Kvantová výpočetní technika byla vysvětlena (jako vy jste 5 let stará)

Pojem "Quantum Computing", který se nedávno stal virovým - díky určitému premiérovi - je jeden z mnoha neprozkoumaných území vědy u nás ne-vědeckých peeps.

Důvodem, proč o tom většina z nás ještě neslyšela, přestože je po desetiletí, je to z větší části je to teoretické a těch, kteří na něm experimentovali na začátku byly velmi tiché o tom kvůli potřebu vojenského a podnikového tajemství.

Nyní však víme, že existuje kvantová mechanika a výpočetní kombinace a najednou je to uvnitř zájmu každého. Pokud nevíte, co je to kvantový počítač, ale nechcete být vynecháni ze smyčky, přečtěte si, proč je lepší než tradiční počítače, se kterými dnes pracujeme.

Tradičních počítačů a bitů

Počítače jsou většinou digitální-elektronické a vůle komunikovat s daty reprezentovanými binárními číslicemi známé jako bity (0 a 1). Ať už jde o obrázky, text, zvuk nebo jiná data - vše je uloženo v bitech.

Fyzicky, binární čísla 0 a 1 mohou být reprezentován pomocí libovolné entity se dvěma státy jako mince (hlava a ocas) nebo spínač (zapnutý nebo vypnutý). V počítačích jsou bity bity přítomnost nebo nepřítomnost napětí (1 nebo 0), nebo nebo zachování magnetického směru na magnetických pevných discích.

Data jsou zpracována výpočtem uložených bitů. Výpočet se provádí logickými hradly, které jsou typicky tvořeny tranzistory, které řídí průchod elektronického signálu. Pokud to dovolí projít signál, je to bit 1 a pokud je signál přerušen, je to 0.

Limity tranzistorů

Se stále se zmenšující velikostí čipu a rostoucím počtem komponentů mohou elektronická zařízení přijít s miliony tranzistorů, které mohou být malé až 7 nm (což je 1000krát menší než červené krvinky a pouze 20krát větší než některé atomy).

Velikost tranzistorů se může i nadále zmenšovat, ale nakonec se dostane do fyzického limitu, kde elektrony budou jen tunelem a elektronický tok signálu nebude mít žádnou kontrolu.

Pro stále rostoucí potřebu výkonných výpočtů a menších zařízení, limit velikosti na základní elektronické součástce je pokrokem. Vědci hledají nové způsoby čas a prostor pro výpočet a ukládání dat, a jedním ze způsobů, jak můžeme použít, je kvantové počítání.

Qubits, superpozice a zapletení

Kvantové počítání používá qubits místo bitů reprezentovat data. Qubity jsou reprezentovány pomocí kvantových částic jako je elektrony a fotony.

Kvantové částice mají vlastnosti jako spin a polarizace, které mohou být použity k reprezentaci dat. Například, qubit točení nahoru může být 1 a dolů 0.

Ale síla kvantového počítání pochází ze skutečnosti, že na rozdíl od bitů, které jsou buď 1 nebo 0, qubity mohou být 1 a 0 zároveň, z důvodu vlastnosti zvané superpozice, kde kvantové částice jsou ve více státech ve stejnou dobu.

Toto zvětší výpočetní sílu qubit, protože to může být užité na oba 1 a 0 během výpočtu a na konci, jednou měřeno, stane se buď 1 nebo 0.

Vlastnost superpozice může být snadno vysvětlena slavným myšlenkovým experimentem na imaginární kočce Schrödingera, rakouského fyzika.

V kvantovém světě existuje také další vlastnost, kterou lze využít při práci na počítači Kvantové zapletení. To v podstatě odkazuje vlastnosti kvantových částic, které se zaplétají a závislé na sobě a proto nemohou být měněny odděleně.

Chová se jako jeden systém s celkovým stavem.

Řekněme, že 2 qubity projdou zapletením, pokud se změní jeden ze stavu qubitu, změní se i druhý. To vede ke skutečnému paralelnímu zpracování nebo práci na počítači, což může výrazně snížit výpočetní čas ve srovnání s tradičními počítači.

Obtíže a použití

Existuje mnoho praktických překážek, které musí vědci a inženýři překonat vytvoření řízeného prostředí pro qubity a hledání způsobů manipulace s jejich vlastnostmi, k dosažení žádoucího výsledku.

Ale jakmile jsou kvantové počítače s vysokou výpočetní silou konečně vytvořeny, mohou být použity k řešení problémů, které by jinak trvat velmi dlouho být doplněn tradičními počítači.

Nalezení hlavních faktorů velkého počtu, problém prodejního cestujícího pro velký počet měst a další podobné problémy vyžadují exponenciální počet srovnání, aby bylo dosaženo výsledkus. Také vyhledávání v kolosálních databázích je stále velmi časově náročný proces i pro současné digitální počítače.

Tyto otázky mohou být řešeny pomocí kvantových počítačů, které mohou vyřešit problémy, které mohou trvat několik století v tradičních počítačích, během několika minut.

(H / T: IBM)