Sisu
- Kvantreaalsus
- Kvantbiti valmistamine
- Pole vigu ega stressi - teie samm-sammuline juhend elumuutva tarkvara loomiseks ilma oma elu hävitamata
- Kui lähedal me oleme?
- Järeldus
Allikas: Rcmathiraj / Dreamstime.com
Ära võtma:
Vaadake lähemalt kvantarvutust, selle toimimist ja tulevikupotentsiaali.
„Kui arvate, et mõistate kvantfüüsikat, ei saa te kvantfüüsikast aru.” See tsitaat omistati füüsikule Richard Feynmanile, kuid pole selge, kas ta seda ütles. Siin on usaldusväärsem Feynmani tsitaat MIT-i 1995. aasta väljaandest: "Ma arvan, et võin kindlalt öelda, et kvantmehaanikat ei mõista keegi."
Kvantreaalsus
Nüüd, kui oleme selle asja endast välja käinud, vaatame, kas on midagi, mida me teame. Kvantmehaanika on imelik. Need kvanttasandi pisikesed osakesed lihtsalt ei käitu ootuspäraselt. Asjad on seal teisiti.
Kvantuniversumis toimuvad hullud asjad. Seal on sisemine juhuslikkus, ebakindlus, takerdumine. See kõik tundub natuke palju.
Nüüd teame, et aatomid ja subatomilised osakesed käituvad justkui omavahel ühendatud. Einstein nimetas kvant-takerdumist “õudseks toiminguks vahemaa tagant”. Kujutage ette kahte objekti, mis on füüsiliselt üksteisest eemal, kuid käituvad samamoodi, neil on samad omadused ja nad käituvad ühena. Kujutage nüüd ette, et need kaks objekti asuvad 100 000 valgusaasta kaugusel. Imelik tõepoolest.
Neid on veel. Kvantmehaanika määramatuse põhimõte ütleb, et osakeste teatud omadusi lihtsalt ei saa teada. Lisage sellele veel dekoherentsi probleem, millel on midagi pistmist lainefunktsiooni kokkuvarisemisega. Ja topeltpilu katse versioonid näivad viitavat sellele, et üks kvantobjekt võib asuda korraga kahes kohas, et vaatlus muudab subatomaatiliste osakeste olemust või näib, et elektronid on ajas tagasi liikunud.
Nüüd näete, miks kvantarvuti ehitamine võib olla selline väljakutse. Kuid see ei takista inimesi proovimast. (Lisateavet kvantarvutuste kohta leiate teemast Miks kvantarvutamine võib järgmine olla Lülitage Big Data Highway sisse.)
Kvantbiti valmistamine
Ebakindluse probleem on see, et see muudab arvutamise keeruliseks. Sihtmärk liigub alati. Ja isegi kui arendate välja mõne matemaatilise süsteemi, kuidas vigasid parandada? Ja arvasite, et binaarne on raske.
"Kvbit on kvantmehaaniline süsteem, mida saab mõnel sobival juhul käsitada ainult kahel kvanttasandil," ütleb Austraalia Uus-Lõuna-Walesi ülikooli professor Andrea Morello. "Ja kui see teil juba olemas on, saate seda kvantteabe kodeerimiseks kasutada."
Pole vigu ega stressi - teie samm-sammuline juhend elumuutva tarkvara loomiseks ilma oma elu hävitamata
Te ei saa oma programmeerimisoskusi parandada, kui keegi tarkvara kvaliteedist ei hooli.
Lihtsam öelda kui teha. Praegused kvantarvutid pole veel eriti võimsad. Nad üritavad ikka veel ehituskivi õigeks saada.
Kvantbitil, mida tuntakse ka kui qubit, on binaarses digitaalses arvutamises eksponentsiaalselt suurem potentsiaal kui klassikalisel bitil. Elementaarosakesel võib olla korraga mitu olekut, seda kvaliteeti nimetatakse superpositsiooniks. Kui klassikaline bit võib olla mõlemas kahes olekus (üks või null), võib qubit olla mõlemas nimetatud positsioonis korraga.
Mõelge mündile. Sellel on kaks külge: pead või sabad. Münt on binaarne. Kuid kujutage ette, et libistate mündi õhku ja see flipib lõpmatuseni. Kui see libiseb, on see pea või saba? Mis saab, kui see peaks kunagi maanduma? Kuidas saab klapitavat mündi kvantifitseerida? See on kerge katse illustreerida ülipositsiooni.
Niisiis, kuidas sa teed qubitit? Noh, kui kvantfüüsikud ei mõista kvantmehaanikat, siis vaevalt suudaksime siin adekvaatset selgitust juhtida. Lepime kokku lühikese nimekirjaga tehnoloogiatest, mida testitakse juppide loomiseks:
- Ülijuhtivad vooluringid
- Spin viktoriinid
- Ioonpüünised
- Fotoonilised vooluringid
- Topoloogilised punutised
Neist kõige populaarsemad on kaks esimest. Teised on ülikoolide uurimistöö subjektid. Esimese tehnika puhul jahutatakse ülijuhte elektromagnetiliste häirete kõrvaldamiseks. Kuid sidususe ajad on suhteliselt lühikesed ja asjad lagunevad. Professor Morello töötab keerutamistehnika kallal. Kvantosakestel on elektrilaeng, just nagu magnetidel. Mikrolaineimpulsside abil on ta võimeline saama elektroni pigem üles kui alla keerutama, luues seeläbi üheelektroni transistori.
Siis jääb alles tõrketaluvuse ja vigade parandamise küsimus. Kalifornias Santa Barbaras asuva ülikooli teadlastel on õnnestunud oma qubit-väravate abil saavutada 99,4-protsendiline truudus. Nad on Oxfordi ülikoolis saavutanud 99,9-protsendilise värava truuduse. Nii et me oleme seal veel?
Kui lähedal me oleme?
Edwin Cartlidge küsib seda küsimust 2016. aasta oktoobri artiklis Optics & Photonics News. ETSI hoiatus 2015. aastal, et organisatsioonid peaksid kasutama kvantohutut krüpteerimistehnikat, peaks teile ütlema, et midagi on silmapiiril.
Google, Microsoft, Intel ja IBM on kõik mängus. Üks künnistest, mida Google järgib, on midagi, mida nad on nimetanud kvantülemuseks. Seda kasutatakse selle hetke kirjeldamiseks, kus kvantarvuti teeb midagi sellist, mida klassikaline arvuti ei saa.
IBM plaanib ajakirja Scientific American esindaja David Castelvecchi sõnul 2017. aastal kasutusele võtta “universaalse” kvantarvuti. Kopeeritud “IBM Q” on pilvepõhine teenus, mis on tasu eest saadaval Internetis. Saate teada, milles nad töötavad, proovides nende Quantum Experience'i, mis on nüüd veebis saadaval. Kuid Castelvecchi sõnul pole ükski neist pingutustest tavalistest arvutitest võimsam - veel. Kvantide ülemus pole veel kindlaks tehtud.
Nagu Techopedia teatas 2013. aastal, on Google'il rohkesti rakendusi küpsele kvantarvutile, kui see on välja töötatud. Microsoft tegeleb topoloogilise kvantarvutusega. Mitu idufirmat on tõusuteel ja põllul tehakse palju tööd. Kuid mõned eksperdid hoiatavad, et roog ei pruugi olla veel täielikult küpsetatud. "Ma ei tee tuleviku kohta pressiteateid," ütleb Rainer Blatt Austria Innsbrucki ülikoolist. Ja füüsik David Wineland ütleb: “Olen pikas perspektiivis optimistlik, aga mida“ pikaajaline ”tähendab, seda ma ei tea.” (Vt 5 lahedat asja, mida Googles Quantum Computer võiks teha.)
Isegi kui kvantarvutite ülimuslikkus on saavutatud, ärge otsige seda oma sülearvuti asendamiseks niipea kui võimalik. Kvantarvutid, nagu nende binaarsed arvutid esimestel päevadel, võivad olla lihtsalt spetsiaalsetele seadmetele, mis on pühendatud kindlatele eesmärkidele. Üks levinumaid kasutusviise oleks kvantarvuti, mis simuleeriks kvantmehaanikat. Lisaks intensiivsetele arvutioperatsioonidele, nagu ilmateade, võib kvantarvutuste kasutamine olla tsentraliseeritud ja piiratud pilvega. Muidugi, see võib olla selle jaoks ideaalne koht.
Järeldus
Professor Morello tuvastas selgelt kvantarvutuste esmase väljakutse. Enne kui saate teavet kodeerima hakata, peate suutma qubitiga luua kaks diskreetset kvanttaset. Kui kvantarvandus on selle saavutanud, „see annab teile juurdepääsu eksponentsiaalselt suuremale arvutusruumile“ kui klassikaline arvuti. Näiteks kvantarvuti, kus on 300 jbbit (N jbb = 2N klassikalised bitid) suudaks töödelda rohkem bitti teavet, kui universumis on osakesi.
See on palju bitti. Kuid siia jõudmine võtab natuke ära.