Објашњење квантног рачунања (као што сте 5-годишњак)

Концепт "Куантум Цомпутинга" који је недавно постао вирусан - захваљујући одређеном премијеру - јесте једна од многих неистражених територија науке од стране нас не-научних пеепс.

Разлог због којег већина од нас још није чула за то, упркос томе што је већ десетљећима присутна, то је већим дијелом то је теоретски и они који су експериментисали на њему на почетку били су веома тихи због тога потреба за војном и корпоративном тајном.

Ипак, ми сада знамо да постоји квантна механика и компјутерска комбинација и одједном то је унутар свачијег интереса. Ако не знате шта је квантни рачунар, али не желите да будете изостављени, прочитајте даље да бисте сазнали зашто је бољи од традиционалних рачунара са којима данас радимо.

Оф Традитионал Цомпутерс анд Битс

Компјутери су углавном дигитално-електронски и воља интеракцију са подацима представљеним у бинарним цифрама познат као битови (0 и 1). Било да су то слике, текст, аудио или било који други подаци - све је сачувано у битовима.

Физички, бинарни бројеви 0 и 1 могу бити представљени користећи било који ентитет који има два државна ентитета као новчић (глава и реп) или прекидач (укључен или искључен). У компјутерима, битови су присуство или одсуство напона (1 или 0), или промена или очување магнетног правца у магнетним тврдим дисковима.

Подаци се манипулишу израчунавањем похрањених битова. Рачунање се врши логичким вратима која су типично састављена од транзистора који контролишу пролаз електронског сигнала. Ако допушта да сигнал прође, то је бит 1 и ако је сигнал прекинут, то је 0.

Границе транзистора

Са све већом величином чипа и све већим бројем компоненти, електронски уређаји могу да дођу са милионима транзистора који могу бити мали као 7нм (што је 1000 пута мање од црвених крвних ћелија и само 20 пута веће од неких атома).

Величина транзистора може наставити да се смањује, али ће на крају доћи до физичке границе где ће електрони само тунеловати кроз њих и неће бити контроле над електронским протоком сигнала.

За све већу потребу за моћним рачунањем и мањим уређајима, ограничење величине на основној електронској компоненти је ограничење напретка. Научници траже нове начине потребно је мање времена и простора за израчунавање и похрањивање података, а један од начина на који можемо користити је квантно рачунање.

Кубитс, Суперпоситион и Ентанглемент

Квантно рачунање користи кбитове уместо битова за представљање података. Кубити су представљени као квантне честице елецтронс и пхотонс.

Квантне честице поседују особине као што су спин и поларизација које се могу користити за представљање података. На пример, квбит окретање на горе може бити 1 и наниже 0.

Али моћ квантног рачунања долази од чињенице да различити битови који су или 1 или 0, кубитс могу бити 1 и 0 истовремено, због имовине која се зове суперпозиција, где су квантне честице су у више држава истовремено.

Ово повећава моћ израчунавања квбита, јер се може користити и за 1 и за 0 током рачунања и на крају, једном измерена, постаје или 1 или 0.

Својство суперпозиције може се лако објаснити познатим експериментом на замишљеном мачком Сцхродингера, аустријског физичара.

У квантном свету постоји још једна особина која се може искористити у рачунарству квантна уплитање. То се у основи односи на својства квантних честица која се заплету и постају зависни једни од других и стога се не могу променити одвојено.

Понашају се као јединствен систем са општим стањем.

Рецимо да се два кубита подвргну испреплетености, ако се промени једно од кубит-ових стања, друго ће се такође променити. То доводи до стварне паралелне обраде или рачунања која може значајно смањити време рачунања у поређењу са традиционалним рачунарима.

Тешкоће и користи

Много је практичних препрека које треба превазићи научници и инжењери стварање контролисаног окружења за кубите и проналажење начина за манипулацију њиховим својствима, произвести жељени исход.

Али када се коначно створе квантни компјутери високе рачунарске снаге, они се могу користити за решавање проблема који би иначе били траје јако дуго да се заврше традиционалним рачунарима.

Проналажење примарних фактора великих бројева, проблем трговачког путника за велики број градова и друге сличне проблеме захтева експоненцијални број поређења да би се добио резултатс. Такође, претраживање кроз колосалне базе података је и даље веома дуготрајан процес чак и за тренутне дигиталне рачунаре.

Ова питања се могу рјешавати квантним компјутерима, који могу ријешити проблеме који могу трајати стољећима у традиционалним рачуналима, за неколико минута.

(Х / Т: ИБМ)