Kas ir kvantu skaitļošana un kāpēc no tā ir atkarīga Zemes nākotne?

Skaitļošanas jauda sasniedz krīzes punktu. Ja līdz 2040. gadam turpināsim sekot tendencei, kas pastāv kopš datoru ieviešanas, mums nebūs iespējas darbināt visas pasaules mašīnas, ja vien mēs nevarēsim uzlauzt kvantu skaitļošanu.

vlc konvertēt vairākus failus uz mp3

Kvantu datori sola lielāku ātrumu un stingrāku drošību nekā klasiskais līdzinieks, un zinātnieki gadu desmitiem ir centušies izveidot kvantu datoru.

Kas ir kvants un kā tas mums palīdz?

Kvantu skaitļošana atšķiras no klasiskās skaitļošanas vienā būtiskā veidā - informācijas glabāšanas veidā. Kvantu skaitļošana vislabāk izmanto kvantu mehānikas dīvaino īpašību, ko sauc par superpozīciju. Tas nozīmē, ka vienā “vienībā” var būt daudz vairāk informācijas nekā ekvivalents, kas atrodams klasiskajā skaitļošanā.

Informācija tiek saglabāta mapē biti ’Štatā’ 1 “Vai” 0 , ’Kā gaismas slēdzis, kas ieslēdzas vai izslēdzas. Turpretī kvantu skaitļošana var ietvert informācijas vienību, kas var būt 1 , ’’ 0 , ’Vai a abu valstu superpozīcija .

Domājiet par superpozīciju kā sfēru. ‘ 1 ‘Ir rakstīts ziemeļu polā, un’ 0 ‘Ir rakstīts dienvidos - divi klasiski biti. Tomēr kvantu bitu (vai kvītu) var atrast jebkur starp poliem.

Kvantu biti, kas var būt ieslēgti un izslēgti vienlaikus, nodrošina revolucionāru, augstas veiktspējas paradigmu, kur informācija tiek uzglabāta un apstrādāta efektīvāk, sacīja Dr. Kuei-Lin Chiu līdz Alphr 2017. gadā. Dr. Čiu bija Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta materiālu kvantu mehāniskās uzvedības pētnieks.

Spēja vienā vienībā uzglabāt daudz lielāku informācijas daudzumu nozīmē, ka kvantu skaitļošana var būt ātrāka un energoefektīvāka nekā datori, kurus mēs šodien izmantojam. Kāpēc tad to ir tik grūti sasniegt?

Kvītu izgatavošana

Kvebitu, kvantu datora mugurkaulu, izgatavošana ir sarežģīta, un, kad tā ir izveidota, to ir vēl grūtāk kontrolēt. Zinātniekiem jāpanāk, lai viņi mijiedarbotos īpašos veidos, kas darbotos kvantu datorā.

To izveidošanai pētnieki ir mēģinājuši izmantot supravadītus materiālus, jonu slazdos esošos jonus, atsevišķus neitrālos atomus un dažādas sarežģītības molekulas. Tomēr, liekot viņiem ilgstoši turēties pie kvantu informācijas, izrādās grūti.

Skatiet saistīto sadaļu Kā izveidot savu datoru

Nesenajos pētījumos MIT zinātnieki izstrādāja jaunu pieeju, kā kvibus izmantojot vienkāršu molekulu kopu, kas sastāv tikai no diviem atomiem.

Mēs izmantojam ultracold molekulas kā “kvītus”. Pētījuma vadošais autors profesors Martin Zwierlein pastāstīja Alphr 2017. gadā. Molekulas jau sen tiek piedāvātas par kvantu informācijas nesēju, kurām ir ļoti izdevīgas īpašības salīdzinājumā ar citām sistēmām, piemēram, atomiem, joniem, supravadītājiem. utt. Šeit mēs pirmo reizi parādām, ka šādu kvantu informāciju jūs varat ilgstoši uzglabāt ultracold molekulu gāzē. Protams, galīgajam kvantu datoram būs jāveic arī aprēķini, piemēram, lai kvīti mijiedarbotos savā starpā, lai realizētu tā sauktos vārtus. Zwierlein turpināja, bet vispirms jums jāpierāda, ka jūs pat varat turēties pie kvantu informācijas, un to mēs arī esam izdarījuši.

MIT izveidotie kubiti kvantu informāciju turēja ilgāk nekā iepriekšējie mēģinājumi, bet joprojām tikai vienu sekundi. Šis laika grafiks varētu izklausīties īss, bet patiesībā tas ir apmēram tūkstoš reižu ilgāks nekā veiktais salīdzināmais eksperiments, paskaidroja Zwierlein.

Pavisam nesen Jaundienvidvelsas universitātes pētnieki veica ievērojamu izrāvienu virzībā uz kvantu skaitļošanu. Viņi izgudroja jauna veida kubi, ko sauc par flip-flop qubit, kurā tiek izmantots elektrons un fosfora atoma kodols. Tos kontrolē elektriskais signāls, nevis magnētiskais, padarot tos vieglāk izplatīt. ‘Flip-flop’ kbitija darbojas, atvelkot elektronu no kodola, izmantojot elektrisko lauku, izveidojot elektrisko dipolu.

Ārpus kvitiem

Tomēr zinātniekiem ir jāizdomā ne tikai kvīti. Viņiem arī jānosaka materiāls, lai veiksmīgi izveidotu kvantu skaitļošanas mikroshēmas.

Čiu papīrs , kas publicēts iepriekš 2017. gadā, tika atrasti īpaši plāni materiālu slāņi, kas varētu būt pamats kvantu skaitļošanas mikroshēmai. Čiu Alphr teica: Interesanti šajā pētījumā ir tas, kā mēs izvēlamies pareizo materiālu, uzzinām tā unikālās īpašības un izmantojam tā priekšrocības, lai izveidotu piemērotu kubit.

Mūra likums paredz, ka tranzistoru blīvums uz silīcija mikroshēmām dubultojas aptuveni ik pēc 18 mēnešiem, Čiu sacīja Alphr. Tomēr šie pakāpeniski sarautie tranzistori galu galā nonāks mazā mērogā, kur kvantu mehānikai ir svarīga loma.

Mūra likums, uz kuru atsaucās Čiu, ir skaitļošanas termins, kuru 1970. gadā izstrādāja Intel līdzdibinātājs Gordons Mūrs. Tajā teikts, ka kopējā datoru apstrādes jauda dubultojas apmēram ik pēc diviem gadiem. Kā norāda Čiu, mikroshēmu blīvums samazinās - problēma, uz kuru potenciāli var atbildēt kvantu skaitļošanas mikroshēmas.

Vai kvantu skaitļošana ir galvenā vaporware?

Kas ir vaporware?

Gadījumā, ja jūs nekad nebūtu dzirdējuši par šo terminu tvaika trauki būtībā tas ir ar programmatūru saistīts produkts, kas tiek reklamēts, bet vēl nav pieejams vai, iespējams, nekad nav pieejams. Piemērs ir programmatūras produkts, kas tika plaši tirgots, bet nekad neredzēja dienasgaismu.

Neskatoties uz to, ka cilvēki gadu desmitiem ir izteikuši optimistiskas prognozes par kvantu datoru ietekmi un dažādiem sasniegumiem biznesa un pētniecības vidē, cik tuvu mēs esam sapņa par kvantu skaitļošanu sasniegšanai? Vai šī situācija ir nākotnes vaporware prognoze, vai arī tā kļūs par kaut ko noderīgu?

Mēs iedziļināmies kvantu skaitļošanas realitāte citā rakstā. Kopumā kvantu dators nākamā vai divu gadu laikā, iespējams, veiks ļoti nereālu aprēķinu ātrāk nekā parasts dators. Tomēr tas nebūs vienkāršs process, un tas nebūs lēts vai izdevīgs ikdienas patērētājiem.