Kuantum bilgisayar

Teknolojinin bilgi işlem gücünü artırmak bilim insanlarının ve mühendislerin temel görevlerinden biridir. Bir kuantum bilgisayarı çözebilir. Cihaz Google, IBM, Intel ve diğer şirketler tarafından geliştirilmektedir. Teorik olarak, bir kuantum PC normalden 100 milyon kat daha hızlı çalışacak.

Kuantum bilgisayar nedir?

Böyle bir hesaplama cihazı bitlerle değil, kubitlerle çalışır. Bu nedenle, bir kuantum PC, bir nesnenin tüm olası durumlarını aynı anda işleyebilir. Ancak pratikte, süper bilgisayarlar dakikada aynı sayıda mantıksal işlem gerçekleştirir..

Yararları

Yeni teknolojinin ana avantajı kuantum üstünlüğüdür. Bu, bilgisayarların güçlü süper bilgisayarlar tarafından erişilemeyen görevleri çözme yeteneğidir. Tüm bilim adamları böyle bir PC oluşturma fikrini desteklemez. Buna karşı ana argüman, elde edilen çözümün doğruluğunun doğrulanmasının imkansızlığıdır. Hesaplamalar sırasında, cihaz 0 ve 1’i karıştırarak bir hata yapabilir ve sorunu tanımlamak mümkün olmayacaktır..

Şu anda, kuantum üstünlüğü yaratmanın ana sorunu kübitlerin kararlılığıdır. Bu öğeler dikkatli bir şekilde kullanılmayı gerektirir: kazara gürültü veya titreşim bilgisayarın hesaplayabildiği veri kaybına yol açar. Ekipmanın kararlı çalışması için ortam sıcaklığı 20 mK’dan fazla olmamalıdır..

Qubit nasıl çalışır?

Standart bilgisayarlarda bilgi ikili kodda gösterilir. Veri depolama ve işleme bitleri 0 veya 1 değerini alır. Transistörler matematiksel işlemler yapar ve ikili kod dönüşümünün sonucu ekranda görünür.

Qubit, bir kuantum bilgisayarında bilgi depolama birimidir. 0 ve 1’e ek olarak, süperpozisyon adı verilen belirsiz bir sınır durumunda olabilir. Bir kübit elde etmek için, bir atom almanız, düzeltmeniz ve stabilize etmeniz, yabancı radyasyondan korunmanız, başka bir atoma bağlamanız gerekir..

Bu tür elemanlar birbirine ne kadar bağlı olursa, sistem o kadar kararlı çalışır. Klasik bir süper bilgisayarı aşmak için 49’dan fazla qubit bağlamanız gerekir. Bunu yapmak çok zordur: kullanılan malzemelerden bağımsız olarak atomlar her zaman kararsızdır.

Kuantum hesaplama

Teori, diğer parçacıklarla etkileşim olmadan elektronun atom yörüngesinde kesin koordinatlara sahip olmadığını söylüyor. Sadece ölçüm sırasında belirsizlik kaybolur ve parçacığın yeri bilinir.

Değişikliklerin olasılık doğası, yapılandırılmamış veritabanlarını aramak için kuantum hesaplama kullanımına izin verir..

Süperpozisyon ve Gizleme

Bilgisayarın çalışması iki mekanik fenomene dayanmaktadır:

1. dolaşıklık. İki veya daha fazla nesnenin durumunun birbirine bağlı olduğu bir fenomen. Örneğin, dolaşmış durumda 2 fotonda helisite negatif ve pozitif olacaktır. Nesneleri uzayda birbirinden kaldırırsanız ilişki devam eder.
2. Tutarlı Süperpozisyon. Alternatif (karşılıklı olarak münhasır) koşulların parçacığı üzerinde eşzamanlı etki.

eşevresizlik

Bu, bir kuantum sisteminin durumunun kontrol edilemez hale geldiği bir süreçtir. Decoherence, birçok kubit birbirine bağlı olduğunda ortaya çıkar. Bilgisayar radyasyon, kozmik ışınlar veya manyetik alanla etkileşime girdiğinde sorun oluşur..

Bilgisayarları olağan bilgi işlem süreçlerine “yuvarlamaktan” korumak için farklı yöntemler kullanılır. D-Wave Systems, dış etkilerden korumak için atomları sıfıra soğutur. Kuantum işlemci koruyucu kabuklara yerleştirildi, bu yüzden bitmiş cihaz çok hantal.

Kuantum PC oluşturma olasılığı

Bir kübit birkaç parçacıktan yapılamaz ve sadece atomlar gerekli durumda olabilir. Varsayılan olarak, bu çoklu parçacıklar sabitlenmemiştir. Çinli ve Kanadalı bilim adamları bir bilgisayar geliştirmek için foton çiplerini kullanmaya çalıştılar, ancak araştırmalar başarısız oldu.

Mevcut kuantum PC türleri:

• yarı iletken silikon kristallerinde;
• yarı iletken kuantum noktalarındaki elektronlar;
• tek boşluklu mikro boşluklarda;
• doğrusal optik elemanlar üzerinde;
• Paul’de sıkışıp kalmış tek boyutlu bir kristalin iyonları üzerine.

Kuantum hesaplama, tüm sistemde değişikliklere neden olan bir veya daha fazla kubit ile gerçekleştirilen bir dizi işlem içerir. Görev, tüm durumlarından hesaplamaların sonucunu veren doğru olanı seçmek. Mümkün olduğunca gerçek, olabildiğince çok devlet olabilir.

Bu hesaplamaların doğruluğu neredeyse her zaman birlikten farklıdır..

Tam teşekküllü bir kuantum PC fizikte önemli ilerlemeler gerektirir. Programlama şimdi mevcut olandan farklı olmalıdır. Kuantum hesaplama cihazları sıradan olanların gücünün ötesinde problemleri çözemez, ancak başa çıktıkları sorunların çözümlerini hızlandırır..

En son atılım, Google tarafından Bristlecone işlemcisinin oluşturulmasıydı. 2018 ilkbaharında, şirket 72-qubit işlemci elde etme hakkında bir açıklama yayınladı, ancak çalışma prensipleri onaylanmadı. “Kuantum üstünlüğü” elde etmek için, bir PC olağan olanı aşmaya başladığında 49 kubit gerekeceğine inanılmaktadır. Google koşula ulaştı, ancak hesaplama hatası olasılığı (% 0.6) gerekli olanın üzerinde kaldı.

Kuantum bilgisayarlar nerede kullanılabilir?

Modern kriptografi, bir sayıyı 40-50 karaktere hızlı bir şekilde ayrıştırmanın imkansız olduğu gerçeğine dayanmaktadır. Klasik bilgisayarların bunu yapması 1-2 milyar yıl alacak. Bir kuantum PC bu matematik hesaplarını 25 saniyede yapacak. Bu, herhangi bir şifreleme algoritmasının anında kırılabileceği anlamına gelir..

Kuantum hesaplama cihazlarının diğer uygulamaları:

• kimyasal reaksiyon modellemesi;
• Yapay zeka;
• yeni ilaç geliştirme.

Modern kuantum bilgisayarlar nasıl yapılacağını bilmiyor.

Cihazlar muazzam performansla bir matematiksel algoritma gerçekleştirebilir..

Örneğin, kullanıcı istatistikleri toplamak için büyük şirketler tarafından satın alınırlar.