Reaalsus, mis on endiselt väljaspool meie teadmisi - Quantum Computers

Kõigi elus on hetki, asju, mida me ei suuda selgitada. Asjad, millest me aru ei saa. Noh, kvantarvutite osas oleme me kõik selles olekus, kaasa arvatud maailma suurimad mõjud 20. ja 21. sajandil.

Allikas: i.ytimg.com

Nii et inimesed on ehitanud kvantarvuteid, kuid nad ei saa sellest aru?

Kui vaieldav see on? Tegelikult on teadlased teadlikud kvantarvutite pinnapealsest tööpõhimõttest, kuid kvantarvuti kogu käitumist reguleeriv aluspõhimõte on endiselt vaieldav.

Mis see imelik teadus ja imelikud arvutid on?

"Jumal ei mängi universumiga täringuid." - Albert Einstein
"Jumal mitte ainult ei mängi täringuid, vaid ... viskab ta neid mõnikord sinna, kus neid pole näha." - Stephen Hawking

Nii kirjeldab seda salapärast teadust 20. sajandi suurim meel ja 21. sajandi suurim meel. Albert Einstein uskus, et kõigi sündmuste kulg on ette määratud. Kuid Hawking ütleb, et ei, see pole nii. Mõnikord toimuvad asjad viisil, mida ainult Jumal suudab selgitada. Miks nii palju vaieldakse? Kas nad ei saa milleski kokku leppida? Noh, tõsiasi on see, nagu on mainitud, kvantmehaanika on tõesti salapärane. See kvantkäitumine rikub enamikku üldistest füüsikalistest nähtustest. Mitte ainult seda, et seda olemust võib näha ainult väga väikestes osakestesse.

Tere tulemast matemaatika maailma. Kvantkäitumine on täielikult seletatav matemaatiliste mudelite komplektiga ja tulemused on tõesti vaieldavad loodusmaailmaga, mida me igapäevaselt kogeme.

Põhimõtteliselt sõltub see kvantfüüsika tõenäosusest. Lihtsa näitena, kui loete seda artiklit bussis olles, ehkki isegi ei usu, on kvantfüüsika kohaselt tõenäoline, et viibite “valges majas”. Ja pidage meeles, et tõenäosus on suurem kui null !!. Kuid see on üsna väike nagu üks miljardik. Teoreetiliselt on võimalus !. Kui osakesed muutuvad väiksemaks, suureneb see tõenäosus. Kui arvestada elektroniga, mille mass on 9.10938356 × 10–31 kilogrammi, on kvantfüüsika seaduste kohaselt märkimisväärne tõenäosus. Mida see kaudselt ütleb, on võimalus, et see elektron võib eksisteerida mõlemas kohas. Üldiselt võib elektron eksisteerida rohkem kui ühes olekus. See on kvantarvutite ülima töötlemisjõu põhimõtte kontseptsioon ja me jõuame selleni.

90ndate lõpus tuli Nobeli auhinnatud füüsik Richard Feynman esmakordselt kvantarvuti ideega. Tegelikult oli see ainult idee. Kuid see oli esimene kujutlus arvutist, mis ületab kõik traditsioonid.

Mis vahe on tänapäeva arvutitel kvantarvutitel? Otsene vastus on töötlemisvõimsus. Arvatakse, et kui arvestada töötlemisvõimsust, suudab korralikult konstrueeritud kvantarvuti iga kaasaegse arvuti ületada. Tegelikult ennustatakse, et täna kasutatavad binaalarvutid ei suuda kunagi seda töötlemisvõimsust saavutada. Nii et kaevakem sügavale, et näha, kuidas see arvuti saab seda nii kiiresti täita? Vastus peitub kvantmehaanikas.

Põhiühik, mida tänapäeva arvutis kasutatakse, on natuke (kahendarv). Bitt võib sisaldada ainult ühte väärtust. Kas 1 või 0. Kuid kvantarvutite puhul on põhiseade tuntud kui “Qubit”. Qubit ehk kvantbit on kvantteabe ühik - klassikalise bitti kvantanaloog. Me teame, et kvantielemendid võivad eksisteerida korraga rohkem kui ühes olekus. Qubit asub väärtuste „väärtus 1” ja „väärtus 0” ülipositsioonil. (Olemasolev enam kui ühes olekus samaaegselt määratletakse superpositsioonina.) See ülipositsioon on põhjus, miks kvantarvuti ületab kõik moodsa binaarse maailma arvutid. See pisike Qubit võib koos sisaldada nii 1 kui ka 0 ja see suurendab uskumatul moel arvutamisvõimet.

Allikas: quantumfrontiers.files.wordpress.com

Võtame näite. Binaarses arvutis, kui võtame kaks bitti, on neli võimalust 11, 10, 00, 01,. Kuid need kaks bitti võivad antud ajahetkel võtta ainult ühe neljast. Kui kõiki nelja olekut on vaja, võtab see 4 toimingut. Kuid kuna Qubiti purk sisaldab korraga ühte ja ühte. Kõigi nende nelja osariigi juurde pääseb korraga. Neli toimingut vähendatakse üheks. (See juhtub seetõttu, et Qubits võib sisaldada mõlemat väärtust. Kaks Qubitsit võivad sisaldada neid nelja olekut korraga, kui tavalistel bittidel on kummagi jaoks üks olek.) Ülejäänud on matemaatika. Võtke lihtsalt 3 Qubiiti, mis võib sisaldada 8 olekut korraga. 4 Qubiiti, 16 erinevat väärtust. On üsna selge, et Qubitsi ülipositsioonilise nähtuse tõttu suudab kvantarvuti töödelda tuhandeid kordi kiiremini kui tavalised arvutid.

Ehitame siis kvantarvuti, mida me ootame?

Keeruline osa tuleb nüüd. Kvantarvuti ehitamine pole lihtne ülesanne. Ehkki on olemas mõned edukad tulemused, näevad teadlased endiselt välja keeruka mudeli väljatöötamist. Raskuste peamist põhjust tuntakse veel ühe loodusnähtusena, mida nimetatakse nn deherentsuseks.

Mis on see dekoherentsus? Esiteks, kas olete valmis reisima salapärasesse kvantmaailma, et leida dekohernece?

Alguses mainiti, et kvantielemendid võivad eksisteerida korraga rohkem kui ühes olekus ja seda nimetatakse superpositsiooniks. Decohernece tähendab loodusnähtusi, mille korral mingi kvant element lahkub teistest olekutest ja hakkab püsima ühes olekus. Põhimõtteliselt on see aeg, kus see element lakkab näitamast oma kvantlikku olemust. Neid dekohernecelemente juhib Newtonioni füüsika, mitte kvantmehaanika. Kui puudub superpositsioon, pole ka äärmist töötlemisvõimet.

Mis on kõige veidram, on dekorentseeni põhjus. Kvantfüüsika järgi, kui proovime mõõta dekodeeritavat kvant elementi.

Nagu me 3D-ruumis teame, võime leida mis tahes objekti x, y, z telje järgi. Sarnasel viisil, kui proovime leida kvant-elementi (nt: qubit), võib see asuda, kuid sel hetkel ei näita see kvant-elementi. Kui me mõõdame või jäädvustame Qubiti, pole see enam Qubit, kuni me selle välja ei lase. See on üks uskumatumaid ja toredamaid nähtusi looduses, mis hoiab maailma suurimat meelt hõivatud alates 1930. aastatest. Selle nähtuse selgitamiseks on mõned mudelid ja teooriad, kuid siiski on need vaieldavad.

Selle kvantmaailma õudse olemuse tõttu on kvantarvutite jaoks vaja spetsiaalseid algoritme. Need algoritmid tuleks määratleda viisil, et operatsioone saaks teostada ilma vitste mõõtmata. Tegelikult eksisteerivad ka sellised algoritmid.

Nagu me kõik täna teame, viivad maailma leidlikumad ülikoolid, nagu MIT Cambridge ja Max Plank, selles valdkonnas läbi palju katseid. Teadlaste sõnul "Kui dekoherentsi müsteerium lahendatakse õigesti, ei ole käeshoitavate kvantarvutite ajastu kuigi kaugel".