量子コンピューティング–コンピューティングのより速い未来

公開: 2021-12-14

近年、コンピューターは私たちの生活の重要な部分になっています。教育であれ宇宙科学のデモンストレーションであれ、どの分野でもコンピューターはどこにでも使われており、今日ではコンピューターなしでは仕事をすることはできません。そのため、コンピューターが発明されて以来、コンピューターのサイズは縮小し、容量は増大しています。たとえば、2010年には1GBだったスマートフォンのチップのサイズが1テラバイトになったことにお気づきかもしれません。その結果、テクノロジーがどれほど急速に進化しているかがわかります。
コンピュータは時間の経過とともにより強力になっているという事実にもかかわらず、今日使用しているコンピュータには、それや電力消費などのいくつかの制限があります。これにより、導入される新しいコンピューティング方法への扉が開かれます。

量子コンピューティングとは

量子コンピューティングは、重ね合わせやエンタングルメントなどの量子現象を利用して計算を行うコンピューティングの一種です。あらゆるソースからのデータを簡単に照会、監視、分析、および処理できるため、この素晴らしいテクノロジーのトレンドは、コロナウイルスの拡散を回避し、実行可能なワクチンを開発することにも関わっています。銀行と金融は、量子コンピューティングが信用リスク、高頻度取引、および不正検出を制御するために使用されている別の業界です。

量子コンピューター–0と1の異なるアプローチ

現在のラップトップまたはコンピューターでは、「ビット」が計算に使用され、データは0と1の2進数または機械語を使用した2進数の形式で格納されます（機械語は2桁の0と1は、コンピュータがバイナリ信号（0と1）とコンピュータの回路（つまり、バイナリコードの回路）のみを理解するためです。コンピュータは、バイナリ信号（0と1）と回路を認識して変換するため、バイナリコード（0と1）と回路のみを理解するためです。それを電気インパルスに変換します。0はオフを示し、1はオンを示します。
コンピュータ用にソフトウェアが作成され、機械語に変換されます。プロセッサがソフトウェアを色付けすると、この機械語を使用してすべてのプロセスが実行されます。

量子コンピューター：量子コンピューティングの基本理論は原子に基づいています。このアイデアには、原子をマイクロ計算機として使用して0（ゼロ）と1（1）を決定することが含まれます。

物理学によれば、どの原子も自然に回転します。この回転は、上向きの回転または下向きの回転、つまり上下になります。デジタル技術を見ると、すべてが0と1の形で保持されています。つまり、原子の上向きのスピンは1で、下向きのスピンは0ですが、原子のスピンが検出された場合は0になります。同時に上面と下面の両方に配置できます。これが、一般的なコンピューターのビットと同じではないため、Qubitと呼ばれる理由です。量子ビットは、キュービットとも呼ばれ、ビットの情報が0または1のいずれかの形式をとることができるのに対し、キュービットの情報は0または1のいずれかの形式をとることができるという点でビットとは異なります。 0または1の値で。

したがって、複雑な計算を計算して解決するために量子の基礎を含むコンピューターは、量子コンピューターになります。

40立方量子コンピューターは、今日のスーパーコンピューターと同様の計算能力と、今日のスーパーコンピューターよりもはるかに高速にデータを計算する能力を備えていると報告されています。

私たちのスーパーコンピューターは今、私たちの最新の問題に対して十分ではありません

これまで、ほとんどの問題に取り組むためにスーパーコンピューターに依存してきました。これらは、数千のCPUおよびGPUコアを備えた非常に強力な従来のコンピューターです。一方、スーパーコンピューターは、一見単純に見える特定の種類の問題に取り組むのにあまり熟練していません。これが量子コンピューターが必要な理由です。
例：次のシナリオを考えてみましょう。ディナーパーティーで10人の気難しい人を着席させる必要があり、考えられるすべての組み合わせのうち、完璧な座席表は1つだけです。最高のものに落ち着く前に、いくつの異なる組み合わせを試す必要がありますか？
N階乗の式を使用すると、3,628,800になります。つまり、わずか10人で300万の組み合わせになります。
したがって、これらの種類の問題のより大きなバージョンを誘発する場合、より信頼性が高く費用効果の高い解決策が必要です。

また、スーパーコンピューターには、実際の状況のさまざまな組み合わせを処理するための作業メモリーが不足しています。これらのタイプの問題のより大きなバージョンは、最も強力なスーパーコンピューターでさえ混乱させます。
それぞれの組み合わせをスーパーコンピューターで1つずつ分析する必要があり、時間がかかる場合があります。

量子コンピューターはより高速です

量子コンピューターは、量子コンピューターによって作成された巨大な多次元空間でこれらの巨大な問題を表すことができます。これは、従来のスーパーコンピューターでは不可能なことです。

次に、量子波干渉アルゴリズムを利用して、この領域のソリューションを特定し、それらを使用可能で理解しやすい形式に変換し直します。

Groverの検索は、これらの原理を採用した有望な量子アルゴリズムです。 Nのリストから1つのアイテムを見つける必要があると仮定します。従来のコンピューターでは、平均してN / 2のアイテムをチェックする必要があり、最悪の場合、すべてのNをチェックする必要があります。
量子コンピューターでは、Groverの検索では、およそN個のアイテムをチェックした後にアイテムが見つかります。これにより、処理速度が大幅に向上し、時間の節約になります。たとえば、1兆のリストから1つのアイテムを見つける必要があり、各アイテムのチェックに1マイクロ秒かかったとします。
このように、従来のコンピューターは約1週間かかります。
量子コンピューターが完成するのに約1秒かかります。
したがって、それらは最適化問題に最適です。

量子コンピューターは、データセキュリティの状況を変えるでしょう。量子コンピューターは今日の暗号化スキームの多くを解読できるという事実にもかかわらず、ハッキング防止の代替手段を開発することが期待されています。

グーグルの量子コンピューター「シカモア」は、世界で最も強力なコンピューターで10、000年かかったであろう計算を4分（200秒）未満で完了しました。これは、より優れた医薬品を製造し、よりスマートな人工知能を開発し、宇宙の謎を解くことができる、世界初の完全に機能する量子コンピューターの始まりです。

サイズが重要

量子コンピューターは、計算能力の点で巨大になる可能性があります。実際には、それらは現在、クローゼットのサイズのコントロールボックスを備えた、住宅用冷蔵庫のサイズとほぼ同じです。

量子ビット、またはキュービット（CUEビット）は、ビットが量子形式で情報を格納するために従来のコンピューターで使用されるのと同じ方法で使用されます。

AdvancedTechsの組み合わせの実装

超流動：超流動は超伝導体を冷却するために使用されました。これらの超伝導体を絶対零度よりも摂氏100分の1度まで冷却します。これは、物理学で許容される理論上の最低温度です。

超伝導体：電子が超伝導体を通過すると、それらはクーパー対を形成し、ジョセフソン接合として知られる量子トンネルを通過します。

コントロール：超伝導であるキュービット。量子ビットの振る舞いを調整し、光子を発射することで情報を保持、変更、および読み取ることができます。

重ね合わせ：キュービットは、それ自体では特に有用ではありません。ただし、多数を作成し、それらを重ね合わせと呼ばれる状態で接続することにより、大きな計算スペースを生成する場合があります。次に、プログラム可能なゲートを使用して、この領域の複雑な問題を表現します。

エンタングルメント：量子エンタングルメントにより、キュービットはランダムな動作にもかかわらず完全に結合されたままになります。特定の複雑な問題は、量子もつれを利用する量子アルゴリズムを使用して、より効率的かつ迅速に対処できます。