Skaidrojums par kvantu skaitļošanu (kā jūs esat 5 gadus vecs)
Jēdziens "Quantum Computing", kas nesen ir vīruss - pateicoties noteiktam premjerministram - ir viena no daudzām nepazīstamām zinātnes teritorijām, kuras mums nav zinātniski.
Iemesls, kāpēc lielākā daļa no mums vēl nav dzirdējuši par to, neskatoties uz to, ka tas ir apmēram gadu desmitiem, ir lielā mērā tas ir teorētisks un tie, kas to sākumā eksperimentēja bija ļoti hush-hush par to militārās un korporatīvās slepenības nepieciešamība.
Tomēr mēs tagad zinām, ka pastāv kvantu mehānikas un skaitļošanas kombinācija, un pēkšņi tas ir visu interešu lokā. Ja nezināt, kas ir kvantu dators, bet nevēlaties palikt ārpus cilpas, lasiet tālāk, lai uzzinātu, kāpēc tas ir labāks par tradicionālajiem datoriem, ar kuriem strādājam šodien.
No tradicionālajiem datoriem un bitiem
Datori lielākoties ir digitāli elektroniski un gribas mijiedarbojas ar datiem, kas attēloti bināros ciparos pazīstams kā biti (0 un 1). Vai tas būtu attēli, teksts, audio vai citi dati - tas viss ir saglabāts bitos.
Fiziski binārie skaitļi 0 un 1 var būt pārstāvēti ar jebkuru divu valstu vienību kā monēta (galvas un astes) vai slēdzis (ieslēgts vai izslēgts). Datoros biti ir sprieguma esamība vai neesamība (1 vai 0), vai magnētiskā virziena maiņa vai saglabāšana magnētiskajos cietajos diskos.
Dati tiek apstrādāti, aprēķinot uzglabātos bitus. Aprēķinu veic loģiskie vārti, kurus parasti veido tranzistori, kas kontrolē elektroniskā signāla caurlaidību. Ja tas ļauj signālam iziet cauri, tas ir bits 1 un, ja signāls tiek izslēgts, tas ir 0.
Transistoru robežas
Ar arvien mazāku mikroshēmu izmēru un arvien pieaugošo komponentu skaitu, elektroniskās ierīces var būt ar miljoniem tranzistoru, kas var būt mazāki par 7 nm (kas ir 1000 reizes mazāks par sarkano asins šūnu un tikai 20 reizes lielāks par dažiem atomiem)..
Transistoru lielums var turpināt sarukt, bet galu galā viņi sasniegs fizisku robežu, kur elektroni tikai tuneļos caur tiem un elektroniskā signāla plūsma netiks kontrolēta.
Par aizvien pieaugošo vajadzību pēc jaudīgas aprēķināšanas un mazākām ierīcēm, lieluma ierobežojums pamata elektroniskajam komponentam ir progresa ierobežojums. Zinātnieki meklē jaunus veidus aizņem mazāk laika un vietas, lai aprēķinātu un saglabātu datus, un viens no veidiem, kā mēs varam izmantot, ir kvantu skaitļošana.
Qubits, superpozīcija un iejaukšanās
Kvantu skaitļošana izmanto qubits bitu vietā, lai attēlotu datus. Qubits tiek attēloti, izmantojot kvantu daļiņas elektronus un fotoni.
Kvantu daļiņām piemīt tādas īpašības kā spin un polarizācija, ko var izmantot, lai attēlotu datus. Piemēram, qubit, kas vērsts uz augšu, var būt 1 un lejup 0.
Bet kvantu skaitļošanas spēks rodas no tā, ka atšķirībā no bitiem, kas ir 1 vai 0, qubits var būt 1 un 0 vienlaicīgi, saucamā īpašuma dēļ superpozīcija, kur kvantu daļiņas atrodas vairākās valstīs tajā pašā laikā.
Tas palielina qubit aprēķina jaudu, jo to var izmantot gan 1, gan 0 skaitīšanas laikā un beigās, vienreiz mēra, tas kļūst par 1 vai 0.
Superpozīcijas īpašību var viegli izskaidrot ar slaveno domu eksperimentu, kas veikts ar iedomātu kaķi, ko veica Austrijas fiziķis Schrödinger..
Kvantu pasaulē ir arī cits īpašums, ko var izmantot skaitļošanā kvantu saistīšanās. Tas būtībā attiecas uz kvantu daļiņu īpašības, kas saplūst un kļūt atkarīgi viens no otra un tādējādi to nevar mainīt atsevišķi.
Viņi darbojas kā vienota sistēma ar vispārēju stāvokli.
Pieņemsim, ka 2 qubits pakļausies apgrūtinājumam, ja tiek mainīts viens no qubita stāvokļiem, otrs mainīsies. Tas noved pie reālas paralēlas apstrādes vai skaitļošanas, kas var ievērojami samazināt skaitļošanas laiku salīdzinājumā ar tradicionālajiem datoriem.
Grūtības un lietojumi
Zinātniekiem un inženieriem, piemēram, ir daudz praktisku šķēršļu izveidot kontrolētu vidi qubits un atrast veidus, kā manipulēt ar to īpašībām, lai iegūtu vēlamo rezultātu.
Bet, kad beidzot tiek izveidoti kvantu datori ar augstu skaitļošanas jaudu, tos var izmantot, lai atrisinātu problēmas, kas citādi būtu ilgs laiks aizpilda tradicionālie datori.
Galveno lielo faktoru noteikšana, ceļojošā pārdevēja problēma daudzām pilsētām un citas līdzīgas problēmas Lai iegūtu rezultātu, ir nepieciešams eksponenciāls salīdzinājumu skaitss. Arī meklēšana ar milzīgām datu bāzēm joprojām ir ļoti laikietilpīgs process pat pašreizējiem digitālajiem datoriem.
Šos jautājumus var risināt ar kvantu datoriem, kas dažu minūšu laikā var atrisināt problēmas, kas var gadsimtu gaitā rasties tradicionālajos datoros.
(H / T: IBM)
