Cuantificarea cuantică a explicațiilor (ca și tine de 5 ani)

Conceptul de "Quantum Computing", care a devenit recent virală - datorită unui anumit premier - este unul dintre numeroasele teritorii neclarite ale științei de către noi.

Motivul pentru care majoritatea dintre noi nu au auzit încă de acest lucru, în ciuda faptului că este în jur de zeci de ani, este în cea mai mare parte este teoretică și cei care au experimentat la ea la început au fost foarte hush-hush despre asta din cauza nevoia de secret militar și corporativ.

Cu toate acestea, acum știm că există o combinație de mecanică cuantică și computere și deodată acest lucru se află în interiorul domeniului de interes al fiecăruia. Dacă nu știți ce este un calculator cuantic, dar nu doriți să rămâneți în afara buclei, citiți mai departe pentru a afla de ce este mai bine decât computerele tradiționale cu care lucrăm astăzi.

De computere și biți tradiționale

Computerele sunt în mare parte digitale și electronice interacționează cu datele reprezentate în cifre binare cunoscute ca biți (0 și 1). Fie imagini, text, audio sau orice alte date - toate sunt stocate în biți.

Din punct de vedere fizic, numerele binare 0 și 1 pot fi reprezentat folosind orice entitate cu două state ca o monedă (cap și coadă) sau un comutator (pornit sau oprit). În computere, biții sunt prezența sau absența tensiunii (1 sau 0), sau schimbarea sau conservarea direcției magnetice în hard discuri magnetice.

Datele sunt manipulate prin calculul biților stocați. Calculul se face prin intermediul unor porți logice care sunt în mod obișnuit alcătuite din tranzistori care controlează trecerea semnalului electronic. Dacă permite trecerea semnalului, este bitul 1 și dacă semnalul este întrerupt, este 0.

Limitele tranzistorilor

Cu dimensiunea mărită a chipului și numărul tot mai mare de componente, dispozitivele electronice pot veni cu milioane de tranzistori care pot fi la fel de mici ca 7nm (care este de 1000 de ori mai mică decât o celulă roșie din sânge și de numai 20 de ori mai mare decât unii atomi).

Dimensiunile tranzistorilor pot continua să se micșoreze, dar în cele din urmă vor atinge o limită fizică în care electronii vor tunel prin ele și nu va exista control asupra fluxului electronic de semnal.

Pentru nevoia tot mai mare de calcul puternic și dispozitive mai mici, o limită de dimensiune pe o componentă electronică de bază este o barieră de progres. Oamenii de știință caută căi noi ia mai puțin timp și spațiu pentru a calcula și a stoca date, și una dintre modalitățile pe care le putem folosi este calculul cuantic.

Qubits, Superposition și Entanglement

Calculul quantum utilizează qubits în loc de biți pentru a reprezenta datele. Qubitele sunt reprezentate folosind particule cuantice cum ar fi electroni și fotoni.

Particulele cuantice posedă proprietăți precum spin și polarizare care pot fi folosite pentru a reprezenta datele. De exemplu, un qubit care se rotește în sus poate fi 1 și în jos 0.

Dar puterea calculului cuantic vine din faptul că spre deosebire de biții care sunt fie 1, fie 0, qubits poate fi 1 și 0 simultan, din cauza unei proprietăți numite suprapunere, unde particulele cuantice sunt în mai multe stări in acelasi timp.

Aceasta crește puterea de calcul a qubit, deoarece poate fi folosită atât pentru 1 cât și pentru 0 în timpul calculului și la sfârșit, o dată măsurat, devine 1 sau 0.

Proprietatea de suprapunere poate fi explicată cu ușurință printr-un experiment de gândire faimos realizat pe o pisică imaginară de către Schrödinger, un fizician austriac.

În lumea cuantică, există și o altă proprietate care poate fi exploatată în calcul legatura cuantica. Se referă în esență la aceasta proprietățile particulelor cuantice care se încurcă și deveniți dependenți unul de celălalt și astfel nu pot fi schimbate separat.

Ei se comportă un singur sistem cu o stare generală.

Să presupunem că 2 qubits se suprapun, dacă unul dintre stările qubit este schimbat, celălalt se va schimba și el. Acest lucru duce la o procesare reală paralelă sau la o compilare care poate reduce timpul de calcul semnificativ în comparație cu computerele tradiționale.

Dificultăți și utilizări

Există multe obstacole practice care trebuie depășite de oamenii de știință și de ingineri crearea unui mediu controlat pentru qubits și găsind modalități de a manipula proprietățile lor, pentru a produce un rezultat dorit.

Dar odată ce computerele cuantice cu putere de calcul ridicată sunt create în cele din urmă, ele pot fi folosite pentru a rezolva problemele care ar fi altfel durează foarte mult a fi completat de computerele tradiționale.

Găsirea unor factori primari de număr mare, problema vânzătorului călător pentru un număr mare de orașe și alte probleme similare necesită un număr exponențial de comparații pentru a obține rezultates. De asemenea, căutarea în bazele de date colosale este încă un proces foarte consumator de timp pentru computerele digitale actuale.

Aceste probleme pot fi abordate cu ajutorul calculatoarelor cuantice, care pot rezolva problemele care pot dura secole în computerele tradiționale, într-o chestiune de minute.

(H / T: IBM)