▷ Kaj je kvantni procesor in kako deluje?

Morda se sprašujete, kaj je kvantni procesor in kako deluje ? V tem članku se bomo poglobili v ta svet in poskušali izvedeti več o tem čudnem bitju, ki bo morda nekega dne del našega čudovitega podvozja RGB, seveda kvantnega.

Kazalo vsebine

Kot vse v tem življenju se tudi vi prilagodite ali umrete. In prav to se dogaja s tehnologijo in ne ravno v obsegu milijonov let kot živih bitij, ampak v nekaj letih ali mesecih. Tehnologija napreduje z vrtoglavo hitrostjo in velika podjetja nenehno inovirajo svoje elektronske komponente. Več energije in manj porabe za zaščito okolja so prostori, ki so danes v modi. Dosegli smo točko, ko miniaturizacija integriranih vezij skoraj doseže fizično mejo. Intel pravi, da bo 5nm, poleg tega pa ne bo veljavnega Moorovega zakona. Toda še ena številka pridobi moč in to je kvantni procesor. Kmalu začnemo razlagati vse njegove prednosti.

Ker je IBM predhodnik, se večja podjetja, kot so Microsoft, Google, Intel in NASA, že krepijo v boju, da bi videli, kdo lahko zgradi najbolj zanesljiv in zmogljiv kvantni procesor. In zagotovo je bližnja prihodnost. Vidimo, za kaj gre ta kvantni procesor

Ali potrebujemo kvantni procesor

Trenutni procesorji temeljijo na tranzistorjih. S kombinacijo tranzistorjev so zgrajena logična vrata za obdelavo električnih signalov, ki tečejo skozi njih. Če se pridružimo vrsti logičnih vrat, bomo dobili procesor.

Težava je potem v njegovi osnovni enoti, tranzistorjih. Če jih miniaturiziramo, lahko na eno mesto postavimo več, kar zagotavlja večjo procesorsko moč. Seveda pa obstaja vse fizična omejitev vsega tega, ko dosežemo tako majhne tranzistorje, da so v vrstnem redu nanometrov, najdemo težave za elektrone, ki krožijo znotraj njih, da to naredijo pravilno. Obstaja možnost, da ti zdrsnejo iz kanala, trčijo v druge elemente tranzistorja in povzročijo okvare verige.

In ravno v tem je težava, da trenutno dosežemo mejo varnosti in stabilnosti za proizvodnjo procesorjev s klasičnimi tranzistorji.

Kvantno računanje

Prva stvar, ki jo moramo vedeti, je, kaj je kvantno računanje, in to ni enostavno razložiti. Ta koncept odstopa od tistega, kar danes poznamo kot klasičnega računanja, ki uporablja bite ali binarna stanja električnega impulza "0" (0, 5 voltov) in "1" (3 volti), da tvori logične verige računskih informacij.

Pisava Uza.uz

Kvantno računalništvo za svoj del uporablja izraz qubit ali cubit. Qubit ne vsebuje samo dveh stanj, kot sta 0 in 1, ampak je sposoben hkrati vsebovati 0 in 1 ali 1 in 0, to pomeni, da ima lahko ta dva stanja hkrati. To pomeni, da nimamo elementa, ki bi sprejel diskretne vrednosti 1 ali 0, vendar, ker lahko vsebuje obe stanji, ima stalno naravo in znotraj nje, nekatera stanja, ki bodo bolj in manj stabilna.

Več kbitov, več informacij je mogoče obdelati

Prav v sposobnosti, da ima več kot dve stanji in da ima več teh hkrati, leži njegova moč. Morda bomo lahko naredili več izračunov hkrati in v krajšem času. Več kbitov, več informacij je mogoče obdelati, v tem smislu je podobno tradicionalnim procesorjem.

Kako deluje kvantni računalnik

Operacija temelji na kvantnih zakonih, ki urejajo delce, ki tvorijo kvantni procesor. Vsi delci imajo poleg protonov in nevtronov tudi elektrone. Če vzamemo mikroskop in si ogledamo tok delcev elektronov, bi lahko videli, da imajo vedenje podobno kot valovanje. Kar je značilno za val, je to, da je to prenos energije brez prenosa snovi, na primer zvoka, to so vibracije, ki jih ne vidimo, vemo pa, da potujejo po zraku, dokler ne pridejo do naših ušes.

No, elektroni so delci, ki se lahko obnašajo bodisi kot delci ali kot valovi, zato se stanja prekrivajo in hkrati lahko nastaneta 0 in 1. Kot da bi bile projicirane sence predmeta, pod enim kotom najdemo eno obliko in drugo drugo. Spoj obeh tvori obliko fizičnega predmeta.

Torej namesto dveh vrednosti 1 ali 0, ki jih poznamo kot bitove, ki temeljijo na električnih napetostih, lahko ta procesor deluje z več stanji, imenovanimi kvantne. Kvant, poleg merjenja najmanjše vrednosti, ki jo lahko sprejme magnituda (na primer 1 volt), je sposoben izmeriti tudi najmanjšo možno spremembo, ki jo ta parameter lahko doživi pri prehodu iz enega v drugo stanje (na primer, da lahko razlikujemo obliko predmeta s pomočjo dveh sočasnih senc).

Lahko imamo hkrati 0, 1 in 0 in 1, to je bitove, ki se nahajajo drug na drugem

Da bi bilo jasno, lahko imamo hkrati 0, 1 in 0 in 1, to je bitove, nameščene drug na drugem. Več kbitov, več bitov lahko imamo drug na drugem in več vrednosti, ki jih lahko imamo hkrati. Na ta način bomo morali v 3-bitnem procesorju opraviti naloge, ki imajo eno od teh 8 vrednosti, vendar ne več kot eno. po drugi strani pa bomo imeli za 3-qubit procesor delce, ki lahko sprejmejo osem stanj hkrati, nato pa bomo lahko opravili naloge z osmimi operacijami hkrati

Da bi nam predstavili idejo, trenutno najmočnejša procesorska enota, ki je bila kdajkoli ustvarjena, ima zmogljivost 10 teraflopov ali kar je enakih 10 milijard operacij s plavajočo vejico na sekundo. 30-kubični procesor bi lahko opravil enako število operacij. IBM že ima 50-bitni kvantni procesor in še vedno smo v poskusni fazi te tehnologije. Predstavljajte si, kako daleč lahko gremo, saj vidite, da so zmogljivosti veliko večje kot pri običajnem procesorju. Ko se kvabi kvantnega procesorja povečujejo, se lahko operacije, ki jih izvaja, eksponentno množijo.

Kako lahko ustvarite kvantni procesor

Zahvaljujoč napravi, ki lahko deluje z neprekinjenimi stanji, namesto da ima le dve možnosti, je mogoče ponovno premisliti o težavah, ki jih do zdaj ni bilo mogoče rešiti. Ali pa tudi rešite trenutne težave na hitrejši in učinkovitejši način. Vse te možnosti se odpirajo s kvantnim strojem.

Za "kvantizacijo" lastnosti molekul jih moramo spraviti na temperature, ki so blizu absolutne nič.

Za dosego teh stanj ne moremo uporabiti tranzistorjev, ki temeljijo na električnih impulzih, ki bodo na koncu bodisi 1 bodisi 0. Če želite to narediti, bomo morali podrobneje preučiti zakone kvantne fizike. Zagotoviti bomo morali, da bodo ti kbitovi, ki jih fizično tvorijo delci in molekule, sposobni narediti nekaj podobnega, kot to počnejo tranzistorji, to je, da na njih vzpostavljamo nadzorovan odnos, tako da nam ponujajo želene informacije.

To je resnično zapleteno in predmet, ki ga je treba premagati v kvantnem računanju. Če želimo "kvantizirati" lastnosti molekul, ki jih sestavljajo procesor, jih moramo spraviti na temperature, ki so blizu absolutne ničle (-273, 15 stopinj Celzija). Da stroj zna razlikovati eno stanje od drugega, jih moramo narediti drugačne, na primer tok 1 V in 2 V, če postavimo napetost 1, 5 V, stroj ne bo vedel, da gre za eno ali drugo. In to je tisto, kar je treba doseči.

Slabosti kvantnega računanja

Glavna pomanjkljivost te tehnologije je ravno v nadzoru teh različnih stanj, skozi katere lahko preide materija. Pri sočasnih stanjih je zelo težko izvesti stabilne izračune z uporabo kvantnih algoritmov. Temu rečemo kvantna nedoslednost, čeprav se ne bomo spuščali v nepotrebne vrtove. Kar moramo razumeti, je, da več ko bomo imeli več stanj in večje število držav, več hitrosti bomo imeli, težje pa bomo nadzorovali napake v spremembah snovi, ki se pojavljajo.

Poleg tega norme, ki urejajo ta kvantna stanja atomov in delcev, pravijo, da procesa računanja ne bomo mogli opazovati, ko se bo izvajal, saj bi se, če bi se vanj vmešali, v celoti uničil.

Kvantna stanja so izredno krhka, zato je treba računalnike popolnoma izolirati pod vakuumom in pri temperaturah blizu absolutne nič, da dosežemo stopnjo napake v višini 0, 1%. Proizvajalci tekočega hlajenja namestijo baterije ali nam za božič zmanjka kvantnega računalnika. Zaradi vsega tega bodo vsaj srednjeročno na voljo kvantni računalniki za uporabnike, morda jih bo nekaj po vsem svetu razporejenih v zahtevanih pogojih in do njih bomo lahko dostopali prek interneta.

Uporaba

Ti kvantni procesorji se bodo s svojo procesno močjo uporabljali predvsem za znanstveni izračun in reševanje predhodno nerešljivih problemov. Prvo področje uporabe je morda kemija, ravno zato, ker je kvantni procesor element, ki temelji na kemiji delcev. Zahvaljujoč temu bi lahko preučili kvantna stanja materije, ki jih običajni računalniki danes nemogoče rešiti.

• Priporočamo branje najboljših procesorjev na trgu

Po tem bi lahko imela vloge za preučevanje človeškega genoma, preiskovanje bolezni itd. Možnosti je ogromno, zahtevki pa resnični, zato lahko samo čakamo. Pripravljeni bomo na pregled kvantnega procesorja!