Calcularea cuantică – Viitorul mai rapid al calculului

Calculatoarele au devenit o parte semnificativă a vieții noastre în ultimii ani; în orice sector, fie că este vorba de educație sau de o demonstrație de știință spațială, calculatoarele sunt folosite peste tot și este imposibil să desfășori vreo muncă în zilele noastre fără ele. Deci, de când au fost inventate computerele, dimensiunea lor s-a micșorat și capacitatea lor a crescut. De exemplu, poate ați observat că cipul din smartphone-ul dvs., care avea 1 GB în 2010, are acum o dimensiune de 1 terabyte. Ca rezultat, puteți vedea cât de repede evoluează tehnologia.
În ciuda faptului că computerele au devenit mai puternice în timp, computerele pe care le folosiți astăzi au încă unele restricții, precum acesta și consumul de energie. Acest lucru deschide porți către noi moduri de calcul care urmează să fie introduse.

Ce este calculul cuantic

Calculul cuantic este un tip de calcul care folosește fenomene cuantice precum suprapunerea și întricarea pentru a face calcule. Datorită capacității sale de a interoga, monitoriza, analiza și acționa cu ușurință asupra datelor din orice sursă, această tendință tehnologică fantastică este, de asemenea, implicată în evitarea răspândirii coronavirusului și dezvoltarea de vaccinuri viabile. Banca și finanțele sunt o altă industrie în care calculul cuantic este folosit pentru a controla riscul de credit, tranzacționarea de înaltă frecvență și detectarea fraudelor.

Calculator cuantic – o abordare diferită pentru 0 și 1

În laptopul sau computerul actual, „bit” este folosit pentru calcul, unde datele sunt stocate sub formă de numere binare zero și unu sau numere binare folosind limbajul mașinii (limbajul mașinii este scris în cod binar, care are doar două cifre 0 și 1 deoarece computerul înțelege doar semnalul binar, adică 0 și 1 și circuitul computerului, adică circuitul în cod binar, deoarece computerul înțelege doar semnalul binar, adică 0 și 1 și circuitul în cod binar, deoarece îl recunoaște și îl transformă. la impulsuri electrice, cu 0 indicând oprit și 1 indicând pornit.
Orice software este creat pentru computer, apoi convertit în limbajul mașinii, iar atunci când procesorul dvs. colorează orice software, folosește acest limbaj al mașinii pentru a efectua toate procesele.

Calculator cuantic: Teoria de bază a calculului cuantic se bazează pe un atom, ideea implică utilizarea unui atom ca microcalculator pentru a decide 0 (zero) și 1 (unu) s.

Orice atom se rotește în mod natural, conform fizicii, iar acest spin poate fi fie spin ascendent, fie spin descendent, adică în sus și în jos. Dacă ne uităm la tehnologia digitală, totul este reținut sub formă de 0 și 1, adică spinul ascendent al atomului ar putea fi 1 și spinul descendent ar putea fi 0, dar dacă spinul atomic este detectat, acesta va fi 0. Deci poate fi atât pe partea superioară, cât și pe cea inferioară în același timp, motiv pentru care se numește Qubit, deoarece nu este același lucru cu un bit pe un computer obișnuit. Biții cuantici, cunoscuți și sub denumirea de qubiți, se deosebesc de biți prin aceea că informația în biți poate lua forma fie a 0, fie a unui 1, în timp ce informația din qubiți poate lua forma fie a 0, fie a unui 1. Poate fi fie într-o valoare 0, fie într-o valoare 1.

Deci, un computer care implică elementele de bază cuantice pentru a calcula și rezolva calculele noastre complicate devine un computer cuantic.

Se spune că un computer cuantic de 40 de cubi are o capacitate de calcul similară cu supercalculatoarele de astăzi și capacitatea de a calcula date mult mai rapid decât supercalculatoarele de astăzi.

Acum supercalculatoarele noastre nu sunt suficient de super pentru ultimele noastre probleme

Ne-am bazat pe supercalculatoare pentru a rezolva cele mai multe probleme până acum. Acestea sunt computere tradiționale extrem de puternice, cu mii de nuclee CPU și GPU. Supercalculatoarele, pe de altă parte, nu sunt foarte pricepute să abordeze anumite tipuri de probleme care par simple la prima apariție. Acesta este motivul pentru care computerele cuantice sunt necesare.
de exemplu : Luați în considerare următorul scenariu: trebuie să așezați zece persoane capricioase la o cină și există doar un singur plan perfect de așezare din toate combinațiile imaginabile. Câte combinații diferite ar trebui să încerci înainte de a te stabili pe cea mai bună?
Folosind formula factorială N devin 3.628.800, adică 3 milioane de combinații pentru doar 10 persoane.
Deci, dacă inducem o versiune mai mare a acestor tipuri de probleme, este nevoie de o soluție mai fiabilă și mai rentabilă.

De asemenea, supercalculatoarele nu au memoria de lucru pentru a gestiona numeroasele combinații de situații din lumea reală, versiunile mai mari ale acestor tipuri de probleme derutează chiar și cele mai puternice supercalculatoare ale noastre.
Fiecare combinație trebuie analizată unul câte unul de către supercalculatoare, ceea ce poate dura mult timp.

Calculatoarele cuantice sunt mai rapide

Calculatoarele cuantice pot reprezenta aceste probleme enorme în spații multidimensionale masive create de calculatoarele cuantice. Acesta este ceva de care supercalculatoarele tradiționale sunt incapabile.

Algoritmii de interferență cu unde cuantice sunt apoi utilizați pentru a localiza soluții în acest domeniu și a le traduce înapoi în forme utilizabile și ușor de înțeles.

Căutarea lui Grover este un algoritm cuantic promițător care folosește aceste principii. Să presupunem că trebuie să găsiți un articol dintr-o listă de N. Pe un computer tradițional, ar trebui să verificați în medie N/2 articole și, în cel mai rău caz, ar trebui să verificați toate N.
Pe un computer cuantic, căutarea lui Grover ar găsi articolul după ce a verificat aproximativ N dintre ele. Acest lucru oferă o îmbunătățire semnificativă a vitezei de procesare și economie de timp. De exemplu, să presupunem că trebuie să găsiți un articol dintr-o listă de un trilion și fiecare articol a luat o microsecundă pentru a verifica:
În acest mod, un computer tradițional va dura aproximativ o săptămână.
Va dura aproximativ 1 secundă pentru ca un computer cuantic să-l completeze.
Deci sunt grozave pentru probleme de optimizare.

Calculatoarele cuantice vor modifica peisajul securității datelor. În ciuda faptului că computerele cuantice vor fi capabile să spargă multe dintre schemele de criptare actuale, este de așteptat ca acestea să dezvolte alternative rezistente la piratare.

Calculatorul cuantic de la Google „Sycamore” a finalizat un calcul în mai puțin de patru minute (200 de secunde) care ar fi durat 10.000 de ani pe cel mai puternic computer din lume. Este începutul primului computer cuantic complet funcțional din lume, care va fi capabil să producă medicamente mai bune, să dezvolte o inteligență artificială mai inteligentă și să rezolve misterele cosmice.

Mărimea contează

Calculatoarele cuantice au potențialul de a fi masive în ceea ce privește capacitatea de calcul. În realitate, în prezent au dimensiunea unui frigider rezidențial, cu o cutie de control de dimensiunea unui dulap.

Biții cuantici, sau qubiții (biți CUE), sunt utilizați în același mod în care biții sunt utilizați într-un computer convențional pentru a stoca informații în formă cuantică.

Implementarea combinațiilor Advanced Techs

Superfluide: Superfluidele au fost folosite pentru a răci supraconductorii. Răcim acești supraconductori la o sutime de grad Celsius peste zero absolut, care este cea mai scăzută temperatură teoretic permisă de fizică.

Supraconductori : Când electronii trec prin supraconductori, ei formează perechi Cooper, care trec printr-un tunel cuantic cunoscut sub numele de joncțiune Josephson.

Control: un qubit care este supraconductor. Putem regla comportamentul qubitului și îl putem face să rețină, să modifice și să citească informații prin tragerea de fotoni în el.

Suprapunere: un qubit nu este deosebit de util în sine. Cu toate acestea, putem genera spații de calcul mari creând multe și conectându-le într-o stare cunoscută sub numele de suprapunere. Apoi folosim porți programabile pentru a exprima probleme complexe în acest domeniu.

Entanglement : Întanglementul cuantic permite qubiților să rămână complet cuplati în ciuda comportamentului lor aleatoriu. Probleme specifice complicate pot fi abordate mai eficient și mai rapid folosind algoritmi cuantici care profită de întanglementarea cuantică.