Kas yra kvantinis procesorius ir kaip jis veikia?

Jums gali būti įdomu, kas yra kvantinis procesorius ir kaip jis veikia ? Šiame straipsnyje mes gilinsimės į šį pasaulį ir bandysime daugiau sužinoti apie šią keistą būtį, kuri galbūt vieną dieną bus mūsų gražiosios RGB važiuoklės dalis, žinoma, kvantinė.

Turinio rodyklė

Kaip ir viskas šiame gyvenime, tu arba prisitaikai, arba numirsi. Ir būtent tai atsitinka su technologijomis, o ne per milijonus metų kaip gyvas būtybes, o per keletą metų ar mėnesių. Technologijos tobulėja svaiginančiu greičiu, o didelės įmonės nuolat diegia naujoves savo elektroniniuose komponentuose. Didesnė energija ir mažiau sąnaudų saugant aplinką yra patalpos, kurios yra mados šiandien. Mes pasiekėme tašką, kuriame integruotų grandinių miniatiūrizacija beveik pasiekia fizinę ribą. „Intel“ sako, kad jis bus 5 nm, be to, nebus galiojančio Moore'o įstatymo. Bet kita figūra įgauna jėgų ir ji yra kvantinis procesorius. Netrukus mes pradedame aiškinti visus jo pranašumus.

Kai IBM yra pirmtakas, didžiosios kompanijos, tokios kaip „Microsoft“, „Google“, „Intel“ ir NASA, jau yra įsitraukusios į kovą, norėdamos išsiaiškinti, kas gali sukurti patikimiausią ir galingiausią kvantinį procesorių. Ir tai tikrai yra artimiausia ateitis. Mes matome, kas yra šis kvantinis procesorius

Ar mums reikia kvantinio procesoriaus?

Dabartiniai procesoriai yra pagrįsti tranzistoriais. Naudojant tranzistorių derinį, statomi loginiai vartai, kad būtų galima apdoroti per juos tekančius elektrinius signalus. Jei prisijungsime prie daugybės loginių vartų, gausime procesorių.

Tada problema yra pagrindiniame bloke - tranzistoriuose. Jei miniatiūrizuosime juos, galime sudėti daugiau į vieną vietą ir suteikti daugiau apdorojimo galios. Bet, be abejo, visa tai yra fizinė riba, kai pasiekiame tokius mažus tranzistorius, kad jie yra nanometrų eilės tvarka, mes randame problemų jų viduje cirkuliuojantiems elektronams, kad jie galėtų tai padaryti teisingai. Yra galimybė, kad jie išlįs iš savo kanalo, susidurs su kitais tranzistoriaus elementais ir sukels grandinės gedimus.

Ir tai yra būtent ta problema, kad šiuo metu pasiekiame saugos ir stabilumo ribą gamindami procesorius, kuriuose naudojami klasikiniai tranzistoriai.

Kvantinis skaičiavimas

Pirmas dalykas, kurį turime žinoti, yra kvantinis skaičiavimas, ir tai nėra lengva paaiškinti. Ši sąvoka nukrypsta nuo to, ką mes šiandien žinome kaip klasikinę kompiuteriją, kuriai panaudoti bitai arba dvejetainės būsenos „0“ (0, 5 volto) ir „1“ (3 voltų) elektrinio impulso, kad sudarytų logines grandines. skaičiuojamos informacijos.

„Uza.uz“ šriftas

Savo ruožtu kvantinis skaičiavimas naudoja terminą qubit arba cubit, kad nurodytų vykdomą informaciją. Kbitą sudaro ne tik dvi būsenos, tokios kaip 0 ir 1, bet ji taip pat gali vienu metu turėti 0 ir 1 arba 1 ir 0, tai yra, ji gali turėti šias dvi būsenas tuo pačiu metu. Tai reiškia, kad mes neturime elemento, kuriam būtų suteiktos diskretinės vertės 1 arba 0, tačiau kadangi jame gali būti abi būsenos, jis turi tęstinį pobūdį, o jame yra tam tikros būsenos, kurios bus daugiau ir mažiau stabilios.

Kuo daugiau kvotų, tuo daugiau informacijos gali būti apdorota

Būtent gebėjimas turėti daugiau nei dvi būsenas ir turėti kelias iš jų tuo pačiu metu yra jos galia. Galbūt galėsime atlikti daugiau skaičiavimų vienu metu ir per trumpesnį laiką. Kuo daugiau kvotų, tuo daugiau informacijos gali būti apdorota, šia prasme ji panaši į tradicinius procesorius.

Kaip veikia kvantinis kompiuteris

Operacija grindžiama kvantų dėsniais, kurie valdo daleles, sudarančias kvantinį procesorių. Be dalelių protonų ir neutronų, visos dalelės turi elektronus. Paėmę mikroskopą ir pamatę elektronų dalelių srautą, pamatytume, kad jų elgesys yra panašus į bangų. Tai, kas apibūdina bangą, yra tai, kad tai energijos pernešimas be materijos, pavyzdžiui, garso, pernešimo. Tai yra vibracija, kurios mes negalime pamatyti, tačiau žinome, kad jos keliauja oru, kol pasiekia mūsų ausis.

Na, elektronai yra dalelės, kurios sugeba elgtis kaip dalelė arba kaip banga, ir būtent dėl ​​to būsenos sutampa ir 0 ir 1 gali atsirasti tuo pačiu metu. Atrodo, tarsi būtų išprojektuoti objekto šešėliai, vienu kampu randame vieną formą, kitą - kitą. Dviejų jungtis sudaro fizinio objekto formą.

Taigi vietoj dviejų reikšmių 1 arba 0, kurias mes žinome kaip bitus ir kurios pagrįstos elektros įtampa, šis procesorius sugeba dirbti su daugiau būsenų, vadinamų kvantais. Kvantas, ne tik matuojantis minimalią vertę, kurią gali užtrukti kiekis (pvz., 1 voltas), taip pat gali išmatuoti mažiausią įmanomą variaciją, kurią šis parametras gali patirti, pereidamas iš vienos būsenos į kitą (pavyzdžiui, gali atskirti objektas dviem vienalaikiais šešėliais).

Mes galime turėti 0, 1 ir 0 ir 1 tuo pačiu metu, tai yra, bitai, sudėti vienas ant kito

Kad būtų aišku, mes galime turėti 0, 1 ir 0 ir 1 tuo pačiu metu, tai yra, bitai, sudėti vienas ant kito. Kuo daugiau kvotų, tuo daugiau bitų galime turėti vienas ant kito ir tada daugiau vertybių galėsime turėti vienu metu. Tokiu būdu 3 bitų procesoriuje turėsime atlikti užduotis, turinčias vieną iš šių 8 verčių, bet ne daugiau kaip vieną kartu. kita vertus, 3 kvbitų procesoriui turėsime dalelę, kuri vienu metu gali užimti aštuonias būsenas ir tada mes galėsime atlikti užduotis su aštuoniomis operacijomis vienu metu

Kad mums būtų idėja, galingiausias kada nors sukurtas procesoriaus blokas šiuo metu yra 10 teraflopų arba kas yra tas pats 10 milijardų slankaus kablelio operacijų per sekundę. 30 kbitų procesorius galėtų atlikti tiek pat operacijų. IBM jau turi 50 bitų kvantinį procesorių ir mes vis dar esame šios technologijos eksperimentiniame etape. Įsivaizduokite, kaip toli galime nueiti, nes matote, kad našumas yra daug didesnis nei įprastame procesoriuje. Didėjant kvantinio procesoriaus kvitui, jo atliekamos operacijos dauginasi eksponentiškai.

Kaip galite sukurti kvantinį procesorių

Dėl prietaiso, galinčio dirbti su nuolatinėmis būsenomis, užuot turėjęs tik dvi galimybes, galima pergalvoti problemas, kurių iki šiol nebuvo įmanoma išspręsti. Arba taip pat greičiau ir efektyviau išspręskite esamas problemas. Visos šios galimybės atveriamos kvantiniu aparatu.

Norėdami „kvantuoti“ molekulių savybes, turime jas pasiekti iki absoliučios nulio temperatūros.

Norėdami pasiekti šias būsenas, negalime naudoti tranzistorių, pagrįstų elektriniais impulsais, kurie galų gale bus arba 1, arba 0. Norėdami tai padaryti, turėsime pažvelgti toliau, ypač į kvantinės fizikos dėsnius. Turėsime užtikrinti, kad šios dalelių ir molekulių fiziškai suformuotos kvadratės galėtų padaryti kažką panašaus į tai, ką daro tranzistoriai, tai yra, užmegzti ryšius tarp jų kontroliuojamu būdu, kad jie mums pateiktų norimą informaciją.

Tai yra tikrai sudėtinga ir problema, kurią reikia įveikti kvantiniame skaičiavime. Norėdami „kvantuoti“ procesorių sudarančių molekulių savybes, turime jas pasiekti iki absoliučios nulio (-273, 15 laipsnių Celsijaus) temperatūros. Kad mašina žinotų, kaip atskirti vieną būseną nuo kitos, mes turime jas padaryti skirtingas, pavyzdžiui, 1 V ir 2 V srovę, jei įdėsime 1, 5 V įtampą, mašina nežinos, kad ji yra viena ar kita. Ir tai turi būti pasiekta.

Kvantinio skaičiavimo trūkumai

Pagrindinis šios technologijos trūkumas yra būtent tas, kad kontroliuojamos šios skirtingos būsenos, per kurias medžiaga gali praeiti. Esant vienalaikėms būsenoms, labai sunku atlikti stabilius skaičiavimus naudojant kvantinius algoritmus. Tai vadinama kvantiniu nenuoseklumu, nors mes neisime į nereikalingus sodus. Mes turime suprasti, kad kuo daugiau kvotų turėsime daugiau būsenų, ir kuo daugiau būsenų bus, tuo greitesnį turėsime, tačiau sunkiau valdyti bus ir materijos pokyčių klaidas.

Be to, normos, reglamentuojančios šias atomų ir dalelių kvantines būsenas, sako, kad mes negalėsime stebėti skaičiavimo proceso, kol jis vyksta, nes, jei kišamės į jį, superpozicijos būsenos bus visiškai sunaikintos.

Kvantinės būsenos yra labai trapios, ir kompiuteriai turi būti visiškai izoliuoti vakuume ir esant artimai absoliučiai nuliui, kad būtų pasiektas 0, 1% paklaidos laipsnis. Arba skysto aušinimo gamintojai įdės baterijas, arba Kalėdoms mums pritrūks kvantinis kompiuteris. Dėl viso to bent jau vidutinės trukmės laikotarpiu vartotojams bus naudojami kvantiniai kompiuteriai, galbūt yra keletas iš jų, reikalingomis sąlygomis išplatintų visame pasaulyje, ir mes galime jais naudotis internetu.

Panaudojimas

Turėdami savo duomenų apdorojimo galią, šie kvantiniai procesoriai bus daugiausia naudojami moksliniams skaičiavimams ir anksčiau neišspręstoms problemoms išspręsti. Pirmoji taikymo sritis galbūt yra chemija būtent todėl, kad kvantinis procesorius yra elementas, pagrįstas dalelių chemija. Dėl to buvo galima ištirti kvantines materijos būsenas, kurių šiandien neįmanoma išspręsti įprastais kompiuteriais.

• Mes rekomenduojame perskaityti geriausius procesorius rinkoje

Po to ji galėtų turėti paraiškas žmogaus genomo, ligų ir kt. Tyrimams. Galimybės yra didžiulės, o pretenzijos tikros, todėl galime tik palaukti. Mes būsime pasirengę kvantinio procesoriaus peržiūrai!