Komputer kwantowy to prawda czy fikcja?
Komputery z ostatnich dekad rozwijały się bardzo szybko. W rzeczywistości, w pamięci jednego pokolenia, wybrali się z wielkogabarytowej tuby, zajmując ogromne sale na miniaturowe tablety. Szybko wzrosła pamięć i prędkość. Ale nadszedł czas, kiedy pojawiły się zadania, które były poza mocami nawet super-mocnych nowoczesnych komputerów.
Czym jest komputer kwantowy?
Pojawienie się nowych zadań, które są poza kontrolą zwykłych komputerów, zmusiło do poszukiwania nowych możliwości. I, jako alternatywa dla konwencjonalnych komputerów, pojawił się kwant. Komputer kwantowy jest techniką komputerową, podstawą działania, opartą na elementach mechaniki kwantowej. Główne przepisy mechaniki kwantowej sformułowano na początku ubiegłego wieku. Jego pojawienie się pozwoliło rozwiązać wiele problemów fizyki, które nie znalazły rozwiązania w fizyce klasycznej.
Chociaż teoria kwantów już liczy się w drugim wieku, nadal jest zrozumiała tylko dla wąskiego kręgu specjalistów. Ale są prawdziwe wyniki mechaniki kwantowej, do której jesteśmy już przyzwyczajeni - technologia laserowa, tomografia. Pod koniec ubiegłego wieku teoria obliczeń kwantowych została opracowana przez radzieckiego fizyka Yu Manin. Pięć lat później David Deutsch przedstawił ideę maszyny kwantowej.
Czy istnieje komputer kwantowy?
Ale ucieleśnienie pomysłów nie było takie proste. Okresowo pojawiają się raporty o utworzeniu innego komputera kwantowego. Rozwój takiej technologii komputerowej jest obsługiwany przez gigantów w dziedzinie technologii informacyjnej:
- D-Wave to firma z Kanady, która jako pierwsza uruchomiła produkcję operacyjnych komputerów kwantowych. Mimo to specjaliści zastanawiają się, czy te komputery są naprawdę komputerami kwantowymi i jakie są ich zalety.
- IBM - stworzył komputer kwantowy i udostępnił go internautom do eksperymentów z algorytmami kwantowymi. Do 2025 roku firma planuje stworzyć model zdolny do rozwiązania już praktycznych problemów.
- Google - ogłosił wydanie w tym roku komputera zdolnego do wykazania wyższości komputerów kwantowych na konwencjonalnych komputerach.
- W maju 2017 r. Chińscy naukowcy z Szanghaju powiedzieli, że powstał najpotężniejszy komputer kwantowy na świecie, przewyższający analogię częstotliwości przetwarzania sygnałów o 24 razy.
- W lipcu 2017 r. Na moskiewskiej konferencji na temat technologii kwantowych ogłoszono utworzenie 51-kubitowego komputera kwantowego.
Jaka jest różnica między komputerem kwantowym a zwykłym komputerem?
Podstawowa różnica komputera kwantowego w podejściu do procesu obliczeniowego.
- W konwencjonalnym procesorze wszystkie obliczenia są oparte na bitach, które istnieją w dwóch stanach 1 lub 0. Oznacza to, że cała praca jest zredukowana do analizowania ogromnej ilości danych pod kątem zgodności z określonymi warunkami. Komputer kwantowy oparty jest na kubitach (bitach kwantowych). Ich cechą jest zdolność do bycia w stanie 1, 0, a także jednocześnie 1 i 0.
- Możliwości komputera kwantowego są znacznie większe, ponieważ nie ma potrzeby szukania prawidłowej odpowiedzi w zestawie. W takim przypadku odpowiedź jest wybierana spośród już dostępnych wariantów z pewnym prawdopodobieństwem zgodności.
Do czego służy komputer kwantowy?
Zasada komputera kwantowego, zbudowana na wyborze rozwiązania z dostatecznym prawdopodobieństwem i możliwości znalezienia takiego rozwiązania wielokrotnie szybciej niż współczesne komputery, determinuje cel jego wykorzystania. Po pierwsze, pojawienie się tego rodzaju technologii komputerowej martwi kryptografów. Wynika to ze zdolności komputera kwantowego do łatwego obliczania haseł. Tak więc najpotężniejszy komputer kwantowy, stworzony przez rosyjsko-amerykańskich naukowców, jest w stanie uzyskać klucze do istniejących systemów szyfrowania.
Istnieją również bardziej przydatne zadania stosowane w komputerach kwantowych, wiążą się one z zachowaniem cząstek elementarnych, genetyki, opieki zdrowotnej, rynków finansowych, ochrony sieci przed wirusami, sztuczną inteligencją i wieloma innymi, których zwykłe komputery nie mogą rozwiązać.
Jak układa się komputer kwantowy?
Konstrukcja komputera kwantowego opiera się na wykorzystaniu kubitów. Jako fizyczną wydajność kubitów aktualnie używanych:
- pierścienie nadprzewodników ze zworkami, z wielokierunkowym prądem;
- pojedyncze atomy, pod wpływem wiązek laserowych;
- jony;
- fotony;
- opracowywane są warianty stosowania nanokryształów półprzewodników.
Komputer kwantowy - zasada działania
Jeśli w pracy jest pewność klasycznego komputera, trudno odpowiedzieć na pytanie, jak działa komputer kwantowy. Opis działania komputera kwantowego opiera się na dwóch niezrozumiałych wyrażeniach:
- zasada superpozycji jest kwestią kubitów mogących jednocześnie znajdować się w pozycjach 1 i 0. Umożliwia to przeprowadzanie kilku obliczeń jednocześnie, zamiast sortowania opcji, co daje duży zysk w czasie;
- splątanie kwantowe jest zjawiskiem zauważonym przez A. Einsteina, który jest połączeniem dwóch cząstek. W prostych słowach, jeśli jedna z cząstek ma dodatnią helicity, to druga natychmiast przyjmuje pozytywną helicity. Ta relacja występuje niezależnie od odległości.
Kto wynalazł komputer kwantowy?
Podstawy mechaniki kwantowej zostały wysunięte na początku ubiegłego wieku jako hipoteza. Jego rozwój wiąże się z tak błyskotliwymi fizykami jak Max Planck, A. Einstein, Paul Dirac. W 1980 roku Antonov zaproponował koncepcję możliwości obliczeń kwantowych. A rok później Richard Feyneman w teorii modelował pierwszy komputer kwantowy.
Teraz tworzenie komputerów kwantowych na etapie rozwoju, a nawet trudno sobie wyobrazić, co może zrobić komputer kwantowy. Ale absolutnie jasne jest, że opanowanie tego kierunku przyniesie ludziom wiele nowych odkryć we wszystkich dziedzinach nauki, pozwoli nam spojrzeć w świat mikro i makro, aby dowiedzieć się więcej o naturze umysłu, genetyki.