satu tempat, memberikan lebih kuasa pemprosesan. Tetapi tentu saja, terdapat had fizikal untuk semua ini, apabila kita mencapai transistor yang begitu kecil sehingga mereka berada dalam susunan nanometer, kita mendapati masalah untuk elektron yang beredar di dalamnya untuk melakukannya dengan betul. Ada kemungkinan bahawa ini akan keluar dari saluran mereka, bertabrakan dengan elemen lain dalam transistor dan menyebabkan kegagalan rantaian.

Dan inilah masalahnya, bahawa pada masa ini kita mencapai had keselamatan dan kestabilan untuk mengeluarkan pemproses menggunakan transistor klasik.

Pengkomputeran kuantum

Perkara pertama yang perlu kita tahu ialah pengkomputeran kuantum, dan ia tidak mudah dijelaskan. Konsep ini beralih dari apa yang kita ketahui hari ini sebagai pengkomputeran klasik, yang menggunakan bit, atau negeri biner "0" (0.5 volt) dan "1" (3 volt) dorongan elektrik untuk membentuk rantaian logik maklumat yang dapat dikira.

Uza.uz font

Pengkomputeran kuantum untuk bahagiannya menggunakan istilah qubit atau cubit untuk merujuk maklumat yang boleh diambil tindakan. Qubit bukan sahaja mengandungi dua negeri seperti 0 dan 1 tetapi juga mampu secara serentak mengandungi 0 dan 1 atau 1 dan 0, iaitu, ia boleh mempunyai kedua-dua keadaan pada masa yang sama. Ini menunjukkan bahawa kita tidak mempunyai elemen yang mengambil nilai-nilai diskrit 1 atau 0, tetapi, kerana ia boleh mengandungi kedua-dua negeri, ia mempunyai sifat yang berterusan dan di dalamnya, keadaan tertentu yang akan semakin stabil.

Lebih banyak lagi, lebih banyak maklumat boleh diproses

Tepat dalam keupayaan untuk mempunyai lebih daripada dua negeri dan mempunyai beberapa ini pada masa yang sama, terletak kekuasaannya. Kami mungkin dapat melakukan lebih banyak pengiraan pada masa yang sama dan dalam masa yang kurang. Lebih banyak lagi, lebih banyak maklumat boleh diproses, dalam erti kata lain, ia sama dengan CPU tradisional.

Bagaimana komputer kuantum berfungsi

Operasi ini berdasarkan undang-undang kuantum yang mengawal zarah-zarah yang membentuk pemproses kuantum. Semua zarah mempunyai elektron sebagai tambahan kepada proton dan neutron. Jika kita mengambil mikroskop dan dapat melihat aliran zarah elektron, kita dapat melihat bahawa mereka mempunyai kelakuan yang serupa dengan gelombang. Apa yang menonjolkan gelombang adalah bahawa ia adalah pengangkutan tenaga tanpa pengangkutan bahan, contohnya, bunyi, mereka adalah getaran yang tidak dapat kita lihat, tetapi kita tahu bahawa mereka bergerak melalui udara sehingga mereka mencapai telinga kita.

Baiklah, elektron adalah zarah yang mampu bertindak sama ada sebagai zarah atau sebagai gelombang dan inilah yang menyebabkan keadaan bertindih dan 0 dan 1 boleh berlaku pada masa yang sama. Ia seolah-olah bayang-bayang objek diproyeksikan, pada satu sudut kita dapati satu bentuk dan yang lain. Persamaan kedua-dua bentuk bentuk objek fizikal.

Oleh itu, bukannya dua nilai 1 atau 0 yang kita ketahui sebagai bit, yang berdasarkan voltan elektrik, pemproses ini boleh bekerja dengan lebih banyak negeri yang disebut quanta. Kuantum, di samping mengukur nilai minimum yang magnitud dapat diambil (contohnya 1 volt), juga mampu mengukur variasi terkecil yang mungkin dapat dialami oleh parameter ini apabila lulus dari satu keadaan ke keadaan lain (contohnya, dapat membezakan bentuk objek melalui dua bayang serentak).

Kita boleh mempunyai 0, 1 dan 0 dan 1 pada masa yang sama, iaitu bit yang ditapis di atas satu sama lain

Untuk menjadi jelas, kita boleh mempunyai 0, 1 dan 0 dan 1 pada masa yang sama, iaitu bit yang ditapis di atas satu sama lain. Semakin banyak qubit, semakin banyak bit yang kita dapat di atas satu sama lain dan kemudian lebih banyak nilai yang kita dapat bersamaan. Dengan cara ini, dalam pemproses 3-bit, kita perlu melakukan tugas-tugas yang mempunyai salah satu daripada 8 nilai ini, tetapi tidak lebih daripada satu pada satu masa. Sebaliknya, untuk pemproses qubit 3 kita akan mempunyai zarah yang boleh mengambil lapan keadaan pada satu masa dan kemudian kita akan dapat melakukan tugas dengan lapan operasi pada masa yang sama

Untuk memberi kita idea, unit pemproses yang paling berkuasa yang pernah dibuat pada masa ini mempunyai kapasiti 10 teraflops atau apa yang sama 10 bilion operasi terapung per saat. Pemproses 30-qubit akan dapat melakukan bilangan operasi yang sama. IBM sudah mempunyai pemproses kuantum 50-bit dan kami masih dalam fasa percubaan teknologi ini. Bayangkan sejauh mana kita boleh pergi, kerana anda dapat melihat prestasi jauh lebih tinggi daripada pemproses biasa. Oleh kerana qubit pemproses kuantum bertambah, operasi yang boleh dilakukan secara melipatgandakan eksponen.

Bagaimana anda boleh membuat pemproses kuantum

Terima kasih kepada peranti yang mampu bekerja dengan keadaan yang berterusan dan bukannya hanya mempunyai dua kemungkinan, adalah mungkin untuk memikirkan semula masalah yang sehingga kini mustahil untuk diselesaikan. Atau juga menyelesaikan masalah semasa dengan cara yang lebih cepat dan lebih cekap. Semua kemungkinan ini dibuka dengan mesin kuantum.

Untuk "mengkuantifikasi" sifat molekul, kita mesti membawanya ke suhu berhampiran sifar mutlak.

Untuk mencapai keadaan ini, kita tidak boleh menggunakan transistor berdasarkan impuls elektrik yang pada akhirnya akan sama ada 1 atau 0. Untuk melakukan ini, kita perlu melihat lebih lanjut, khususnya di undang-undang fizik kuantum. Kita perlu memastikan bahawa qubit ini, secara fizikal dibentuk oleh zarah-zarah dan molekul, mampu melakukan sesuatu yang serupa dengan apa yang transistor lakukan, iaitu, mewujudkan hubungan di antara mereka dalam cara yang terkawal sehingga mereka menawarkan maklumat yang kita inginkan.

Inilah yang benar-benar rumit dan subjek dikalahkan dalam pengkomputeran kuantum. Untuk "mengkuantifikasi" sifat-sifat molekul yang membentuk pemproses, kita mesti membawanya ke suhu berhampiran sifar mutlak (-273.15 darjah Celcius). Untuk mesin untuk mengetahui cara membezakan satu keadaan dari yang lain, kita perlu membuatnya berbeza, sebagai contoh, arus 1 V dan 2 V, jika kita meletakkan voltan 1.5 V, mesin itu tidak akan tahu bahawa ia adalah satu atau yang lain. Dan inilah yang mesti dicapai.

Kelemahan pengkomputeran kuantum

Kelemahan utama teknologi ini adalah dengan tepat mengawal keadaan-keadaan yang berbeza di mana perkara boleh lulus. Dengan keadaan serentak, sangat sukar untuk melakukan pengiraan yang stabil menggunakan algoritma kuantum. Ini dipanggil ketidakkonsistenan kuantum, walaupun kita tidak akan pergi ke taman yang tidak perlu. Apa yang perlu kita fahami adalah bahawa lebih banyak qubit kita akan mempunyai, lebih banyak negeri, dan lebih banyak bilangan negeri, semakin banyak kelajuan kita akan ada, tetapi juga lebih sukar untuk dikendalikan akan menjadi kesilapan dalam perubahan perkara yang berlaku.

Selain itu, peraturan yang mengawal keadaan kuantum atom dan zarah ini menyatakan bahawa kita tidak akan dapat melihat proses pengkomputeran semasa ia sedang berlaku, kerana jika kita mengganggu itu, keadaan superimposed akan musnah sepenuhnya.

Negeri kuantum sangat rapuh, dan komputer mesti diasingkan sepenuhnya di bawah vakum dan pada suhu berhampiran sifar mutlak untuk mencapai kadar kesilapan susunan 0.1%. Sama ada pengilang penyejukan cecair meletakkan bateri atau kami kehabisan komputer kuantum untuk Krismas. Disebabkan semua ini, sekurang-kurangnya dalam jangka masa sederhana akan ada komputer kuantum untuk pengguna, mungkin ada beberapa yang diedarkan di seluruh dunia dalam keadaan yang diperlukan dan kita dapat mengaksesnya melalui internet.

Kegunaan

Dengan kuasa pemprosesan mereka, pemproses kuantum ini akan digunakan terutamanya untuk pengiraan saintifik dan untuk menyelesaikan masalah yang tidak dapat diselesaikan sebelumnya. Yang pertama dalam bidang permohonan mungkin kimia, kerana pemproses kuantum adalah unsur berdasarkan kimia partikel. Terima kasih kepada yang ini boleh mengkaji keadaan kuantum perkara, hari ini mustahil untuk diselesaikan oleh komputer konvensional.

• Kami mengesyorkan membaca pemproses terbaik di pasaran

Selepas ini, ia boleh mempunyai aplikasi untuk mengkaji genom manusia, penyiasatan penyakit, dan lain-lain. Kemungkinan besar dan tuntutan adalah nyata, jadi kita hanya boleh menunggu. Kami akan bersedia untuk mengkaji semula pemproses kuantum!