▷ Kas ir kvantu procesors un kā tas darbojas?

Jums var rasties jautājums, kas ir kvantu procesors un kā tas darbojas ? Šajā rakstā mēs iedziļināsimies šajā pasaulē un mēģināsim uzzināt vairāk par šo dīvaino būtni, kas, iespējams, kādu dienu būs daļa no mūsu skaistās RGB šasijas, protams, kvantu.

Satura rādītājs

Tāpat kā viss šajā dzīvē, jūs vai nu pielāgojaties, vai mirstat. Un tieši tas notiek ar tehnoloģijām un ne tieši miljonu gadu diapazonā kā dzīvām būtnēm, bet gan gadu vai mēnešu laikā. Tehnoloģija attīstās reibinošā tempā, un lielie uzņēmumi pastāvīgi izstrādā jauninājumus savās elektroniskajās sastāvdaļās. Lielāks enerģijas patēriņš un mazāks patēriņš vides aizsardzībai ir mūsdienīgas telpas. Mēs esam sasnieguši punktu, kurā integrēto shēmu miniaturizācija gandrīz sasniedz fizisko robežu. Intel saka, ka tas būs 5 nm, turklāt nebūs spēkā esoša Mūra likuma. Bet cits skaitlis iegūst spēku, un tas ir kvantu procesors. Drīz mēs sākam izskaidrot visas tā priekšrocības.

Izmantojot IBM kā priekšteci, lielākie uzņēmumi, piemēram, Microsoft, Google, Intel un NASA, jau ir iesaistīti cīņā par to, kurš var izveidot visuzticamāko un jaudīgāko kvantu procesoru. Un tā noteikti ir tuvākā nākotne. Mēs redzam, kas ir šis kvantu procesors

Vai mums ir nepieciešams kvantu procesors?

Pašreizējo procesoru pamatā ir tranzistori. Izmantojot tranzistoru kombināciju, tiek būvēti loģikas vārti, lai apstrādātu elektriskos signālus, kas caur tiem plūst. Ja mēs pievienosimies loģisko vārtu sērijai, mēs iegūsim procesoru.

Tad problēma ir tā pamatvienībā - tranzistoros. Ja mēs tos miniaturizējam, mēs varam ievietot vairāk vienā vietā, nodrošinot lielāku apstrādes jaudu. Bet, protams, tam visam ir fizisks ierobežojums, kad mēs sasniedzam tranzistorus, kas ir tik mazi, ka tie atrodas nanometru secībā, un mēs atrodam problēmas tiem iekšpusē cirkulējošajiem elektroniem, lai pareizi rīkotos. Pastāv iespēja, ka tie izslīd no sava kanāla, saduras ar citiem elementiem tranzistorā un izraisa ķēdes kļūmes.

Un tieši šī ir problēma, ka mēs šobrīd sasniedzam drošības un stabilitātes robežu, lai ražotu procesorus, izmantojot klasiskos tranzistorus.

Kvantu skaitļošana

Pirmais, kas mums jāzina, ir kas ir kvantu skaitļošana, un to nav viegli izskaidrot. Šis jēdziens atšķiras no tā, ko mēs šodien pazīstam kā klasisko skaitļošanu, kas loģisko ķēžu veidošanai izmanto elektriskā impulsa bitus vai bināros stāvokļus "0" (0, 5 volti) un "1" (3 volti). aprēķināmas informācijas.

Uza.uz fonts

Kvantu skaitļošana no savas puses izmanto terminu kvadrāts vai kubits, lai atsauktos uz rīcībā esošo informāciju. Kvartīts ne tikai satur divus stāvokļus, piemēram, 0 un 1, bet arī spēj vienlaicīgi saturēt 0 un 1 vai 1 un 0, tas ir, tas var būt šie divi stāvokļi vienlaicīgi. Tas nozīmē, ka mums nav elementa, kam būtu diskrētas vērtības 1 vai 0, bet, tā kā tas var saturēt abus stāvokļus, tam ir nepārtraukts raksturs, un tajā ir daži stāvokļi, kas būs arvien mazāk stabili.

Jo vairāk kvadrātu, jo vairāk informācijas var apstrādāt

Tieši spēja būt vairāk nekā diviem stāvokļiem un vienlaikus būt vairākiem no tiem ir tā spēks. Iespējams, ka vienlaikus un mazāk laika varēsim veikt vairāk aprēķinu. Jo vairāk kvadrātu, jo vairāk informācijas var tikt apstrādāta, šajā ziņā tā ir līdzīga tradicionālajiem CPU.

Kā darbojas kvantu dators

Darbības pamatā ir kvantu likumi, kas nosaka daļiņas, kas veido kvantu procesoru. Visām daļiņām papildus protoniem un neitroniem ir elektroni. Ja mēs paņemtu mikroskopu un nokļūtu elektronu daļiņu plūsmā, mēs varētu redzēt, ka to izturēšanās ir līdzīga viļņu izturībai. Vilnis raksturo to, ka tas ir enerģijas transports bez matērijas, piemēram, skaņas, pārvadāšanas, tās ir vibrācijas, kuras mēs nevaram redzēt, bet mēs zinām, ka tās pārvietojas pa gaisu, līdz sasniedz mūsu ausis.

Nu, elektroni ir daļiņas, kas spēj uzvesties vai nu kā daļiņa, vai kā vilnis, un tas ir tas, kas izraisa stāvokļu pārklāšanos un 0 un 1 var notikt vienlaikus. It kā būtu projicētas kāda objekta ēnas, vienā leņķī mēs atrodam vienu formu, bet otrā - otru. Abu savienojums veido fiziskā objekta formu.

Tātad divu vērtību 1 vai 0 vietā, kuras mēs zinām kā bitus, kuru pamatā ir elektriskie spriegumi, šis procesors spēj strādāt ar vairāk stāvokļiem, ko sauc par kvantām. Kvants papildus minimālās vērtības mērīšanai, ko var veikt lielums (piemēram, 1 volts), ir arī spējīgs izmērīt vismazākās iespējamās variācijas, ko šis parametrs var piedzīvot, pārejot no viena stāvokļa uz otru (piemēram, spēja atšķirt formu priekšmetu ar divām vienlaicīgām ēnām).

Mums var būt 0, 1 un 0 un 1 vienlaikus, tas ir, biti, kas ir uzlikti viens otram virsū

Skaidri sakot, mums vienlaikus var būt 0, 1 un 0 un 1, tas ir, biti, kas ir uzlikti viens uz otra. Jo vairāk kvotu, jo vairāk bitu mums var būt viens otram virsū, un pēc tam vairāk vērtību var būt vienlaicīgi. Tādā veidā 3 bitu procesorā mums būs jāveic uzdevumi, kuriem ir viena no šīm 8 vērtībām, bet ne vairāk kā viena vienlaikus. no otras puses, 3 bitu procesoram mums būs daļiņa, kas vienlaikus var veikt astoņus stāvokļus, un tad mēs varēsim veikt uzdevumus ar astoņām operācijām vienlaicīgi

Lai sniegtu mums priekšstatu, visu laiku jaudīgākā procesora bloka jauda ir 10 teraflopi vai kas ir tas pats 10 miljardi peldošā komata operāciju sekundē. 30 kbit procesors varētu veikt tādu pašu darbību skaitu. IBM jau ir 50 bitu kvantu procesors, un mēs joprojām atrodamies šīs tehnoloģijas eksperimentālajā fāzē. Iedomājieties, cik tālu mēs varam iet, jo, kā redzat, veiktspēja ir daudz augstāka nekā parastajā procesorā. Palielinoties kvantu procesora kvadrātam, operācijas, ko tas var veikt, eksponenciāli reizinās.

Kā jūs varat izveidot kvantu procesoru?

Pateicoties ierīcei, kas ir spējīga strādāt ar nepārtrauktiem stāvokļiem, nevis tikai divām iespējām, ir iespējams pārdomāt problēmas, kuras līdz šim nebija iespējams atrisināt. Vai arī ātrāk un efektīvāk atrisiniet pašreizējās problēmas. Visas šīs iespējas tiek atvērtas ar kvantu mašīnu.

Lai “kvantētu” molekulu īpašības, mums tās jāuzsāk līdz temperatūrai, kas ir tuvu absolūtai nullei.

Lai sasniegtu šos stāvokļus, mēs nevaram izmantot tranzistorus, kuru pamatā ir elektriski impulsi un kas galu galā būs vai nu 1, vai 0. Lai to izdarītu, mums būs jāraugās tālāk, īpaši uz kvantu fizikas likumiem. Mums būs jānodrošina, lai šie kvadrāti, ko fiziski veido daļiņas un molekulas, spētu veikt kaut ko līdzīgu tam, ko dara tranzistori, tas ir, kontrolētā veidā nodibināt attiecības starp viņiem, lai viņi piedāvātu mums vēlamo informāciju.

Tas ir patiešām sarežģīts un kvantu skaitļošanā jāpārvar priekšmets. Lai “kvantētu” molekulas, kas veido procesoru, īpašības, mums tās jāuzsāk līdz temperatūrai, kas ir tuvu absolūtai nullei (-273, 15 grādi pēc Celsija). Lai mašīna zinātu, kā atšķirt vienu stāvokli no otra, mums tie jāpadara atšķirīgi, piemēram, strāvai 1 V un 2 V, ja mēs ievietosim spriegumu 1, 5 V, mašīna nezinās, ka tas ir viens vai otrs. Un tas ir jāpanāk.

Kvantu skaitļošanas trūkumi

Šīs tehnoloģijas galvenais trūkums ir tieši šo dažādo stāvokļu kontrole, caur kuriem viela var iziet. Ar vienlaicīgiem stāvokļiem ir ļoti grūti veikt stabilus aprēķinus, izmantojot kvantu algoritmus. To sauc par kvantu neatbilstību, kaut arī mēs neiedziļināsimies nevajadzīgos dārzos. Mums jāsaprot, ka, jo vairāk kvotu būs vairāk stāvokļu, un jo lielāks būs štatu skaits, jo lielāks būs ātrums, bet arī grūtāk kontrolējamas būs kļūdas matērijas izmaiņās.

Turklāt normas, kas regulē šos atomu un daļiņu kvantu stāvokļus, saka, ka mēs nevarēsim novērot aprēķināšanas procesu, kamēr tas notiek, jo, ja mēs tam iejauksimies, virspusējie stāvokļi tiks pilnībā iznīcināti.

Kvantu stāvokļi ir ārkārtīgi trausli, un datoriem jābūt pilnībā izolētiem vakuumā un temperatūrā, kas ir tuvu absolūtai nullei, lai sasniegtu kļūdu līmeni 0, 1%. Vai nu šķidrās dzesēšanas ražotāji ievieto akumulatorus, vai arī mums Ziemassvētku laikā beidzas kvantu dators. Pateicoties tam, vismaz vidējā termiņā lietotājiem būs kvantu datori, iespējams, ka daži no tiem būs izplatīti visā pasaulē vajadzīgajos apstākļos, un mēs varam tiem piekļūt, izmantojot internetu.

Lietojumi

Ar savu apstrādes jaudu šie kvantu procesori galvenokārt tiks izmantoti zinātniskiem aprēķiniem un iepriekš neatrisināmu problēmu risināšanai. Iespējams, ka pirmā no piemērošanas jomām ir ķīmija tieši tāpēc, ka kvantu procesors ir elements, kura pamatā ir daļiņu ķīmija. Pateicoties tam, varēja izpētīt matērijas kvantu stāvokļus, kurus šodien nav iespējams atrisināt ar parastajiem datoriem.

• Mēs iesakām izlasīt labākos procesorus tirgū

Pēc tam tam varētu būt pieteikumi cilvēka genoma izpētei, slimību izmeklēšanai utt. Iespējas ir milzīgas, un prasības ir reālas, tāpēc mēs varam tikai gaidīt. Mēs būsim gatavi kvantu procesora pārskatīšanai!