Квантово изчисление обяснено (подобно на 5-годишен)

Концепцията за "квантовите компютри", която наскоро става вирусна - благодарение на определен министър-председател - е една от многото неизследвани територии на науката от нас, които не са научни надписи.

Причината, поради която повечето от нас все още не са чували за нея, въпреки че тя е наоколо от десетилетия, е по-голямата част това е теоретично и онези, които експериментираха с него в началото бяха много мълчаливи за това необходимостта от военна и корпоративна тайна.

Въпреки това, сега знаем, че съществува квантова механика и комбинирана комбинация и изведнъж това е в обхвата на интересите на всички. Ако не знаете какво представлява квантовия компютър, но не искате да бъдете изключени, прочетете, за да разберете защо е по-добре от традиционните компютри, с които работим днес.

На традиционните компютри и бита

Компютрите са предимно дигитални и електронни взаимодействат с данните, представени в двоични цифри известни като битове (0 и 1). Дали са изображения, текст, аудио или други данни - всичко се съхранява в бита.

Физически, двоичните числа 0 и 1 могат да бъдат представени с помощта на всяка държава с две държави като монета (глава и опашка) или превключвател (включен или изключен). В компютрите битовете са наличие или липса на напрежение (1 или 0), или промяна или запазване на магнитната посока в магнитни твърди дискове.

Данните се манипулират чрез изчисляване на запаметените битове. Изчисленията се извършват чрез логически порти, които обикновено се състоят от транзистори, които контролират преминаването на електронния сигнал. Ако позволява на сигнала да премине, това е бит 1 и ако сигналът е отрязан, той е 0.

Границите на транзисторите

С постоянно намаляващия размер на чипа и нарастващия брой компоненти, електронните устройства могат да идват с милиони транзистори, които могат да бъдат по-малки от 7nm (което е 1000 пъти по-малко от червените кръвни клетки и само 20 пъти по-големи от някои атоми).

Размерът на транзисторите може да продължи да се свива, но в крайна сметка те ще достигнат физическа граница, където електроните просто ще тунелират през тях и няма да има контрол над потока на електронния сигнал.

За все по-нарастващата нужда от мощни изчисления и по-малки устройства, ограничение на размера на основен електронен компонент е ограничение за напредъка. Учените търсят нови начини отнема по-малко време и пространство за изчисляване и съхраняване на данни, и един от начините, по които можем да използваме, е квантовото изчисление.

Кубити, суперпозиция и объркване

Квантовото изчисление използва кубити вместо битове за представяне на данни. Кубитите са представени с помощта на квантови частици електрони и фотони.

Квантовите частици притежават свойства като спин и поляризация, които могат да се използват за представяне на данни. Например, кубит въртене нагоре може да бъде 1 и надолу 0.

Но силата на квантовите изчисления идва от факта, че за разлика от битовете, които са или 1, или 0, кубитите могат да бъдат 1 и 0 едновременно, поради собственост, наречена суперпозиция, където квантови частици са в много държави по същото време.

Това увеличава изчислителната мощност на кубита, тъй като може да се използва както за 1, така и за 0 по време на изчисление и в края, веднъж измерена, става или 1, или 0.

Свойството на суперпозицията може лесно да бъде обяснено с известен мисловен експеримент, направен върху въображаема котка от австрийския физик Шрьодингер..

В квантовия свят има и друго свойство, което може да бъде използвано в компютрите квантово заплитане. Това основно се отнася до свойства на квантовите частици, които се заплитат и стават зависими един от друг и следователно не може да се променя отделно.

Те действат така единна система с цялостно състояние.

Да кажем, че 2 кубита претърпяват заплитане, ако едно от състоянията на кубита се промени, а другото също ще се промени. Това води до реална паралелна обработка или изчисления, които могат да намалят значително времето в компютъра в сравнение с традиционните компютри.

Трудности и употреби

Има много практически препятствия, които трябва да бъдат преодолени от учените и инженерите създаване на контролирана среда за кубитите и намиране на начини за манипулиране на техните свойства, да постигне желания резултат.

Но след като квантовите компютри с висока изчислителна мощ са създадени, те могат да се използват за решаване на проблеми, които биха били в противен случай отнема много дълго време да бъдат завършени от традиционните компютри.

Намиране на основни фактори на големите числа, проблема с търговците на пътници за голям брой градове и други подобни проблеми изискват експоненциален брой сравнения, за да получите резултатс. Също така, търсенето чрез колосални бази данни все още отнема много време процес за дори настоящи цифрови компютри.

Тези въпроси могат да бъдат разгледани с квантови компютри, които могат да разрешат проблеми, които могат да отнемат векове в традиционните компютри, в рамките на няколко минути.

(H / T: IBM)