Objašnjenje kvantnog računanja (kao što ste 5-godišnjak)
Koncept "Quantum Computinga" koji je nedavno postao virusan - zahvaljujući određenom premijeru - jest jedan od mnogih nepoznatih područja znanosti od strane nas ne-znanstvenih peeps.
Razlog zbog kojeg većina od nas još nije čula za njega, unatoč tome što je već desetljećima prisutna, to je većim dijelom to je teoretski i oni koji su eksperimentirali na njemu na početku bili su vrlo tihi zbog toga potreba za vojnom i poslovnom tajnom.
Ipak, sada znamo da postoji kvantna mehanika i kombinacija računanja i odjednom to je unutar svačijeg interesa. Ako ne znate što je kvantno računalo, ali ne želite biti izostavljeni, pročitajte kako biste saznali zašto je bolji od tradicionalnih računala s kojima danas radimo.
Tradicionalnih računala i bitova
Računala su uglavnom digitalna elektronika i volja interakciju s podacima prikazanim u binarnim znamenkama poznati kao bitovi (0 i 1). Bilo da je riječ o slikama, tekstu, zvuku ili bilo kojim drugim podacima - sve je pohranjeno u bitovima.
Fizički, binarni brojevi 0 i 1 mogu biti predstavljen pomoću entiteta s dvije države poput novčića (glava i rep) ili prekidača (uključeno ili isključeno). U računalima, bitovi su prisutnost ili odsutnost napona (1 ili 0), ili promjena ili očuvanje magnetskog smjera u magnetskim tvrdim diskovima.
Podaci se manipuliraju izračunavanjem pohranjenih bitova. Računanje se vrši logičkim vratima koja su tipično sastavljena od tranzistora koji kontroliraju prolaz elektroničkog signala. Ako dopušta da signal prođe, to je bit 1 i ako je signal odsječen, to je 0.
Granice tranzistora
Uz sve manju veličinu čipa i sve veći broj komponenti, elektronički uređaji mogu doći s milijunima tranzistora koji mogu biti samo 7nm (što je 1000 puta manje od crvenih krvnih stanica i samo 20 puta veće od nekih atoma).
Veličina tranzistora može se nastaviti smanjivati, ali na kraju će doći do fizičke granice gdje će elektroni samo tunelirati kroz njih i neće biti kontrole nad elektronskim protokom signala.
Za sve veću potrebu za snažnim računanjem i manjim uređajima, ograničenje veličine na osnovnoj elektroničkoj komponenti je ograničenje napretka. Znanstvenici traže nove načine potrebno je manje vremena i prostora za izračunavanje i pohranu podataka, i jedan od načina na koji možemo koristiti je kvantno računanje.
Kubiti, superpozicija i zamršenost
Kvantno računanje koristi kbitove umjesto bitova za predstavljanje podataka. Kubiti su prikazani kao kvantne čestice elektroni i fotona.
Kvantne čestice posjeduju svojstva kao što su spin i polarizacija koje se mogu koristiti za prikazivanje podataka. Na primjer, predenje qubit prema gore može biti 1 i prema dolje 0.
Ali moć kvantnog računanja proizlazi iz činjenice da različiti bitovi koji su ili 1 ili 0, kbitovi mogu biti 1 i 0 istovremeno, zbog imovine koja se zove slaganje, gdje kvantne čestice su u više država u isto vrijeme.
To povećava računsku snagu qubita, budući da se može koristiti za 1 i 0 tijekom računanja i na kraju, jednom izmjerena, postaje ili 1 ili 0.
Svojstvo superpozicije lako se može objasniti poznatim eksperimentom na zamišljenom mačkom Schrödingera, austrijskog fizičara.
U kvantnom svijetu postoji još jedno svojstvo koje se može iskoristiti u računalstvu kvantna zapletenost. To se u osnovi odnosi na svojstva kvantnih čestica koja se zapletu i postaju ovisni jedni o drugima i stoga se ne mogu zasebno mijenjati.
Ponašaju se kao jedinstveni sustav s cjelokupnim stanjem.
Recimo da se dva qubit-a podvrgnu isprepletenosti, ako se promijeni jedno od qubitovog stanja, drugo će se također promijeniti. To dovodi do stvarne paralelne obrade ili računanja koja može značajno smanjiti vrijeme računanja u usporedbi s tradicionalnim računalima.
Poteškoće i uporabe
Mnogo je praktičnih prepreka koje će nadići znanstvenici i inženjeri stvaranje kontroliranog okruženja za kubite i pronalaženje načina za manipuliranje njihovim svojstvima, proizvesti željeni ishod.
Ali kad se konačno stvore kvantna računala s visokom računalnom snagom, oni se mogu koristiti za rješavanje problema koji bi inače bili traje jako dugo upotpuniti tradicionalnim računalima.
Pronalaženje primarnih faktora velikih brojeva, problem trgovačkog putnika za veliki broj gradova i druge slične probleme zahtijevaju eksponencijalni broj usporedbi da biste dobili rezultata. Isto tako, pretraživanje kroz ogromne baze podataka je i dalje vrlo dugotrajan proces za čak i trenutna digitalna računala.
Ta se pitanja mogu riješiti kvantnim računalima, koja mogu riješiti probleme koji mogu trajati stoljećima u tradicionalnim računalima, za nekoliko minuta.
(H / T: IBM)
