Концепт и принцип рада квантног рачунара

Тема квантног рачунара недавно је постала веома популарна и говори о пробоју у технологији не подстаћи, али не тако давно, успех истраживања у области квантних прорачуна било је нешто од броја фикције. Нови изрази провалили су у току информација и сада ништа мање од вештачке интелигенције и машинског учења. Иако је истраживање спроведено за не прву деценију, то је било посебно плодно у погледу кретања и богати за догађаје прошле године, када је ИБМ показао свет први комерцијални квантни рачунар, а Гоогле је најавио постизање квантне супериорности.

Револуционарна открића у савременој физици, која је осигурала нови круг развоја рачунарске технологије, не може без претеривања промијенити свет и доносити човечанству огромним предностима са правилном коришћењем. Ако сте заинтересовани за ову тему и желите да схватите који су квантни рачунари, по какав принцип раде и зашто им је уопште потребна, онда ћемо у овом материјалу о томе говорити као што је јасно могуће, без икаквог разговора Механика и структура квантног света.

Шта је квантни рачунар

Данас већ постоји сумња да ли постоји квантни рачунар, нема. Ако донедадно је то било само плод фантазије научника, сада је постао потпуно опипљив предмет, и видимо шта изгледа практична примена система.

Ако говорите једноставним терминима, какав је квантни рачунар, то је средство рачунарске технологије која користи законе квантне механике у свом раду. Машина врши одређене задатке ефикасније од једноставног рачунара који чува податке у битовима.

КК користи квантне алгоритме који користе ефекте као што су суперпозиција и квантна конфузија. За прорачуне, коцке (квантне честице) се користе, способне да буду у два услова одједном. То јест, ако залога прихвати једну од две могуће вредности - 0 или 1, тада је коцка и 0 и 1 истовремено, што омогућава КЦ да обрађује податке и обавља математичке задатке хиљадама пута брже него иначе. Не мора да сортира комбинације, као и он, укључујући суперкомпјутер, квантни систем. Одговор се израчунава брзином муње. Ове прилике отварају начин да реше проблеме који су данас немогући или захтевају велике временске трошкове.

Историја стварања рачунара нове генерације датира да се вратила на далеко 1981. године, када су први пут разговарали о употреби квантних система за прорачуне. Тада је и даље било далеко од физичке примене, први радни алгоритам КК-а појавио се тек 1994. године, а прва 2-кубична машина створена је 1998. године на Универзитету у Калифорнији у Беркелеи-у. Десетљећима су експериментални узорци створили групе научника из различитих земаља, али ИБМ и Гоогле су постигли највећи успех у овој области.

Трка водећих компанија је у пуном замаху. У јуну 2020. године, Хонеивелл је примио поруку да је најмоћнији квантни рачунар створен за данас. Компанија тврди да је створени уређај двоструко више од ИБМ и Гоогле квантних система, у стварима за неколико минута решавања задатака, за које ће требати обични рачунари миленијума. Развој Хонеивелл-а је импресиван са индикатором перформанси рекорда од 64 квантне количине. Језгро система је челична сфера величине кошарке, хлађена помоћу течног хелијума на температуру од -262.7 ° Ц. Садржи замке јона формиране од атома, они заустављају кретање под утицајем ниских температура и контролишу се ласерским импулсима.

Зашто вам треба квантни рачунар

Брза прерада великих низова података користећи нове технологије могу помоћи у решавању многих проблема и утицати на различите области. На пример, КЦ се за само неколико секунди ће се носити са распадањем бројева који се састојало од великог броја знакова, за једноставне факторе (сама процес није компликован, али захтева велике временске трошкове, ту је засновано на великим временским трошковима) , а такође решите бројне сличне проблеме. Поред тога, технологија је такође погодна за моделирање тешких ситуација, укључујући израчунавање физичких својстава елемената на молекуларном нивоу.

Главне области примене квантних рачунара:

• Глобална оптимизација;
• Моделирање молекула ДНК;
• Стварање нових материјала;
• Стварање лекова;
• побољшање машинског учења;
• Задаци криптографије и шифровања (укључујући хаковање алгоританих шифрирања и добијање приступа било којој информације).

У овој фази, квантни рачунари се одликују сложеношћу производње и нестабилности рада, тако да је то могуће само развити само системе високог реформанси, затворене за један алгоритам и дизајнирани за веома уски круг задатака.

Која је разлика између квантног рачунара од редовног

30 година од концепта "квантних прорачуна", научна развоја је омогућила рачунарским системима ове врсте да постану стварност, иако је неоткривено за обичног корисника. Куантум рачунари се заснивају на јединственом понашању, што се у основи разликује од рада стандардних, познатих машина за нас и описује се квантна механика.

Уређаји су способни да реше математичке проблеме у неколико секунди, чији ће се решење на обичном рачунару чезнути милијардама година. Према Гоогле-у, у Сицаморе квантној машини дуже од три минута завршила је прорачуне над којима би стандардни суперкомпјутер имао лешени 10.000 година - то се назива гласним изразом "Куантум супериорност".

Уобичајени рачунар са којим је свака модерна особа позната, као и паметни телефон, таблет или лаптоп, информације у битовима који прихватају вредност од 0 или 1, и можете да представите било коју информацију, било да је то текст или слика, било да је то текст или слика. јединице. Темељна разлика и предност квантног рачунара у оперативној јединици која се користи, назива се коцка (или квантна бита). Кладит може бити у неизвесности, другим речима, да буде у различитим државама истовремено, аналогија са мачком Сцхродингером (феномен суперпозиције).

Куантум рачунар је много пута бржи и снажнији него иначе, док није погодан за већину свакодневних задатака, јер ће његов принцип рада бити веома различити.

Како је рачунар будућности

Сада ћемо размотрити детаљније оно што се састоји високо -тешко систем. Као што смо већ сазнали, минимална јединица информација на обичном рачунару је помало која узима вредност од 1 или 0 (укључена или искључена), у квантном рачунару - то су коцкице које могу да преузму све вредности. Истовремено, квантне честице зависе од мерења, што значи недостатак информација о коцки до тренутка његовог мерења, процес мерења такође утиче на вредност квантног бита, што може изгледати чудно, али то је управо случај.

Захваљујући овом имовини коцкица (истовремено боравак у свим условима) док се честица не мери, рачунар одмах превазилази опције вероватних решења због доступне везе између коцкица. Дакле, одлука је позната чим су почетни подаци унети, односно суперпозиција одређује паралелност прорачуна, што понекад убрзавају функционисање алгоритама.

Уређај квантног рачунара укључује:

• Управљачки рачунар;
• генератор пулса који утиче на коцке;
• Државни регистар;
• ПРОЦЕСОРИ;
• Цупет Мерни уређај.

Да раде између атома, обезбеђена је квантна веза, а то више веза коцкице, то ће мање стабилност система бити. За квантну супериорност преко стандардног рачунара, захтеваће најмање 49 коцкица, а у овом случају стабилност система је већ у питању. Када се створе бројне зависности, било који спољни утицаји могу утицати на њих.

Због крхкости односа КЦ, који се састоји од неколико главних нивоа, укључује хлађење атома на готово апсолутну нулу, што вам омогућава да заштитите од спољних процеса, из тог разлога уређај са заштитом квантног процесора заузима велику количину простора.

Принцип рада КК-а

Уобичајена шема рада рачунара, преносних рачунара, паметних телефона или таблета коришћењем дигиталног принципа заснива се на употреби класичних алгоритама, што се радикално разликује од принципа рада квантног рачунара. Дакле, редовни рачунар ће показати исти резултат, без обзира на то колико пута да покрене израчунавање, опције се израчунавају узастопно.

Куантум рачунар користи потпуно другачији - вероватно у принципу рада. У одређеном смислу систем већ садржи сва могућа решења. Резултат прорачуна је највјероватнији одговор, а не недвосмислено, док свако наредно покретање квантног алгоритама, вероватноћа добијања тачног одговора расте, што значи да након 3-4 брзе вожње можете бити сигурни да смо дошли до Исправна одлука, на пример, кључ за шифровање.

У квантним системима који користе коцке у свом раду, уз пораст броја честица, расте експоненцијално и број вредности прерађује истовремено.

Говорећи о томе како функционише квантни рачунар, вреди поменути повезивање коцкица. У присуству неколико коцкица у систему, промена у једној ће такође подразумевати промјену у осталим честицама. Рачунарска снага се постиже паралелним прорачунима.

Упркос мултимилион -долларним улагањима, квантне технологије развијају се прилично споро. То је због великог броја потешкоћа да су научници морали да се сусрећу у истраживачком процесу, укључујући потребу да се садрже саркофаге са ниским -Тепаратуром са максималном изолацијом фотоапарата са процесором из било каквих могућих спољних утицаја да сачувају квантна својства система. Поред тога, истраживачи имају задатак решавања грешака, јер квантни процеси и прорачуни имају вероватноћу вероватно и не могу бити истинито сто посто.

Изградња стабилних система је такође далеко од идеална, а када се примењује квантни рачунар на физичком нивоу, користи се неколико решења која користе различите технологије. Дакле, стварање потпуног универзалног квантног рачунара је и даље у будућности, мада није онолико колико се чинило пре пет година. Највеће компаније као што су ИБМ, Гоогле, Интел, Мицрософт су ангажовани у његовом стварању, који су направили велики допринос развоју технологије, као и неких држава за које је ово питање од стратешког значаја.