▷ Čo je kvantový procesor a ako funguje?

Možno vás zaujíma, čo je kvantový procesor a ako to funguje ? V tomto článku sa ponoríme do tohto sveta a pokúsime sa dozvedieť viac o tejto podivnej skutočnosti, že jedného dňa sa možno stane súčasťou nášho krásneho podvozku RGB, samozrejme, samozrejme.

Index obsahu

Rovnako ako všetko v tomto živote sa aj vy prispôsobíte alebo zomriete. A to je presne to, čo sa deje s technológiou a nie presne v rozmedzí miliónov rokov ako živé bytosti, ale v priebehu rokov alebo mesiacov. Technológia napreduje závratným tempom a veľké spoločnosti neustále inovujú svoje elektronické komponenty. Prostredie, ktoré je dnes v móde, predstavuje viac energie a nižšiu spotrebu na ochranu životného prostredia. Dosiahli sme bod, keď miniaturizácia integrovaných obvodov takmer dosahuje fyzickú hranicu. Intel tvrdí, že to bude 5nm, ďalej nebude existovať platný Mooreov zákon. Ale ďalšia postava získava silu a je to kvantový procesor. Čoskoro začneme vysvetľovať všetky jeho výhody.

S IBM ako predchodcom sú už veľké spoločnosti ako Microsoft, Google, Intel a NASA povzbudené bojom o to, kto dokáže zostaviť najspoľahlivejší a najvýkonnejší kvantový procesor. A to je určite najbližšia budúcnosť. Vidíme, o čom tento kvantový procesor je

Potrebujeme kvantový procesor

Súčasné procesory sú založené na tranzistoroch. Použitím kombinácie tranzistorov sú logické brány budované na spracovanie elektrických signálov, ktoré nimi prechádzajú. Ak sa pripojíme k sérii logických brán, získame procesor.

Problémom je potom jeho základná jednotka, tranzistory. Ak ich miniaturizujeme, môžeme umiestniť viac na jedno miesto, čím získate viac výpočtovej sily. Na to všetko samozrejme existuje fyzické obmedzenie. Keď dosiahneme tranzistory také malé, že sú v poriadku nanometrov, zistíme problémy pre elektróny, ktoré v nich cirkulujú, aby to urobili správne. Existuje možnosť, že tieto z vášho kanála vykĺznu, stretnú sa s inými prvkami v tranzistore a spôsobia poruchy reťazca.

A to je presne ten problém, že v súčasnosti dosahujeme hranice bezpečnosti a stability pri výrobe procesorov pomocou klasických tranzistorov.

Kvantové výpočty

Prvá vec, ktorú musíme vedieť, je to, čo je kvantové výpočty, a nie je ľahké to vysvetliť. Tento koncept sa odchyľuje od toho, čo dnes poznáme ako klasické výpočty, ktoré používajú bity alebo binárne stavy „0“ (0, 5 V) a „1“ (3 V) elektrického impulzu na vytváranie logických reťazcov. porovnateľných informácií.

Uza.uz písmo

Kvantové výpočty pre svoju časť používajú termín qubit alebo cubit na označenie akčných informácií. Hranica obsahuje nielen dva stavy ako 0 a 1, ale je schopná súčasne obsahovať 0 a 1 alebo 1 a 0, to znamená, že môže mať tieto dva stavy súčasne. To znamená, že nemáme prvok, ktorý berie diskrétne hodnoty 1 alebo 0, ale keďže môže obsahovať oba stavy, má súvislú povahu a v jeho vnútri určité stavy, ktoré budú viac a menej stabilné.

Čím viac qubits, tým viac informácií sa dá spracovať

Presne v schopnosti mať viac ako dva štáty a mať niekoľko z nich súčasne spočíva jej sila. Možno dokážeme urobiť viac výpočtov súčasne a v kratšom čase. Čím viac qubits, tým viac informácií sa dá spracovať, v tomto zmysle je to podobné tradičným CPU.

Ako funguje kvantový počítač

Operácia je založená na kvantových zákonoch, ktorými sa riadia častice, ktoré tvoria kvantový procesor. Všetky častice majú okrem protónov a neutrónov aj elektróny. Ak vezmeme mikroskop a uvidíme tok elektrónových častíc, mohli by sme vidieť, že majú podobné správanie ako vlny. Vlnu charakterizuje to, že je to preprava energie bez transportu hmoty, napríklad zvuk, sú to vibrácie, ktoré nevidíme, ale vieme, že cestujú vzduchom, až kým nedosiahnu naše uši.

Elektróny sú častice, ktoré sa dokážu správať buď ako častice alebo ako vlna, a to spôsobuje to, že sa stavy prekrývajú a súčasne sa môžu vyskytnúť 0 a 1. Je to, akoby sa tiene objektu premietali, v jednom uhle nájdeme jeden tvar a druhý iný. Spojenie týchto dvoch tvarov vytvára tvar fyzického objektu.

Takže namiesto dvoch hodnôt 1 alebo 0, ktoré poznáme ako bity, ktoré sú založené na elektrickom napätí, je tento procesor schopný pracovať s viacerými stavmi nazývanými quanta. Kvant, okrem merania minimálnej hodnoty, ktorú môže mať veľkosť (napríklad 1 volt), je tiež schopný zmerať najmenšiu možnú variáciu, ktorú tento parameter môže zažiť pri prechode z jedného stavu do druhého (napríklad je schopný rozlíšiť tvar objektu pomocou dvoch súbežných tieňov).

Môžeme mať súčasne 0, 1 a 0 a 1, to znamená, že bity sa prekrývajú nad sebou

Aby bolo jasné, môžeme mať 0, 1 a 0 a 1 súčasne, to znamená, že bity sa prekrývajú nad sebou. Čím viac bitov, tým viac bitov môžeme mať na sebe a potom viac hodnôt, ktoré môžeme mať súčasne. Týmto spôsobom budeme musieť v 3-bitovom procesore vykonávať úlohy, ktoré majú jednu z týchto 8 hodnôt, ale nie viac ako jednu naraz. na druhej strane, pre 3-bitový procesor budeme mať časticu, ktorá dokáže brať naraz osem stavov a potom budeme schopní vykonávať úlohy s ôsmimi operáciami súčasne

Aby sme získali predstavu, najvýkonnejšia procesorová jednotka, ktorá bola kedy vytvorená, má kapacitu 10 teraflopov alebo čo je to isté 10 miliárd operácií s pohyblivou rádovou čiarkou za sekundu. 30-bitový procesor by bol schopný vykonávať rovnaký počet operácií. IBM už má 50-bitový kvantový procesor a my sme stále v experimentálnej fáze tejto technológie. Predstavte si, ako ďaleko môžeme ísť, pretože vidíte, že výkon je oveľa vyšší ako v normálnom procesore. Ako sa zvyšuje kvantový procesor, operácie, ktoré môže vykonávať, sa exponenciálne násobia.

Ako môžete vytvoriť kvantový procesor

Vďaka zariadeniu, ktoré je schopné pracovať s nepretržitými stavmi namiesto toho, aby malo iba dve možnosti, je možné prehodnotiť problémy, ktoré doteraz nebolo možné vyriešiť. Alebo vyriešite súčasné problémy rýchlejšie a efektívnejšie. Všetky tieto možnosti sa otvárajú pomocou kvantového stroja.

Aby sme kvantifikovali vlastnosti molekúl, musíme ich priviesť na teploty blízke absolútnej nule.

Aby sme dosiahli tieto stavy, nemôžeme použiť tranzistory založené na elektrických impulzoch, ktoré nakoniec budú buď 1 alebo 0. Aby sme to dosiahli, musíme sa ďalej zaoberať, konkrétne zákonmi kvantovej fyziky. Budeme musieť zabezpečiť, aby tieto oblasti, fyzicky tvorené časticami a molekulami, boli schopné urobiť niečo podobné tomu, čo tranzistory robia, to znamená, nadviazať vzťahy medzi nimi kontrolovaným spôsobom, aby nám ponúkli požadované informácie.

To je to, čo je skutočne komplikované a predmet, ktorý je potrebné prekonať v kvantovom výpočte. Aby sme kvantifikovali vlastnosti molekúl tvoriacich procesor, musíme ich priviesť na teploty blízke absolútnej nule (-273, 15 stupňov Celzia). Aby stroj vedel, ako rozlíšiť jeden stav od druhého, musíme ich odlišovať, napríklad, prúd 1 V a 2 V, ak vložíme napätie 1, 5 V, stroj nebude vedieť, že je jedným alebo druhým. A to je to, čo sa musí dosiahnuť.

Nevýhody kvantového výpočtu

Hlavnou nevýhodou tejto technológie je práve to, že sa kontrolujú tieto rôzne stavy, cez ktoré môže hmota prechádzať. Pri súčasných stavoch je veľmi ťažké vykonávať stabilné výpočty pomocou kvantových algoritmov. Toto sa nazýva kvantová nekonzistentnosť, hoci sa nedostaneme do zbytočných záhrad. Musíme pochopiť, že čím viac stavov budeme mať viac štátov a čím väčší počet štátov, tým viac rýchlosti budeme mať, ale tiež ťažšie zvládnuteľné budú chyby v zmenách hmoty, ktoré sa vyskytnú.

Okrem toho pravidlá, ktorými sa riadia tieto kvantové stavy atómov a častíc, hovoria, že nebudeme schopní pozorovať výpočtový proces počas jeho prebiehania, pretože ak by sme s ním zasahovali, superponované stavy by boli úplne zničené.

Kvantové stavy sú mimoriadne krehké a počítače musia byť úplne izolované vo vákuu a pri teplotách blízkych absolútnej nule, aby sa dosiahla miera chybovosti rádovo 0, 1%. Batérie buď vložili výrobcovia tekutého chladenia, alebo nám na Vianoce došli kvantové počítače. Kvôli tomu všetkému bude v strednodobom horizonte existovať kvantový počítač pre používateľov, možno ich môže byť niekoľko distribuovaných po celom svete v požadovaných podmienkach a my k nim môžeme pristupovať prostredníctvom internetu.

aplikácie

Tieto kvantové procesory sa budú so svojou výkonnosťou spracovania využívať hlavne na vedecké výpočty a na riešenie predtým neriešiteľných problémov. Prvou z aplikačných oblastí je možno chémia práve preto, že kvantový procesor je element založený na chémii častíc. Vďaka tomu bolo možné študovať kvantové stavy hmoty, ktoré dnes nie je možné vyriešiť bežnými počítačmi.

• Odporúčame prečítať si tie najlepšie procesory na trhu

Potom by mohla mať žiadosti o štúdium ľudského genómu, vyšetrenie chorôb atď. Možnosti sú obrovské a nároky sú skutočné, takže môžeme len čakať. Budeme pripravení na kontrolu kvantového procesora!