Τις τελευταίες δεκαετίες οι υπολογιστές αναπτύχθηκαν πολύ γρήγορα. Στην πραγματικότητα, στη μνήμη μιας γενιάς, πήγαν από ογκώδη σωλήνα, καταλαμβάνοντας τεράστια δωμάτια σε μικροσκοπικά δισκία. Η μνήμη και η ταχύτητα αυξήθηκαν γρήγορα. Αλλά ήρθε η στιγμή που εμφανίστηκαν τα καθήκοντα που ήταν πέρα από τη δύναμη των σύγχρονων υπολογιστών υπερ-δύναμης.
Τι είναι ένας κβαντικός υπολογιστής;
Η εμφάνιση νέων καθηκόντων που είναι πέρα από τον έλεγχο των συνηθισμένων υπολογιστών, αναγκάστηκε να αναζητήσει νέες ευκαιρίες. Και, ως εναλλακτική λύση στους συμβατικούς υπολογιστές, εμφανίστηκε το κβαντικό. Ένας κβαντικός υπολογιστής είναι μια τεχνική υπολογιστών, η βάση της δράσης, η οποία βασίζεται στα στοιχεία της κβαντικής μηχανικής. Οι βασικές διατάξεις της κβαντικής μηχανικής διαμορφώθηκαν στις αρχές του περασμένου αιώνα. Η εμφάνισή του επέτρεψε την επίλυση πολλών προβλημάτων της φυσικής που δεν βρήκαν λύση στην κλασική φυσική.
Παρόλο που η θεωρία των ποσοτήτων αριθμεί ήδη τον δεύτερο αιώνα, εξακολουθεί να παραμένει κατανοητή μόνο σε ένα στενό κύκλο ειδικών. Αλλά υπάρχουν πραγματικά αποτελέσματα της κβαντικής μηχανικής, στην οποία έχουμε ήδη συνηθίσει - τεχνολογία λέιζερ, τομογραφία. Και στα τέλη του περασμένου αιώνα η θεωρία του κβαντικού υπολογισμού αναπτύχθηκε από τον σοβιετικό φυσικό Yu Manin. Πέντε χρόνια αργότερα, ο David Deutsch αποκάλυψε την ιδέα ενός κβαντικού μηχανήματος.
Υπάρχει ένας κβαντικός υπολογιστής;
Αλλά η ενσωμάτωση των ιδεών δεν ήταν τόσο απλή. Περιοδικά, υπάρχουν αναφορές ότι έχει δημιουργηθεί ένας άλλος κβαντικός υπολογιστής. Η ανάπτυξη τέτοιων τεχνολογιών πληροφορικής επεξεργάζεται οι γίγαντες στον τομέα της πληροφορικής:
- Η D-Wave είναι μια εταιρεία από τον Καναδά, η οποία ήταν η πρώτη που ξεκίνησε την παραγωγή λειτουργικών κβαντικών υπολογιστών. Παρ 'όλα αυτά, οι ειδικοί συζητούν αν αυτοί οι υπολογιστές είναι πραγματικά κβαντικοί υπολογιστές και τι πλεονεκτήματα δίνουν.
- Η IBM δημιούργησε έναν κβαντικό υπολογιστή και την άνοιξε σε χρήστες του Διαδικτύου για πειράματα με κβαντικούς αλγόριθμους. Μέχρι το 2025 η εταιρεία σχεδιάζει να δημιουργήσει ένα μοντέλο ικανό να λύσει ήδη πρακτικά προβλήματα.
- Η Google ανακοίνωσε την κυκλοφορία φέτος ενός υπολογιστή ικανό να αποδείξει την υπεροχή των κβαντικών υπολογιστών σε συμβατικούς υπολογιστές.
- Τον Μάιο του 2017, οι Κινέζοι επιστήμονες στη Σαγκάη δήλωσαν ότι δημιουργήθηκε ο πιο ισχυρός κβαντικός υπολογιστής στον κόσμο, ξεπερνώντας τα αναλογικά στην συχνότητα της επεξεργασίας των σημάτων κατά 24 φορές.
- Τον Ιούλιο του 2017, στη διάσκεψη της Μόσχας για τις Κβαντικές Τεχνολογίες, ανακοινώθηκε ότι είχε δημιουργηθεί ένας κβαντικός υπολογιστής 51-qubit.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ ενός κβαντικού υπολογιστή και ενός συνηθισμένου υπολογιστή;
Η θεμελιώδης διαφορά ενός κβαντικού υπολογιστή στην προσέγγιση της διαδικασίας υπολογισμού.
- Σε έναν συμβατικό επεξεργαστή, όλοι οι υπολογισμοί βασίζονται σε δυαδικά ψηφία που υπάρχουν σε δύο καταστάσεις 1 ή 0. Δηλαδή, όλη η εργασία μειώνεται στην ανάλυση ενός τεράστιου όγκου δεδομένων για συμμόρφωση με συγκεκριμένες συνθήκες. Ο κβαντικός υπολογιστής βασίζεται σε qubits (quantum bits). Το χαρακτηριστικό τους είναι η ικανότητα να είναι στην κατάσταση 1, 0, και ταυτόχρονα 1 και 0.
- Οι δυνατότητες ενός κβαντικού υπολογιστή αυξάνονται σημαντικά, αφού δεν υπάρχει ανάγκη αναζήτησης της σωστής απάντησης ανάμεσα στο σετ. Σε αυτή την περίπτωση, η απάντηση επιλέγεται από τις ήδη διαθέσιμες παραλλαγές με κάποια πιθανότητα αλληλογραφίας.
Τι είναι ένας κβαντικός υπολογιστής;
Η αρχή ενός κβαντικού υπολογιστή, που βασίζεται στην επιλογή μιας λύσης με αρκετές πιθανότητες και στην ικανότητα να βρει μια τέτοια λύση πολλές φορές πιο γρήγορα από τους σύγχρονους υπολογιστές, καθορίζει το σκοπό της χρήσης της. Πρώτα απ 'όλα, η εμφάνιση αυτού του είδους τεχνολογίας υπολογιστών ανησυχεί τους κρυπτογράφους. Αυτό οφείλεται στην ικανότητα ενός κβαντικού υπολογιστή να υπολογίζει εύκολα τους κωδικούς πρόσβασης. Έτσι, ο πιο ισχυρός κβαντικός υπολογιστής, που δημιουργήθηκε από Ρώσους-Αμερικανούς επιστήμονες, είναι ικανός να αποκτήσει κλειδιά σε υπάρχοντα συστήματα κρυπτογράφησης.
Υπάρχουν επίσης πιο χρήσιμα εφαρμοσμένα καθήκοντα για τους κβαντικούς υπολογιστές, συνδέονται με τη συμπεριφορά των στοιχειωδών σωματιδίων, της γενετικής, της υγειονομικής περίθαλψης, των χρηματοπιστωτικών αγορών, της προστασίας των δικτύων από τους ιούς, της τεχνητής νοημοσύνης και πολλών άλλων που οι απλοί υπολογιστές δεν μπορούν να λύσουν.
Πώς είναι διευθετημένος ένας κβαντικός υπολογιστής;
Η κατασκευή ενός κβαντικού υπολογιστή βασίζεται στη χρήση των qubits. Ως φυσική απόδοση των qubits που χρησιμοποιούνται σήμερα:
- δακτύλιοι υπεραγωγών με βραχυκυκλωτήρες, με πολλαπλών κατευθύνσεων ρεύμα.
- μεμονωμένα άτομα, υπό την επίδραση των ακτίνων λέιζερ.
- ιόντα ·
- φωτονίων.
- οι παραλλαγές της χρήσης νανοκρυστάλλων ημιαγωγών αναπτύσσονται.
Κβαντικός υπολογιστής - η αρχή της λειτουργίας
Εάν υπάρχει βεβαιότητα με έναν κλασικό υπολογιστή στην εργασία, τότε είναι δύσκολο να απαντηθεί το ερώτημα του πώς λειτουργεί ένας κβαντικός υπολογιστής. Η περιγραφή της λειτουργίας ενός κβαντικού υπολογιστή βασίζεται σε δύο ακατανόητες φράσεις:
- η αρχή της υπερτίμησης είναι ένα ζήτημα των τετραγώνων που είναι ικανά να είναι ταυτόχρονα στις θέσεις 1 και 0. Αυτό επιτρέπει πολλούς υπολογισμούς να πραγματοποιούνται ταυτόχρονα, αντί να διαχωρίζονται οι επιλογές, γεγονός που δίνει μεγάλο κέρδος στο χρόνο.
- η κβαντική εμπλοκή είναι ένα φαινόμενο που παρατηρείται από τον A. Einstein, που είναι η διασύνδεση δύο σωματιδίων. Με απλά λόγια, αν ένα από τα σωματίδια έχει μια θετική ελικοειδότητα, τότε ο δεύτερος παίρνει αμέσως μια θετική ελαστικότητα. Αυτή η σχέση συμβαίνει ανεξάρτητα από την απόσταση.
Ποιος εφευρέθηκε ο κβαντικός υπολογιστής;
Η βάση της κβαντικής μηχανικής εξηγήθηκε στις αρχές του περασμένου αιώνα, ως υπόθεση. Η ανάπτυξή του συνδέεται με τέτοιους λαμπρούς φυσικούς όπως ο Max Planck, ο A. Einstein, ο Paul Dirac. Το 1980, ο Antonov πρότεινε την ιδέα της δυνατότητας κβαντικού υπολογισμού. Και ένα χρόνο αργότερα ο Richard Feyneman θεωρητικά επεξεργάστηκε τον πρώτο κβαντικό υπολογιστή.
Τώρα η δημιουργία των κβαντικών υπολογιστών στο στάδιο της ανάπτυξης και ακόμη και δύσκολο να φανταστούμε τι μπορεί να κάνει ένας κβαντικός υπολογιστής. Είναι όμως απολύτως σαφές ότι η κυριαρχία αυτής της κατεύθυνσης θα φέρει τους ανθρώπους σε πολλές νέες ανακαλύψεις σε όλους τους τομείς της επιστήμης, θα μας επιτρέψει να κοιτάξουμε τον μικρο-μακροοικονομικό κόσμο, να μάθουμε περισσότερα για τη φύση του νου, της γενετικής.