▷ Mikä on kvanttiprosessori ja miten se toimii?

Saatat ihmetellä, mikä on kvanttiprosessori ja miten se toimii ? Tässä artikkelissa tutkimme tätä maailmaa ja yritämme oppia lisää tästä omituisesta olennosta, joka kenties jonain päivänä on osa kaunista RGB-runkoamme, tietysti kvantti.

Sisällysluettelo

Kuten kaikki tässä elämässä, sinä joko mukaudut tai kuolet. Ja juuri niin tapahtuu tekniikan kanssa eikä tarkalleen miljoonien vuosien ajan elävinä olentoina, mutta muutamien vuosien tai kuukausien aikana. Teknologia etenee huimaavassa vauhdissa ja suuret yritykset innovoivat jatkuvasti elektronisissa komponenteissaan. Enemmän voimaa ja vähemmän kulutusta ympäristön suojelemiseksi ovat nykyään muodikkaat tilat. Olemme saavuttaneet pisteen, jossa integroitujen piirien pienentäminen on melkein saavuttanut fyysisen rajan. Intel sanoo, että se tulee olemaan 5 nm, sen jälkeen ei ole voimassa olevaa Mooren lakia. Mutta toinen hahmo saa voimaa, ja se on kvanttiprosessori. Pian alamme selittää kaikkia sen etuja.

Kun IBM on edeltäjä, suuret yritykset, kuten Microsoft, Google, Intel ja NASA, ovat jo rohkaiset taisteluun nähdäkseen kuka pystyy rakentamaan luotettavan ja tehokkaimman kvantiprosessorin. Ja se on varmasti lähitulevaisuus. Me näemme, mistä tässä kvantiprosessorissa on kyse

Tarvitsemmeko kvanttiprosessoria?

Nykyiset prosessorit perustuvat transistoreihin. Transistorien yhdistelmää käyttämällä rakennetaan logiikkaportit prosessoimaan niiden läpi virtaavia sähköisiä signaaleja. Jos liittymme loogisten porttien sarjaan, saamme prosessorin.

Ongelma on sitten sen perusyksikössä, transistoreissa. Jos pienennämme nämä, voimme sijoittaa enemmän yhteen paikkaan, jolloin saadaan enemmän käsittelytehoa. Mutta tietenkin, kaikelle tälle on fyysinen raja, kun saavutamme niin pieniä transistoreita, että ne ovat nanometrien luokkaa, löydämme ongelmia niiden sisällä kiertäville elektronille, jotta se voisi tehdä sen oikein. On mahdollista, että nämä liukuvat kanavastaan, törmäävät transistorin muiden elementtien kanssa ja aiheuttavat ketjun viat.

Ja juuri tämä on ongelma, että saavutamme parhaillaan turvallisuuden ja vakauden rajan valmistaessamme prosessoreita klassisilla transistoreilla.

Kvanttilaskenta

Ensimmäinen asia, joka meidän on tiedettävä, on kvanttilaskenta, eikä sitä ole helppo selittää. Tämä käsite poikkeaa siitä, mitä tunnemme nykyään klassisena laskennana, joka käyttää bittisiä tai binaarisia tiloja "0" (0, 5 volttia) ja "1" (3 volttia) sähköisen impulssin muodostaa loogisia ketjuja laskettavista tiedoista.

Uza.uz-fontti

Kvanttilaskenta puolestaan ​​käyttää termiä qubit tai cubit viittaamaan toimintokelpoiseen tietoon. Qubit ei sisällä vain kahta tilaa, kuten 0 ja 1, mutta se pystyy myös sisältämään samanaikaisesti 0 ja 1 tai 1 ja 0, ts. Sillä voi olla nämä kaksi tilaa samanaikaisesti. Tämä tarkoittaa, että meillä ei ole elementtiä, jolla olisi diskreetit arvot 1 tai 0, mutta koska se voi sisältää molemmat tilat, sillä on jatkuva luonne ja siinä tietyt tilat, jotka ovat enemmän ja vähemmän vakaita.

Mitä enemmän kvitejä, sitä enemmän tietoa voidaan käsitellä

Juuri kyky, että sillä on enemmän kuin kaksi tilaa ja useita samanaikaisia, on sen voima. Saatamme pystyä tekemään enemmän laskelmia samanaikaisesti ja lyhyemmässä ajassa. Mitä enemmän kvittejä, sitä enemmän tietoa voidaan käsitellä, tässä mielessä se on samanlainen kuin perinteiset CPU: t.

Kuinka kvantitietokone toimii

Operaatio perustuu kvanttilakiin, jotka ohjaavat kvantiprosessorin muodostavia hiukkasia. Kaikissa hiukkasissa on protoneiden ja neutronien lisäksi elektronia. Jos otamme mikroskoopin ja katsomme elektronipartikkeleiden virtausta, voisimme nähdä, että niiden käyttäytyminen on samanlainen kuin aaltojen. Aallolle on ominaista se, että se on energian kuljetus ilman aineen, esimerkiksi äänen, kuljetusta. Ne ovat värähtelyjä, joita emme voi nähdä, mutta tiedämme, että ne kulkevat ilman läpi, kunnes ovat saavuttaneet korvamme.

No, elektronit ovat hiukkasia, jotka kykenevät käyttäytymään joko hiukkasena tai aallona, ​​ja tämä aiheuttaa tilojen limittymisen ja 0 ja 1 voivat tapahtua samanaikaisesti. Tuntuu kuin objektin varjot heijastuisivat, yhdestä kulmasta löydämme yhden muodon ja toisen. Näiden kahden muodostavat fyysisen esineen muodon.

Joten kahden sähköiseksi jännitteeksi perustuvan bittinä tunnetun arvon 1 tai 0 sijasta, tämä prosessori pystyy toimimaan useamman kvantti-nimisen tilan kanssa. Kvantti, sen lisäksi, että mitataan vähimmäisarvo, jonka suuruus voi ottaa (esimerkiksi 1 voltin), pystyy mittaamaan myös pienimmän mahdollisen variaation, jonka tämä parametri voi kokea siirtyessään tilasta toiseen (esimerkiksi kykenevä erottamaan muoto esineestä kahden samanaikaisen varjon avulla).

Meillä voi olla 0, 1 ja 0 ja 1 samanaikaisesti, ts. Bitit päällekkäin

Selvyyden vuoksi meillä voi olla 0, 1 ja 0 ja 1 samanaikaisesti, ts. Bitit päällekkäin. Mitä enemmän kvittejä, sitä enemmän bittejä voi olla päällekkäin ja sitten enemmän arvoja voi olla samanaikaisesti. Tällä tavalla 3-bittisessä prosessorissa meidän on tehtävä tehtäviä, joilla on yksi näistä kahdesta arvosta, mutta enintään yksi kerrallaan. Toisaalta, 3-bittisessä prosessorissa meillä on hiukkanen, joka voi ottaa kahdeksan tilaa kerrallaan ja sitten pystymme suorittamaan tehtäviä kahdeksalla toiminnolla samanaikaisesti

Jotta voisimme antaa idean, kaikkien aikojen tehokkaimman prosessoriyksikön kapasiteetti on tällä hetkellä 10 teraflopsia tai mikä on sama 10 miljardia liukulukuoperaatiota sekunnissa. 30-bittinen prosessori pystyisi suorittamaan saman määrän toimintoja. IBM: llä on jo 50-bittinen kvantiprosessori, ja olemme edelleen tämän tekniikan kokeellisessa vaiheessa. Kuvittele, kuinka pitkälle voimme mennä, koska voit nähdä, että suorituskyky on paljon korkeampi kuin normaalissa suorittimessa. Kun kvanttiprosessorin kvbitit lisääntyvät, operaatiot, jotka se voi suorittaa, moninkertaistuvat eksponentiaalisesti.

Kuinka voit luoda kvanttiprosessorin?

Laitteella, joka pystyy toimimaan jatkuvissa tiloissa sen sijaan, että sillä olisi vain kaksi mahdollisuutta, on mahdollista miettiä ongelmia, joita tähän asti oli mahdotonta ratkaista. Tai myös ratkaise nykyiset ongelmat nopeammin ja tehokkaammin. Kaikki nämä mahdollisuudet avataan kvantikoneella.

Jotta molekyylien ominaisuudet voidaan kvantisoida, meidän on saatettava ne lämpötilaan, joka on lähellä absoluuttista nollaa.

Näiden tilojen saavuttamiseksi emme voi käyttää transistoreita, jotka perustuvat sähköisiin impulsseihin, jotka lopulta ovat joko 1 tai 0. Tätä varten meidän on tarkasteltava tarkemmin, erityisesti kvanttifysiikan lakeja. Meidän on varmistettava, että nämä hiukkasten ja molekyylien fyysisesti muodostamat qubit kykenevät tekemään jotain samanlaista kuin mitä transistorit tekevät, toisin sanoen luomaan suhteita niiden välille hallitusti siten, että ne tarjoavat meille haluamiamme tietoa.

Tämä on todella monimutkainen ja aihe ylitettävä kvanttilaskennassa. Jotta prosessorin muodostavien molekyylien ominaisuudet voidaan "kvantisoida", meidän on saatettava ne lämpötilaan, joka on lähellä absoluuttista nollaa (-273, 15 celsiusastetta). Jotta kone osaa erottaa tilan toisesta, meidän on tehtävä niistä erilaisia, esimerkiksi 1 V: n ja 2 V: n virta. Jos asetamme jännitettä 1, 5 V, kone ei tiedä olevansa yksi tai toinen. Ja tämä on saavutettava.

Kvanttilaskennan haitat

Tämän tekniikan päähaitta on juuri näiden eri tilojen hallinta, joiden läpi aine voi kulkea. Samanaikaisten tilojen kanssa on erittäin vaikeaa suorittaa vakaita laskelmia kvantialgoritmeilla. Tätä kutsutaan kvantti epäjohdonmukaisuudeksi, vaikka emme mene tarpeettomiin puutarhoihin. Meidän on ymmärrettävä, että mitä enemmän kvitejä meillä on enemmän tiloja, ja mitä suurempi valtioiden lukumäärä, sitä nopeampana meillä on, mutta myös vaikeammin hallita on virheitä tapahtuvissa aineenvaihdoksissa.

Lisäksi näitä atomien ja hiukkasten kvantitilaa hallitsevat normit sanovat, että emme pysty tarkkailemaan laskentaprosessia sen tapahtuessa, koska jos me siihen puutumme, päällekkäiset tilat tuhoutuvat kokonaan.

Kvanttitilat ovat erittäin herkkiä, ja tietokoneet on eristettävä kokonaan tyhjössä ja lämpötiloissa, jotka ovat lähellä absoluuttista nollaa, jotta saavutetaan suuruusluokka 0, 1%. Joko nestejäähdytyksen valmistajat lataa paristot tai meillä loppuu kvantitietokone joulua varten. Kaikesta tästä johtuen ainakin keskipitkällä aikavälillä käyttäjille löytyy kvanttitietokoneita, ehkä joitain näistä on jaettu kaikkialla maailmassa vaadituissa olosuhteissa ja voimme käyttää niitä Internetin kautta.

sovellukset

Prosessointitehollaan näitä kvantiprosessoreita käytetään pääasiassa tieteellisiin laskelmiin ja aiemmin ratkaisemattomien ongelmien ratkaisemiseen. Ensimmäinen sovellusalueista on mahdollisesti kemia juuri siksi, että kvantiprosessori on hiukkaskemiaan perustuva elementti. Tämän ansiosta voitaisiin tutkia aineen kvantitilat, joita nykyään on mahdoton ratkaista tavanomaisilla tietokoneilla.

• Suosittelemme lukemaan markkinoiden parhaita jalostajia

Tämän jälkeen sillä voisi olla sovelluksia ihmisen perimän tutkimiseen, sairauksien tutkimiseen jne. Mahdollisuudet ovat valtavat ja vaatimukset ovat todellisia, joten voimme vain odottaa. Olemme valmiita kvantiprosessorin tarkistamiseen!