Glavni Reference Kvantno računalništvo: definicija, dejstva in uporaba

Kvantno računalništvo: definicija, dejstva in uporaba

Kvantno računalništvo

(Zasluge za sliko: Getty Images)

Skočiti:

Kvantno računalništvo je nova generacija tehnologije, ki vključuje tip računalnika, ki je 158-milijonkrat hitrejši od najbolj izpopolnjenega superračunalnika, ki ga imamo danes na svetu. Gre za tako zmogljivo napravo, da bi lahko v štirih minutah naredila tisto, za kar bi tradicionalni superračunalnik potreboval 10.000 let.

Že desetletja naš računalniki vsi so bili zgrajeni po istem dizajnu. Ne glede na to, ali gre za ogromne stroje v Nasi ali za vašeprenosnikdoma so vsi v bistvu le poveličani kalkulatorji, a bistveno je, da lahko počnejo samo eno stvar naenkrat.

Ključno pri delovanju vseh računalnikov je, da obdelujejo in shranjujejo informacije, iz katerih so sestavljenibinarne števkeimenovani bitovi. Ti biti imajo samo dve možni vrednosti, eno ali nič. Prav te številke tvorijo binarno kodo, ki jo mora računalnik prebrati, da lahko izvede določeno nalogo, piše v knjigi Osnove računalništva (odpre se v novem zavihku).

Kaj je kvantno računalništvo?

Kvantna teorija je veja fizike, ki se ukvarja z majhnim svetom atomi in manjših (subatomskih) delcev v njih, poroča revija Documenta Mathematica (odpre se v novem zavihku). Ko se poglobite v ta majhen svet, se zakoni fizike zelo razlikujejo od tega, kar vidimo okoli sebe. Na primer, kvantni delci lahko obstajajo v več stanjih hkrati. To je znano kot superpozicija.

Namesto bitov kvantni računalniki uporabljajo nekaj, kar imenujemo kvantni biti, na kratko 'qubits'. Medtem ko je tradicionalni bit lahko samo ena ali nič, je lahko qubit ena, nič ali oboje hkrati, glede na članek, objavljen iz Mednarodna konferenca IEEE o velikih podatkih (odpre se v novem zavihku).

To pomeni, da kvantnemu računalniku ni treba čakati, da se en proces konča, preden lahko začne drugega, lahko jih izvede hkrati.

Predstavljajte si, da imate veliko vrat, ki so bila vsa zaklenjena, razen enega, in morate ugotoviti, katera so odprta. Tradicionalni računalnik bi preizkušal vsa vrata, ena za drugimi, dokler ne bi našel tistih, ki so bila odklenjena. Lahko traja pet minut, lahko traja milijon let, odvisno od tega, koliko vrat je bilo. Toda kvantni računalnik bi lahko preizkusil vsa vrata hkrati. Zaradi tega so veliko hitrejši.

Poleg superpozicije kvantni delci kažejo tudi drugo nenavadno vedenje, imenovano zapletanje zaradi česar je ta tehnologija tudi tako potencialno prelomna. Ko sta dva kvantna delca zapletena, tvorita povezavo drug z drugim, ne glede na to, kako daleč sta drug od drugega. Ko spremenite enega, se drugi odzove na enak način – tudi če sta na tisoče kilometrov narazen. Einstein to lastnost delcev poimenoval 'strašljivo delovanje na daljavo', piše v reviji Narava (odpre se v novem zavihku).

Zapleteni kvantni delci

Zapleteni kvantni delci posnemajo vedenje drug drugega, tudi če so oddaljeni na tisoče kilometrov.(Zasluge za sliko: Getty Images)

Omejitve oblikovanja

Poleg hitrosti je še ena prednost kvantnih računalnikov pred tradicionalnimi računalniki velikost. Po navedbahMoorov zakon, se računalniška moč podvoji približno vsaki dve leti, poroča revija IEEE Annals of the History of Computing (odpre se v novem zavihku). Toda da bi to omogočili, inženirji morajo prilegati vedno večtranzistorjina vezje. Tranzistor je kot amikroskopskostikalo za luč, ki je lahko vklopljeno ali izklopljeno. Tako računalnik obdela ničlo ali enico, ki jo najdete v binarni kodi.

Za reševanje kompleksnejših problemov potrebujete več teh tranzistorjev. Toda ne glede na to, kako majhne jih naredite, jih je le toliko, da jih lahko namestite na vezje. Kaj torej to pomeni? To pomeni, da bodo tradicionalni računalniki prej ali slej tako pametni, kot jih lahko naredimo, glede na Revija za mlade znanstvenike (odpre se v novem zavihku). Tam lahko kvantni stroji spremenijo stvari.

Prizadevanje za izdelavo kvantnih računalnikov se je spremenilo v nekaj podobnegaglobalna dirka, z nekaterimi največjimi podjetji in pravzaprav vladami na planetu, ki tekmujejo, da bi tehnologijo pospešili še dlje, kar je spodbudilo porast zanimanja za delnice kvantnega računalništva na denarnih trgih.

En primer je naprava, ki jo je ustvaril D-Wave. Izdelal je sistem Advantage, za katerega pravi, da je prvi in ​​edini kvantni računalnik, zasnovan za poslovno uporabo, glede sporočilo za javnost (odpre se v novem zavihku)iz podjetja.

Hladilnik za redčenje D-Wave s

Inženir dela na hladilnem sistemu za redčenje D-Wave.(Zasluge za sliko: D-Wave)

D-wave je dejal, da je bil zasnovan z novo procesorsko arhitekturo z več kot 5000 kubiti in 15-way qubit povezljivost , ki podjetjem omogoča reševanje njihovih največjih in najbolj zapletenih poslovnih problemov.

Podjetje trdi, da je stroj prvi in ​​edini kvantni računalnik, ki strankam omogoča razvoj in izvajanje kvantnih aplikacij v realnem svetu v velikem obsegu v oblaku. Podjetje je dejalo, da je Advantage 30-krat hitrejši in zagotavlja enake ali boljše rešitve v 94 % časa v primerjavi s sistemom prejšnje generacije.

Toda kljub ogromni, teoretični računski moči kvantnih računalnikov še ni treba zavreči svojega starega prenosnika v smetnjak na kolesih. Običajni računalniki bodo še vedno imeli svojo vlogo v kateri koli novi dobi in so veliko bolj primerni za vsakodnevna opravila, kot so preglednice, pošiljanje e-pošte in obdelava besedil, glede na Quantum Computing Inc. (QCI) (odpre se v novem zavihku).

Kjer bi kvantno računalništvo res lahko prineslo radikalne spremembe, je napovedna analitika. Ker lahko kvantni računalnik dela analize in napovedi z vrtoglavo hitrostjo, bi lahko napovedoval vremenski vzorci in izvajati prometno modeliranje, stvari, kjer je na milijone, če ne milijarde spremenljivk, ki se nenehno spreminjajo.

Znotraj D-Wave

Zakaj potrebujemo kvantno računalništvo?

Standardni računalniki lahko naredijo, kar jim je naročeno, dovolj dobro, če jim človek vnese pravi računalniški program. Toda ko gre za napovedovanje stvari, niso tako pametni. To je razlog, zakaj jeVremenska napovedni vedno točna. Preveč je spremenljivk, preveč stvari se prehitro spreminjajo, da bi jih kateri koli običajni računalnik lahko dohajal.

Zaradi njihovih omejitev obstaja nekaj izračunov, ki jih navaden računalnik morda nikoli ne bo mogel rešiti ali pa bo trajalo dobesedno milijardo let. Ni veliko dobro, če potrebujete hitro napoved ali analizo.

Toda kvantni računalnik je tako hiter, skoraj neskončno hiter, da bi se lahko hitro odzval na spreminjajoče se informacije in preiskoval neomejeno število izidov in permutacij hkrati, je pokazala raziskava Računalniške zavrnitve (odpre se v novem zavihku).

Kvantni računalniki so tudi relativno majhni, ker se ne zanašajo na tranzistorje kot tradicionalni stroji. Porabijo tudi primerjalno manj moči , kar pomeni, da bi lahko bili teoretično boljši za okolje .

Dodatni viri

V tem članku lahko preberete, kako začeti s kvantnim računalništvom Narava (odpre se v novem zavihku). Če želite izvedeti več o prihodnosti kvantnega računalništva, si lahko ogledate ta pogovor TED (odpre se v novem zavihku)doktorskega študenta Jasona Balla.

Bibliografija

Zanimivi Članki