X'inhuma l-Kompjuters Quantum?

Il-kompjuters quantum għandhom il-potenzjal li jżidu b'mod drammatiku l-varjetà u l-eżattezza tal-komputazzjonijiet, jiftħu applikazzjonijiet ġodda għall-kompjuters u jsaħħu l-mudelli tagħna ta 'fenomenu fiżiku. Madankollu, filwaqt li l-kompjuters quantum qed jaraw li qed tiżdied il-kopertura tal-midja, ħafna għadhom mhumiex ċerti dwar kif il-kompjuters quantum huma differenti minn kompjuters regolari. Ejja neżaminaw kif jaħdmu l-kompjuters quantum, xi wħud mill-applikazzjonijiet tagħhom, u l-futur li ġej.

X'inhu Kompjuter Quantum?

Qabel ma nistgħu neżaminaw b'mod sinifikanti kif kompjuters quantum joperaw, irridu niddefinixxu l-ewwel kompjuters kwantistiċi. Id-definizzjoni qasira ta 'kompjuter quantum hija din: kompjuter, ibbażat fuq mekkanika kwantistika, li huwa kapaċi jwettaq ċerti komputazzjonijiet kumplessi b'effiċjenza ħafna akbar minn kompjuters tradizzjonali. Dik hija definizzjoni ta 'malajr ta' kompjuters quantum, iżda aħna rridu nieħdu ftit taż-żmien biex nifhmu verament x'jissepara l-kompjuters quantum minn kompjuters tradizzjonali.

Kompjuters regolari jikkodifikaw l-informazzjoni b'sistema binarja: tirrappreżenta kull bit tad-data bħala waħda jew żero. Serje ta’ dawk u żero huma kkatinati flimkien biex jirrappreżentaw biċċiet kumplessi ta’ informazzjoni bħal test, stampi u awdjo. Madankollu f'dawn is-sistemi binarji, l-informazzjoni tista' dejjem tinħażen biss bħala waħda u żero, li jfisser li hemm limitu iebes għal kif id-dejta hija rappreżentata u interpretata u li hekk kif id-dejta ssir aktar kumplessa trid neċessarjament issir stringi ta' dawk itwal u itwal. żerijiet.

Ir-raġuni li l-kompjuters quantum huma kapaċi jaħżnu u jinterpretaw id-data b'mod aktar effiċjenti hija għaliex ma jużawx bits biex jirrappreżentaw id-data, anzi jużaw "qubits”. Qubits huma partiċelli subatomiċi bħal fotoni u elettroni. Qubits għandhom ftit proprjetajiet interessanti li jagħmluhom utli għal metodi ġodda ta 'komputazzjoni. Qubits għandhom żewġ proprjetajiet li l-inġiniera tal-kompjuter jistgħu jieħdu vantaġġ minnhom: superpożizzjonijiet u tħabbil.

Is-superpożizzjonijiet kwantiċi jippermettu li l-qubits jeżistu mhux biss fl-istat "wieħed" jew l-istat "żero", iżda tul continuum bejn dawn l-istati, li jfisser li tista 'tinżamm aktar informazzjoni bl-użu ta' qubits. Sadanittant, quantum taħbil jirreferi għal fenomenu fejn jistgħu jiġu ġġenerati pari ta 'qubits u jekk qubit wieħed jinbidel il-qubit l-ieħor jinbidel, b'mod prevedibbli, ukoll. Dawn il-proprjetajiet quantum jistgħu jintużaw biex jirrappreżentaw u jistrutturaw data kumplessa b'modi aktar effiċjenti.

Kif Joperaw il-Kompjuters Quantum

"Suprapożizzjonijiet" kwantiċi jiksbu isimhom mill-fatt li jistgħu jkunu f'aktar minn pożizzjoni waħda kull darba. Filwaqt li l-bits jistgħu jkunu f'żewġ pożizzjonijiet biss, il-qubits jistgħu jeżistu fi stati multipli f'daqqa.

Grazzi parzjalment għall-eżistenza ta 'superpożizzjonijiet quantum, kompjuter quantum huwa kapaċi jikkalkula ħafna riżultati potenzjali differenti fl-istess ħin. Ladarba jsiru l-kalkoli, jitkejlu l-qubits, li joħloq riżultat finali permezz tal-kollass tal-istat quantum għal jew 0 jew 1, li jfisser li r-riżultat jista 'mbagħad jiġi interpretat minn kompjuters tradizzjonali.

Ir-riċerkaturi u l-inġiniera tal-kompjuters kwantiċi jistgħu jibdlu l-pożizzjoni li jinsabu fiha l-qubits billi jużaw microwaves jew lejżers ta’ preċiżjoni.

L-inġiniera tal-kompjuter jistgħu jieħdu vantaġġ mit-tħabbil kwantiku biex itejbu b'mod drammatiku l-qawwa tal-ipproċessar tal-kompjuters. It-tħabbil kwantiku jirreferi għall-fatt li żewġ qubits jistgħu jiġu konnessi flimkien b'tali mod li t-tibdil ta 'wieħed mill-qubits jibdel il-qubit l-ieħor b'mod affidabbli. Mhux mifhum għal kollox għaliex il-qubits jistgħu jistabbilixxu relazzjoni bħal din jew kif jaħdem eżattament dan il-fenomenu, iżda x-xjenzati jifhmuh tajjeb biżżejjed biex potenzjalment jieħdu vantaġġ minnha għall-kompjuters quantum. Minħabba t-tħabbil quantum, iż-żieda ta 'qubits żejda għal magna kwantistika mhux biss tirdoppja l-qawwa tal-ipproċessar ta' kompjuter tista 'skala l-qawwa tal-ipproċessar b'mod esponenzjali.

Jekk dan kollu deher daqsxejn astratt wisq, nistgħu niddeskrivu kif is-superpożizzjonijiet huma utli billi nimmaġinaw labirint. Biex kompjuter normali jipprova jsolvi labirint, irid jipprova kull mogħdija tal-labirint sakemm isib rotta ta 'suċċess. Madankollu, kompjuter quantum jista 'essenzjalment jesplora l-mogħdijiet differenti kollha f'daqqa, peress li mhuwiex marbut ma' xi stat partikolari.

Dan kollu jfisser li l-proprjetajiet tat-tħabbil u s-superpożizzjonijiet jagħmlu l-kompjuters quantum utli għaliex jistgħu jittrattaw l-inċertezza, huma kapaċi jesploraw aktar stati u riżultati possibbli. Il-kompjuters kwantiċi se jgħinu lix-xjenzati u lill-inġiniera jimmudellaw u jifhmu aħjar sitwazzjonijiet li għandhom diversi aspetti, b'ħafna varjabbli.

Għal xiex jintużaw il-Kompjuters Quantum?

Issa li għandna intuwizzjoni aħjar dwar kif joperaw il-kompjuters quantum, ejja nesploraw il-possibbli każijiet ta' użu għall-kompjuters quantum.

Diġà alludejna għall-fatt li l-kompjuters quantum jistgħu jintużaw biex iwettqu komputazzjonijiet tradizzjonali b'pass ħafna aktar mgħaġġel. Madankollu, it-teknoloġija tal-kompjuter quantum tista 'tintuża biex jinkisbu affarijiet li jistgħu lanqas biss ikunu possibbli, jew huma imprattikabbli ħafna, bil-kompjuters tradizzjonali.

Waħda mill-aktar applikazzjonijiet promettenti u interessanti tal-kompjuters quantum hija fil-qasam tal-intelliġenza artifiċjali. Il-kompjuters quantum għandhom is-setgħa li jtejbu l-mudelli maħluqa minn netwerks newrali, kif ukoll is-softwer li jappoġġjahom. Google bħalissa qed tuża l-kompjuters quantum tagħha biex jassistu fil-ħolqien ta’ vetturi li jsuqu waħedhom.

Il-kompjuters quantum għandhom ukoll rwol fl-analiżi tagħhom interazzjonijiet u reazzjonijiet kimiċi. Anki l-kompjuters normali l-aktar avvanzati jistgħu jimmudellaw biss reazzjonijiet bejn molekuli relattivament sempliċi, li jiksbu billi jissimulaw il-proprjetajiet tal-molekuli inkwistjoni. Il-kompjuters quantum, madankollu, jippermettu lir-riċerkaturi joħolqu mudelli li għandhom il-proprjetajiet quantum eżatti bħall-molekuli li qed jirriċerkaw. Immudellar aktar mgħaġġel u preċiż tal-molekula jgħin fil-ħolqien ta 'mediċini terapewtiċi ġodda u materjali ġodda għall-użu fil-ħolqien ta' teknoloġija tal-enerġija, bħal pannelli solari aktar effiċjenti.

Jistgħu jintużaw ukoll kompjuters quantum biex tbassar aħjar it-temp. It-temp huwa l-konfluwenza ta 'ħafna avvenimenti u l-formuli użati biex ibassru l-mudelli tat-temp huma kkumplikati, li fihom ħafna varjabbli. Jista 'jieħu żmien estremament twil biex jitwettqu l-kalkoli kollha meħtieġa biex ibassar it-temp, li matulu l-kundizzjonijiet tat-temp infushom jistgħu jevolvu. Fortunatament, l-ekwazzjonijiet użati biex ibassru t-temp għandhom natura tal-mewġ li kompjuter quantum jista 'jisfrutta. Il-kompjuters kwantiċi jistgħu jgħinu lir-riċerkaturi jibnu mudelli tal-klima aktar preċiżi, li huma meħtieġa f'dinja fejn il-klima qed tinbidel.

Kompjuters u algoritmi kwantiċi jistgħu jintużaw ukoll biex jgħinu jiżguraw il-privatezza tad-dejta tan-nies. Kriptografija kwantistika jagħmel użu mill-prinċipju tal-inċertezza quantum, fejn kull tentattiv biex jitkejjel oġġett jispiċċa jagħmel bidliet lil dak l-oġġett. Tentattivi biex jinterċettaw komunikazzjonijiet jinfluwenzaw il-komunikazzjoni li tirriżulta u juru evidenza ta' tbagħbis.

Futur tal-Kompjuter Quantum

Ħafna mill-użi għall-kompjuters quantum se jkunu limitati għall-akkademiċi u n-negozji. Huwa improbabbli li l-konsumaturi/il-pubbliku ġenerali se jiksbu smartphones quantum, għall-inqas mhux malajr. Dan għaliex jeħtieġ tagħmir speċjalizzat biex jopera kompjuter quantum. Il-kompjuters quantum huma sensittivi ħafna għad-disturb, peress li anke l-aktar bidliet minuti fl-ambjent tal-madwar jistgħu jikkawżaw li l-qubits jibdlu l-pożizzjoni u joħorġu mill-istat ta 'superpożizzjoni. Din tissejjaħ dekoerenza, u hija waħda mir-raġunijiet li l-avvanzi fil-kompjuters quantum jidhru li ġejjin daqshekk bil-mod meta mqabbla ma 'kompjuters regolari. Il-kompjuters quantum tipikament jeħtieġ li joperaw f'kundizzjonijiet ta 'temperaturi baxxi estremi, iżolati minn tagħmir elettriku ieħor.

Anke bil-prekawzjonijiet kollha, l-istorbju xorta jirnexxielu joħloq żbalji fil-kalkoli, u r-riċerkaturi qed ifittxu modi biex jagħmlu l-qubits aktar affidabbli. Biex tinkiseb supremazija quantum, fejn kompjuter quantum jeklissi bis-sħiħ il-qawwa ta 'superkompjuter attwali, il-qubits jeħtieġ li jkunu konnessi flimkien. Kompjuter suprem tassew quantum jista 'jeħtieġ eluf ta' qubits, iżda l-aqwa kompjuters quantum illum jistgħu tipikament jittrattaw biss madwar 50 qubits. Ir-riċerkaturi qegħdin kontinwament jagħmlu triq lejn il-ħolqien ta' qubits aktar stabbli u affidabbli. Esperti fil-qasam tal-kompjuters quantum ibassru li apparati quantum qawwija u affidabbli jista’ jkun hawn fi żmien għaxar snin.