Kvantno računalništvo je pojasnjeno (kot ste 5-letnik)

Koncept "Quantum Computing", ki je pred kratkim postal viralen - zahvaljujoč določenemu predsedniku vlade - je eno od številnih neznanih območij znanosti, ki jih ne-znanstveni peeps.

Razlog, zakaj večina od nas o tem še ni slišala, pa čeprav že desetletja obstaja, je to večinoma to je teoretično in tiste, ki so na njem eksperimentirali na začetku bili zelo tihi zaradi tega potrebe po vojaški in podjetniški tajnosti.

Kljub temu vemo, da obstaja kvantna mehanika in računalniška kombinacija in to je nenadoma v interesu vseh. Če ne veste, kaj je kvantni računalnik, vendar ne želite, da se izognete zanki, si preberite, zakaj je boljši od tradicionalnih računalnikov, s katerimi danes delamo..

Tradicionalnih računalnikov in bitov

Računalniki so večinoma digitalni in bodo interakcijo s podatki, predstavljenimi v binarnih številkah znane kot bitov (0 in 1). Naj bodo slike, besedilo, zvok ali kateri koli drugi podatki - vse je shranjeno v bitih.

Fizično lahko binarna števila 0 in 1 predstavljeni s katerim koli entiteto z dvema državama kot kovanec (glava in rep) ali stikalo (vklop ali izklop). V računalnikih so bitovi prisotnost ali odsotnost napetosti (1 ali 0), ali sprememba ali ohranitev magnetne smeri v magnetnih trdih diskih.

Podatke upravljamo z izračunavanjem shranjenih bitov. Računanje poteka preko logičnih vrat, ki so običajno sestavljena iz tranzistorjev, ki nadzorujejo prehod elektronskega signala. Če omogoča signal, da gre skozi, je bit 1 in če je signal odrezan, je 0.

Meje tranzistorjev

Z vedno manjšo velikostjo čipov in naraščajočim številom komponent lahko elektronske naprave dobijo milijone tranzistorjev, ki so lahko tako majhni kot 7nm (kar je 1000-krat manjši od rdečih krvnih celic in le 20-krat večji od nekaterih atomov).

Velikost tranzistorjev se lahko še naprej krči, vendar bodo sčasoma dosegli fizično mejo, kjer bodo elektroni skozi njih ne bo nadzora nad pretokom elektronskega signala.

Za vedno večjo potrebo po zmogljivem računanju in manjših napravah, omejitev velikosti na osnovni elektronski komponenti je omejitev napredka. Znanstveniki iščejo nove načine potrebujete manj časa in prostora za izračun in shranjevanje podatkov, in eden od načinov, ki jih lahko uporabimo, je kvantno računalništvo.

Kubiti, superpozicija in zapletanje

Kvantno računalništvo uporablja qubite namesto bitov za predstavitev podatkov. Kubiti so predstavljeni kot kvantni delci elektronov in fotoni.

Kvantni delci imajo lastnosti, kot sta spin in polarizacija, ki se lahko uporabijo za predstavitev podatkov. Na primer, vrtenje navzgor lahko poteka 1 in navzdol 0.

Ampak moč kvantnega računalništva izhaja iz dejstva, da so različni bitovi, ki so bodisi 1 ali 0, kubiti so lahko 1 in 0 hkrati, zaradi lastnine superpozicija, kjer so kvantni delci so v več državah ob istem času.

S tem se poveča računska moč qubit-a, saj se lahko uporabi za 1 in 0 med računanjem in na koncu, enkrat izmerjeno, postane bodisi 1 ali 0.

Lastnost superpozicije je mogoče zlahka razložiti s slavnim miselnim eksperimentom na imaginarni mački, ki jo je izvedel avstrijski fizik Schrödinger..

V kvantnem svetu obstaja tudi drugo lastnost, ki jo je mogoče izkoristiti v računalništvu kvantno zapletanje. V bistvu se nanaša na lastnosti kvantnih delcev, ki se zapletajo in postanejo odvisni drug od drugega in se zato ne more spreminjati ločeno.

Delujejo tako enotnega sistema s celotnim stanjem.

Recimo, da se dva qubita prepletata, če se spremeni eno od qubitovih stanj, druga pa se bo spremenila. To vodi do prave vzporedne obdelave ali računalništva, ki lahko bistveno zmanjša čas računalništva v primerjavi s tradicionalnimi računalniki.

Težave in uporabe

Znanstveniki in inženirji, kot npr ustvarjanje nadzorovanega okolja za kubite in iskanje načinov za manipulacijo njihovih lastnosti, želeni rezultat.

Toda ko so kvantni računalniki z visoko računsko močjo končno ustvarjeni, jih je mogoče uporabiti za reševanje problemov, ki bi bili drugačni traja zelo dolgo da se dokonča s tradicionalnimi računalniki.

Iskanje najpomembnejših dejavnikov velikega števila, problem trgovskega potnika za veliko število mest in druge podobne težave zahtevajo eksponentno število primerjav, da dobite rezultats. Tudi iskanje po ogromnih bazah podatkov je še vedno zelo dolgotrajen proces tudi za trenutne digitalne računalnike.

Ta vprašanja je mogoče obravnavati s kvantnimi računalniki, ki lahko rešijo probleme, ki lahko trajajo stoletja v tradicionalnih računalnikih, v nekaj minutah.

(H / T: IBM)