Obliczenia kwantowe – szybsza przyszłość komputerów

W ostatnich latach komputery stały się istotną częścią naszego życia; w każdym sektorze, czy to edukacji, czy pokazach kosmicznych, komputery są używane wszędzie i bez nich nie można obecnie prowadzić żadnej pracy. Tak więc, odkąd wynaleziono komputery, ich rozmiar się skurczył, a ich pojemność wzrosła. Na przykład mogłeś zauważyć, że chip w twoim smartfonie, który w 2010 roku miał 1 GB, ma teraz 1 terabajt. Dzięki temu możesz zobaczyć, jak szybko rozwija się technologia.
Pomimo faktu, że komputery stały się z czasem coraz bardziej wydajne, komputery, z których korzystasz dzisiaj, nadal mają pewne ograniczenia, takie jak i zużycie energii. Otwiera to drzwi do wprowadzenia nowych sposobów przetwarzania.

Co to są obliczenia kwantowe

Obliczenia kwantowe to rodzaj obliczeń, który wykorzystuje do obliczeń zjawiska kwantowe, takie jak superpozycja i splątanie. Ze względu na możliwość łatwego wyszukiwania, monitorowania, analizowania i działania na danych z dowolnego źródła, ten fantastyczny trend technologiczny jest również zaangażowany w unikanie rozprzestrzeniania się koronawirusa i opracowywanie skutecznych szczepionek. Bankowość i finanse to kolejna branża, w której obliczenia kwantowe są wykorzystywane do kontrolowania ryzyka kredytowego, handlu o wysokiej częstotliwości i wykrywania oszustw.

Komputer kwantowy – inne podejście do zer i 1

W twoim obecnym laptopie lub komputerze 'bit' jest używany do obliczeń, gdzie dane są przechowywane w postaci zer i jedynki liczb binarnych lub liczb binarnych przy użyciu języka maszynowego (język maszynowy jest zapisany w kodzie binarnym, który ma tylko dwie cyfry 0 i 1 ponieważ komputer rozumie tylko sygnał binarny tj 0 i 1 oraz obwód komputera tj obwód w kodzie binarnym bo komputer rozumie tylko sygnał binarny tj 0 i 1 i obwód w kodzie binarnym ponieważ rozpoznaje go i przekształca na impulsy elektryczne, przy czym 0 oznacza wyłączenie, a 1 oznacza włączenie.
Każde oprogramowanie jest tworzone dla komputera, a następnie konwertowane na język maszynowy, a kiedy twój procesor koloruje dowolne oprogramowanie, używa tego języka maszynowego do wykonywania wszystkich procesów.

Komputer kwantowy: podstawowa teoria obliczeń kwantowych opiera się na atomie, pomysł polega na użyciu Atomu jako mikro kalkulatora do określenia 0 (zero) i 1 (jeden).

Zgodnie z fizyką każdy atom obraca się naturalnie, a ten spin może być albo w górę, albo w dół, tj. w górę iw dół. Jeśli spojrzymy na technologię cyfrową, wszystko jest zachowane w postaci 0 i 1, tj. spin atomu w górę może wynosić 1, a spin w dół może wynosić 0, ale jeśli wykryty zostanie spin atomu, będzie to 0. Czyli może znajdować się zarówno na górze, jak i na dole w tym samym czasie, dlatego nazywa się to Qubitem, ponieważ nie jest to to samo, co bit na typowym komputerze. Bity kwantowe, znane również jako kubity, różnią się od bitów tym, że informacje w bitach mogą mieć postać 0 lub 1, podczas gdy informacje w kubitach mogą mieć postać 0 lub 1. Może być w wartości 0 lub 1.

Tak więc komputer, który wykorzystuje podstawy kwantowe do obliczania i rozwiązywania naszych skomplikowanych obliczeń, staje się komputerem kwantowym.

Komputer kwantowy o pojemności 40 sześciennych ma mieć moc obliczeniową zbliżoną do dzisiejszych superkomputerów i zdolność do obliczania danych znacznie szybciej niż dzisiejsze superkomputery.

Nasze superkomputery nie są teraz wystarczające dla naszych najnowszych problemów

Do tej pory polegaliśmy na superkomputerach, aby rozwiązywać większość problemów. Są to niezwykle wydajne tradycyjne komputery z tysiącami rdzeni CPU i GPU. Z drugiej strony superkomputery nie są zbyt biegłe w rozwiązywaniu niektórych rodzajów problemów, które na pierwszy rzut oka wydają się proste. Dlatego potrzebne są komputery kwantowe.
na przykład : Rozważ następujący scenariusz: Musisz usiąść na dziesięciu wybrednych osobach na przyjęciu, a ze wszystkich możliwych kombinacji jest tylko jeden idealny rozkład miejsc. Ile różnych kombinacji musiałbyś wypróbować, zanim zdecydujesz się na najlepszą?
Stosując formułę czynnikową N otrzymujemy 3 628 800, czyli 3 miliony kombinacji dla zaledwie 10 osób.
Jeśli więc wywołamy większą wersję tego rodzaju problemów, potrzebne jest bardziej niezawodne i opłacalne rozwiązanie.

Ponadto superkomputerom brakuje pamięci roboczej, aby poradzić sobie z licznymi kombinacjami rzeczywistych sytuacji. Większe wersje tego typu problemów dezorientują nawet nasze najpotężniejsze superkomputery.
Każda kombinacja musi być analizowana jedna po drugiej przez superkomputery, co może zająć dużo czasu.

Komputery kwantowe są szybsze

Komputery kwantowe mogą reprezentować te ogromne problemy w ogromnych wielowymiarowych przestrzeniach tworzonych przez komputery kwantowe. To jest coś, czego tradycyjne superkomputery nie są w stanie.

Algorytmy interferencji fal kwantowych są następnie wykorzystywane do lokalizowania rozwiązań w tej dziedzinie i przekładania ich z powrotem na użyteczne i zrozumiałe formy

Poszukiwania Grovera to obiecujący algorytm kwantowy, który wykorzystuje te zasady. Załóżmy, że musisz znaleźć jedną pozycję z listy N. Na tradycyjnym komputerze musiałbyś sprawdzić średnio N/2 pozycje, aw najgorszym przypadku musiałbyś sprawdzić wszystkie N.
Na komputerze kwantowym wyszukiwanie Grovera znalazłoby przedmiot po sprawdzeniu około N z nich. Daje to znaczną poprawę szybkości przetwarzania i oszczędności czasu. Załóżmy na przykład, że musisz zlokalizować jeden element z listy jednego biliona, a sprawdzenie każdego elementu zajęło jedną mikrosekundę:
W ten sposób tradycyjny komputer zajmie około tygodnia.
Ukończenie go zajmie komputerowi kwantowemu około 1 sekundy.
Dzięki temu świetnie nadają się do rozwiązywania problemów z optymalizacją.

Komputery kwantowe zmienią krajobraz bezpieczeństwa danych. Pomimo faktu, że komputery kwantowe będą w stanie złamać wiele dzisiejszych schematów szyfrowania, oczekuje się, że opracują alternatywy odporne na włamania.

Komputer kwantowy „Sycamore” firmy Google wykonał obliczenia w mniej niż cztery minuty (200 sekund), które zajęłyby 10 000 lat na najpotężniejszym komputerze na świecie. To początek pierwszego na świecie w pełni działającego komputera kwantowego, który będzie w stanie produkować lepsze leki, rozwijać inteligentniejszą sztuczną inteligencję i rozwiązywać kosmiczne tajemnice.

Rozmiar ma znaczenie

Komputery kwantowe mogą być ogromne pod względem możliwości obliczeniowych. W rzeczywistości są one obecnie wielkości lodówki mieszkalnej, ze skrzynką kontrolną wielkości szafy.

Bity kwantowe lub kubity (bity CUE) są używane w taki sam sposób, jak bity są używane w konwencjonalnym komputerze do przechowywania informacji w postaci kwantowej.

Wdrażanie kombinacji zaawansowanych technologii

Nadcieki: Nadcieki były używane do chłodzenia nadprzewodników. Chłodzimy te nadprzewodniki do jednej setnej stopnia Celsjusza powyżej zera absolutnego, co jest teoretycznie najniższą temperaturą dozwoloną przez fizykę.

Nadprzewodniki : kiedy elektrony przechodzą przez nadprzewodniki, tworzą pary Coopera, które przechodzą przez tunel kwantowy znany jako złącze Josephsona.

Kontrola: kubit nadprzewodzący. Możemy regulować zachowanie kubitu i zmusić go do przechowywania, modyfikowania i odczytywania informacji, wystrzeliwując w niego fotony.

Superpozycja: sam kubit nie jest szczególnie przydatny. Możemy jednak generować duże przestrzenie obliczeniowe, tworząc wiele i łącząc je w stan zwany superpozycją. Następnie używamy programowalnych bramek do wyrażania złożonych problemów w tym obszarze.

Splątanie : splątanie kwantowe pozwala kubitom pozostać całkowicie połączonymi pomimo ich losowego zachowania. Konkretne skomplikowane problemy można rozwiązywać skuteczniej i szybciej za pomocą algorytmów kwantowych, które wykorzystują splątanie kwantowe.