▷ Co je to kvantový procesor a jak to funguje?

Možná vás zajímá, co je kvantový procesor a jak to funguje ? V tomto článku se ponoříme do tohoto světa a pokusíme se dozvědět více o této podivné bytosti, že možná jednoho dne bude součástí našeho krásného podvozku RGB, samozřejmě samozřejmě.

Index obsahu

Jako všechno v tomto životě se buď přizpůsobíte, nebo zemřete. A to je přesně to, co se děje s technologií, a ne přesně za miliony let jako živé bytosti, ale během několika let nebo měsíců. Technologie postupuje závratným tempem a velké společnosti neustále inovují své elektronické komponenty. Prostory, které jsou dnes v módě, mají více energie a nižší spotřebu na ochranu životního prostředí. Dosáhli jsme bodu, kdy miniaturizace integrovaných obvodů téměř dosahuje fyzického limitu. Intel říká, že to bude 5nm, dále nebude existovat platný Mooreův zákon. Ale další číslo získává sílu a je to kvantový procesor. Brzy začneme vysvětlovat všechny jeho výhody.

S IBM jako předchůdcem jsou již velké společnosti jako Microsoft, Google, Intel a NASA povzneseny v boji, aby zjistily, kdo dokáže postavit nejspolehlivější a nejvýkonnější kvantový procesor. A to je jistě nejbližší budoucnost. Vidíme, o čem tento kvantový procesor je

Potřebujeme kvantový procesor

Současné procesory jsou založeny na tranzistorech. Pomocí kombinace tranzistorů jsou logické brány konstruovány pro zpracování elektrických signálů, které jimi prochází. Pokud se připojíme k řadě logických bran, získáme procesor.

Problém je pak v jeho základní jednotce, tranzistory. Pokud je miniaturizujeme, můžeme umístit více na jedno místo, což poskytne větší výpočetní výkon. Ale to vše samozřejmě existuje, když se dostaneme k tranzistorům tak malým, že jsou v řádu nanometrů, zjistíme problémy pro elektrony, které v nich cirkulují, aby to správně provedly. Existuje možnost, že se tyto vysunou ze svého kanálu, srazí se s jinými prvky v tranzistoru a způsobí selhání řetězce.

A to je přesně ten problém, že v současné době dosahujeme limitu bezpečnosti a stability pro výrobu procesorů pomocí klasických tranzistorů.

Kvantové výpočty

První věc, kterou musíme vědět, je to, co je kvantové zpracování, a není snadné to vysvětlit. Tento koncept se liší od toho, co dnes známe jako klasické výpočty, které používají bity nebo binární stavy „0“ (0, 5 V) a „1“ (3 V) elektrického impulsu k vytvoření logických řetězců porovnatelných informací.

Uza.uz písmo

Kvantové počítání pro svou část používá termín qubit nebo cubit k označení akčních informací. Quit obsahuje nejen dva stavy, jako je 0 a 1, ale je schopen současně obsahovat 0 a 1 nebo 1 a 0, to znamená, že může mít tyto dva stavy současně. To znamená, že nemáme prvek, který vezme diskrétní hodnoty 1 nebo 0, ale protože může obsahovat oba stavy, má spojitou povahu a uvnitř ní určité stavy, které budou více a méně stabilní.

Čím více qubits, tím více informací lze zpracovat

Právě ve schopnosti mít více než dva státy a mít několik z nich najednou, spočívá její moc. Můžeme být schopni provádět více výpočtů současně a za kratší dobu. Čím více qubits, tím více informací lze zpracovat, v tomto smyslu je to podobné tradičním procesorům.

Jak funguje kvantový počítač

Operace je založena na kvantových zákonech, kterými se řídí částice, které tvoří kvantový procesor. Všechny částice mají kromě protonů a neutronů i elektrony. Pokud vezmeme mikroskop a uvidíme tok elektronových částic, můžeme vidět, že mají podobné chování jako vlny. Vlnu charakterizuje to, že je to transport energie bez transportu hmoty, například zvuk, jsou to vibrace, které nevidíme, ale víme, že cestují vzduchem, dokud nedosáhnou našich uší.

Elektrony jsou částice, které jsou schopné chovat se buď jako částice, nebo jako vlna, a to způsobuje překrývání stavů a ​​současně může dojít k 0 a 1. Je to, jako by se promítaly stíny objektu, v jednom úhlu najdeme jeden tvar a druhý jiný. Spojení těchto dvou formuje tvar fyzického objektu.

Takže namísto dvou hodnot 1 nebo 0, které známe jako bity, které jsou založeny na elektrickém napětí, je tento procesor schopen pracovat s více stavy zvanými quanta. Kvant, kromě měření minimální hodnoty, kterou může mít velikost (například 1 volt), je také schopen měřit nejmenší možnou variantu, kterou může tento parametr zažít při přechodu z jednoho stavu do druhého (například je schopen rozlišit tvar objektu pomocí dvou současných stínů).

Můžeme mít současně 0, 1 a 0 a 1, to znamená, že na sebe leží bity

Abychom byli jasní, můžeme mít 0, 1 a 0 a 1 současně, to znamená, že bity se překrývají na sobě. Čím více qubits, tím více bitů můžeme mít na sobě a pak více hodnot můžeme mít současně. Tímto způsobem v 3bitovém procesoru budeme muset dělat úkoly, které mají jednu z těchto 8 hodnot, ale ne více než jednu najednou. na druhou stranu, pro 3bitový procesor budeme mít částici, která dokáže brát osm stavů najednou, a pak budeme schopni provádět úkoly s osmi operacemi současně

Abychom získali představu, nejvýkonnější procesorová jednotka, která byla kdy vytvořena, má kapacitu 10 teraflopsů nebo to, co je stejných 10 miliard operací s pohyblivou řádovou čárkou za sekundu. 30bitový procesor by byl schopen provádět stejný počet operací. IBM již má 50bitový kvantový procesor a my jsme stále v experimentální fázi této technologie. Představte si, jak daleko můžeme jít, jak vidíte, výkon je mnohem vyšší než u normálního procesoru. Jak se qubity kvantového procesoru zvyšují, operace, které může provádět, se množí exponenciálně.

Jak můžete vytvořit kvantový procesor

Díky zařízení, které je schopné pracovat s nepřetržitými stavy místo toho, aby mělo pouze dvě možnosti, je možné přehodnotit problémy, které dosud nebylo možné vyřešit. Nebo také vyřešte aktuální problémy rychleji a efektivněji. Všechny tyto možnosti jsou otevřeny kvantovým strojem.

Abychom kvantifikovali vlastnosti molekul, musíme je přivést na teploty blízké absolutní nule.

Abychom dosáhli těchto stavů, nemůžeme použít tranzistory založené na elektrických impulzech, které nakonec budou buď 1 nebo 0. Abychom toho dosáhli, musíme se podívat dále, konkrétně na zákony kvantové fyziky. Budeme muset zajistit, aby tyto oblasti fyzicky tvořené částicemi a molekulami byly schopny udělat něco podobného tomu, co tranzistory dělají, tj. Navázat vztahy mezi nimi kontrolovaným způsobem, aby nám poskytly požadované informace.

To je to, co je skutečně komplikované a předmět, který je třeba překonat v kvantovém zpracování. Abychom kvantifikovali vlastnosti molekul, které tvoří procesor, musíme je přivést na teploty blízké absolutní nule (-273, 15 stupňů Celsia). Aby stroj věděl, jak odlišit jeden stav od jiného, ​​musíme je odlišit, například proud 1 V a 2 V, pokud vložíme napětí 1, 5 V, stroj nebude vědět, že je jeden nebo druhý. A toho je třeba dosáhnout.

Nevýhody kvantového zpracování

Hlavní nevýhodou této technologie je právě to, že řídí tyto různé stavy, skrze které může hmota procházet. Při současných stavech je velmi obtížné provádět stabilní výpočty pomocí kvantových algoritmů. Tomu se říká kvantová nekonzistentnost, ačkoli se nepustíme do zbytečných zahrad. Musíme pochopit, že čím více křižovatek budeme mít více stavů, a čím větší počet stavů, tím vyšší rychlost budeme mít, ale také obtížněji kontrolovatelné budou chyby ve změnách hmoty, ke kterým dojde.

Kromě toho pravidla upravující tyto kvantové stavy atomů a částic říkají, že nebudeme schopni pozorovat výpočetní proces během jeho probíhajícího procesu, protože kdybychom do něj zasahovali, superponované stavy by byly úplně zničeny.

Kvantové stavy jsou extrémně křehké a počítače musí být zcela izolovány ve vakuu a při teplotách blízkých absolutní nule, aby se dosáhla míra chyb řádu 0, 1%. Baterie vložili buď výrobci kapalinového chlazení, nebo nám do Vánoc došlo kvantový počítač. Kvůli tomu všemu bude přinejmenším ve střednědobém horizontu existovat kvantový počítač pro uživatele, možná jich může být několik distribuovaných po celém světě v požadovaných podmínkách a my k nim můžeme přistupovat prostřednictvím internetu.

Použití

Kvůli své výpočetní síle budou tyto kvantové procesory použity hlavně pro vědecké výpočty a pro řešení dříve nevyřešitelných problémů. První z aplikačních oblastí je možná chemie, právě proto, že kvantový procesor je prvek založený na částicové chemii. Díky tomu bylo možné studovat kvantové stavy hmoty, které dnes nelze vyřešit konvenčními počítači.

• Doporučujeme přečíst si ty nejlepší procesory na trhu

Poté by mohl mít aplikace pro studium lidského genomu, vyšetřování nemocí atd. Možnosti jsou obrovské a nároky jsou skutečné, takže můžeme jen čekat. Budeme připraveni na kontrolu kvantového procesoru!