Kaip veikia kvantiniai kompiuteriai

Kvantinis kompiuteris yra kompiuterio dizainas, kuriame naudojami: Kvantinė fizika padidinti skaičiavimo galią, viršijančią tradicinio kompiuterio galimybes. Kvantiniai kompiuteriai buvo sukurti mažu mastu ir toliau juos tobulina, kad jie taptų praktiškesniais modeliais.

Kompiuteriai veikia kaupdami duomenis dvejetainis skaičius formatą, dėl kurio 1s ir 0 sekos lieka elektroniniuose komponentuose, tokiuose kaip tranzistoriai. Kiekvienas kompiuterio atminties komponentas vadinamas a šiek tiek ir juo galima manipuliuoti per Boolean logikos žingsnius, kad bitai pasikeistų, remiantis algoritmai, kuriuos taiko kompiuterio programa, tarp 1 ir 0 režimų (kartais vadinamų "įjungtais" ir "0") "išjungta").

Kita vertus, kvantinis kompiuteris kauptų informaciją kaip 1, 0, arba kaip kvantinė dviejų būsenų superpozicija. Toks „kvantinis bitas“ suteikia daug didesnį lankstumą nei dvejetainė sistema.

Tiksliau, kvantinis kompiuteris galėtų atlikti skaičiavimus kur kas didesne masteliu nei tradiciniai kompiuteriai... koncepcija, kuriai kelia didelį susirūpinimą ir pritaikymą kriptografijos ir šifravimo srityse. Kai kurie baiminasi, kad sėkmingas ir praktiškas kvantinis kompiuteris sunaikins pasaulio finansinę sistemą, sunaikindamas jų kompiuterių saugumą šifravimus, pagrįstus dideliu skaičiumi, kurių tiesiogine prasme negali panaikinti tradiciniai kompiuteriai, visata. Kita vertus, kvantinis kompiuteris galėtų skaičiuoti skaičius per pagrįstą laiką.

Norėdami suprasti, kaip tai paspartina, pažiūrėkite į šį pavyzdį. Jei kvadratas yra 1 ir 0 būsenų superpozicijoje, ir ji apskaičiavo naudodama kitą kvbitą ta pati superpozicija, tada iš vieno skaičiavimo gaunami 4 rezultatai: rezultatas 1/1, rezultatas 1/0, rezultatas 0/1 ir 0/0 rezultatas. Tai yra matematikos, pritaikytos kvantinei sistemai, rezultatas, kai ji yra dekoraherenso būsenoje, kuri trunka, kol ji yra būsenų superpozicijoje, kol ji suyra į vieną būseną. Kvantinio kompiuterio galimybė atlikti kelis skaičiavimus vienu metu (arba lygiagrečiai, kompiuterine prasme) yra vadinama kvantiniu paralelizmu.

Tikslus fizinis kvantinio kompiuterio veikimo mechanizmas yra teoriškai sudėtingas ir intuityviai trikdantis. Paprastai tai paaiškinama daugiaprasme kvantinės fizikos aiškinimu, kai kompiuteris atlieka skaičiavimus ne tik mūsų visatoje, bet ir kita Visatos vienu metu, tuo tarpu įvairios kvotos yra kvantinės dekretinės būsenos. Nors tai skamba toli gražu, tačiau parodyta, kad daugiapasaulio aiškinimas suteikia prognozes, atitinkančias eksperimentinius rezultatus.

Kvantinis skaičiavimas siekia atsekti 1959 m. Kalbą Richardas P. Feynmanas kuriame jis kalbėjo apie miniatiūrizacijos padarinius, įskaitant idėją išnaudoti kvantinius efektus, kad būtų sukurti galingesni kompiuteriai. Ši kalba taip pat paprastai laikoma išeities tašku nanotechnologijos.

Žinoma, prieš tai, kai buvo realizuotas kvantinis skaičiavimo poveikis, mokslininkai ir inžinieriai turėjo išsamiau išplėtoti tradicinių kompiuterių technologijas. Štai kodėl daugelį metų nebuvo tiesioginės pažangos ir net nesidomėta mintimi paversti Feynmano pasiūlymus realybe.

1985 m. Oksfordo universiteto Davidas Deutschas iškėlė „kvantinės logikos vartų“ idėją kaip priemonę panaudoti kvantinę sritį kompiuterio viduje. Iš tikrųjų „Deutsch“ tema šia tema parodė, kad bet kokį fizinį procesą gali modeliuoti kvantinis kompiuteris.

Beveik po dešimtmečio, 1994 m., AT & T Peteris Shoras sukūrė algoritmą, kuris galėtų naudoti tik 6 kvitas kai kurioms pagrindinėms faktorizacijoms atlikti... kuo daugiau uolekčių, tuo sudėtingesni, be abejo, tapo skaičiai, kuriuos reikėjo faktorizuoti.

Buvo pastatyta sauja kvantinių kompiuterių. Pirmasis, 2 kvbitų kvantinis kompiuteris 1998 m., Galėjo atlikti trivialius skaičiavimus, prieš prarandant dekoherenciją po kelių nanosekundžių. 2000 m. Komandos sėkmingai sukūrė tiek 4 kvbitų, tiek 7 kvbitų kvantinį kompiuterį. Temos tyrimai vis dar yra labai aktyvūs, nors kai kurie fizikai ir inžinieriai išreiškia susirūpinimą dėl sunkumų, susijusių su šių eksperimentų pritaikymu viso masto skaičiavimo sistemoms. Vis dėlto šių pradinių žingsnių sėkmė rodo, kad pagrindinė teorija yra pagrįsta.

Pagrindinis kvantinio kompiuterio trūkumas yra toks pat kaip ir jo stiprumo: kvantinis dekrementas. Kbitų skaičiavimai atliekami, kai kvantinės bangos funkcija yra superpozicijos būsenoje tarp būsenų, o tai leidžia atlikti skaičiavimus, naudojant tiek 1, tiek 0 būsenas tuo pačiu metu.

Tačiau kai bet kurio tipo matavimas atliekamas pagal kvantinę sistemą, decoherence nutrūksta ir bangos funkcija suyra į vieną būseną. Todėl kompiuteris turi kažkaip tęsti šiuos skaičiavimus neatlikdamas jokių matavimų iki tinkamo laiko, kada tada jis gali iškristi iš kvantinės būsenos, išmatuoti jo rezultatą, kuris vėliau bus perduotas likusiai sistema.

Fiziniai reikalavimai manipuliuoti tokia masto sistema yra dideli, liečiantys superlaidininkų, nanotechnologijų ir kvantinės elektronikos sritis bei kitas sritis. Kiekvienas iš jų yra sudėtingas laukas, kuris vis dar tobulinamas, todėl bandoma susilieti jie visi kartu į funkcinį kvantinį kompiuterį yra užduotis, kurios aš ypač ne pavydžiu kas nors... išskyrus asmenį, kuriam pagaliau pasiseka.