Какво представлява квантовото изчисление и защо бъдещето на Земята зависи от него?

Изчислителната мощност достига кризисна точка. Ако продължим да следваме съществуващата тенденция от въвеждането на компютрите до 2040 г., няма да имаме способността да захранваме всички машини в света, освен ако не успеем да пробием квантовите изчисления.

sims 4 как да въртя обекти

Квантовите компютри обещават по-бързи скорости и по-стабилна сигурност от класическия си колега, а учените се стремят да създадат квантов компютър от десетилетия.

Какво е квант и как ни помага?

Квантовите изчисления се различават от класическите изчисления по един основен начин - начинът, по който се съхранява информацията. Квантовите изчисления се възползват максимално от странно свойство на квантовата механика, наречено суперпозиция. Това означава, че една „единица“ може да съдържа много повече информация от еквивалента, открит в класическите изчисления.

Информацията се съхранява в „ бита В щат 1 ' или ' 0 , ’Като превключвател на светлината, който се включва или изключва. За разлика от това, квантовите изчисления могат да включват единица информация, която може да бъде „ 1 , ‘‘ 0 , ’Или a суперпозиция на двете състояния .

Мислете за суперпозицията като сфера. ‘ 1 „Е написано на северния полюс, и„ 0 ‘Е написано на юг - два класически бита. Квантов бит (или кубит) обаче може да бъде намерен навсякъде между полюсите.

Квантовите битове, които могат да се включват и изключват едновременно, осигуряват революционна, високоефективна парадигма, при която информацията се съхранява и обработва по-ефективно, каза д-р. Куей-Лин Чиу до Alphr през 2017 г. Д-р Chiu беше изследовател за квантово-механичното поведение на материалите в Масачузетския технологичен институт.

Способността да съхранявате много по-голямо количество информация в една единица означава, че квантовите изчисления могат да бъдат по-бързи и по-енергийно ефективни от компютрите, които използваме днес. И така, защо е толкова трудно да се постигне?

Изработване на кубити

Qubits, гръбнакът на квантовия компютър, е трудно да се направи и, след като се установи, е още по-трудно да се контролира. Учените трябва да ги накарат да си взаимодействат по специфични начини, които биха работили в квантовия компютър.

Изследователите са се опитали да използват свръхпроводящи материали, йони, задържани в йонни капани, отделни неутрални атоми и молекули с различна сложност, за да ги изградят. Обаче да ги накараме да задържат дълго време квантовата информация се оказва трудно.

Вижте свързани Как да изградите свой собствен компютър

В последните изследвания учените от Масачузетския технологичен институт измислиха нов подход, използвайки клъстер от прости молекули, направени само от два атома като кубити.

Използваме свръхстудени молекули като „кубити“ Професор Мартин Цвирлейн, водещ автор на статията, каза пред Alphr през 2017 г. Молекулите отдавна се предлагат като носител на квантова информация, с много изгодни свойства пред други системи като атоми, йони, свръхпроводящи кубити и т.н. Тук за първи път показваме, че можете да съхранявате такава квантова информация за продължителни периоди в газ от ултра студени молекули. Разбира се, евентуален квантов компютър ще трябва също да направи изчисления, например да накара кубитите да взаимодействат помежду си, за да реализират така наречените порти. Цвиерлайн продължи, Но първо, трябва да покажете, че можете дори да държите на квантовата информация и това сме направили.

Кубитите, създадени в MIT, задържат квантовата информация по-дълго от предишните опити, но все още само за една секунда. Този срок може да звучи кратък, но всъщност е от порядъка на хиляда пъти по-дълъг от сравним експеримент, който е направен, обясни Цвиерлайн.

Съвсем наскоро изследователи от Университета на Нов Южен Уелс направиха значителен пробив в стремежа към квантови изчисления. Те изобретиха нов тип кубит, наречен джапанка, който използва електрона и ядрото на фосфорен атом. Те се управляват от електрически сигнал вместо от магнитен, което ги прави по-лесни за разпространение. Кубитът „джапанка“ работи, като отдръпва електрона от ядрото с помощта на електрическо поле, създавайки електрически дипол.

Отвъд кубитите

Не само кубитите обаче трябва да разберат учените. Те също така трябва да определят материала, за да направят квантовите изчислителни чипове успешно.

Chiu’s хартия , публикуван по-рано през 2017 г., откри свръхтънки слоеве материали, които биха могли да формират основата за квантов изчислителен чип. Chiu каза на Alphr: Интересното при това изследване е как избираме правилния материал, откриваме уникалните му свойства и използваме предимството му, за да изградим подходящ кубит.

Законът на Moore’s прогнозира, че плътността на транзисторите на силициевите чипове се удвоява приблизително на всеки 18 месеца, каза Чиу пред Alphr. Тези прогресивно свити транзистори обаче в крайна сметка ще достигнат малък мащаб, където квантовата механика играе важна роля.

Законът на Moore’s, за който Chiu се позовава, е изчислителен термин, разработен от съоснователя на Intel Гордън Мур през 1970 г. Той гласи, че общата процесорна мощност на компютрите се удвоява приблизително на всеки две години. Както Chiu заявява, плътността на чиповете намалява - проблем, на който квантовите изчислителни чипове могат потенциално да отговорят.

Квантовите изчисления ли са най-добрата пароизолация?

Какво е vaporware?

В случай, че никога не сте чували за термина пароизолация , по същество е свързан със софтуер продукт, който се рекламира, но все още не е наличен или евентуално никога не става достъпен. Пример за това е софтуерен продукт, който беше силно продаван, но така и не видя бял свят.

Въпреки че хората правят оптимистични прогнози от десетилетия за въздействието на квантовите компютри и различните постижения в бизнес и изследователската среда, колко близо сме до постигането на мечтата за квантови изчисления? Дали тази ситуация е прогноза за бъдещи изпарения или ще стане нещо полезно?

Ние задълбаваме в реалността на квантовите изчисления в друга статия. В обобщение, квантовият компютър вероятно ще извърши много нереалистично изчисление по-бързо от конвенционалния компютър през следващата година или две. Това обаче няма да е пряк процес и няма да бъде евтино или полезно за ежедневните потребители.