Квантни рачунар

Садржај чланка

• Шта је квантни рачунар?
• Предности
• Како функционише кубит?
• Квантно рачунање
• Суперпозиција и замагљивање
• Децохеренце
• Вероватноћа стварања квантног рачунара
• Где се квантни рачунари могу користити?

Повећање рачунарске снаге технологије један је од главних задатака научника и инжењера. Квантни рачунар то може решити. Уређај развијају Гоогле, ИБМ, Интел и друге компаније. Теоретски, квантни рачунар ће радити 100 милиона пута брже него иначе.

Шта је квантни рачунар?

Такав рачунски уређај не ради са битовима, већ са кубитсима. Због тога је квантни рачунар способан да истовремено обрађује сва могућа стања објекта. Али у пракси суперрачунари врше исти број логичких операција у минути..

Предности

Главна предност нове технологије је квантна супериорност. Ово је способност рачунарских уређаја да решавају задатке недоступне моћним супер-рачунарима. Нису сви научници подржавају идеју о стварању таквог рачунара. Главни аргумент против тога је немогућност провере исправности добијеног решења. Током израчуна, уређај може да направи грешку мешањем 0 и 1, и неће бити могуће идентификовати проблем.

Тренутно, главни проблем у стварању квантне супериорности је стабилност кбита. Ови елементи захтевају пажљиво руковање: случајни шум или вибрације доводе до губитка података које је рачунар могао израчунати. За стабилан рад опреме, температура околине не би требало да буде већа од 20 мК.

Како функционише кубит?

У стандардним рачунарима информације су представљене у бинарном коду. Битови за складиштење и обраду података узимају вриједности 0 или 1. Транзистори обављају математичке операције, а резултат претворбе бинарног кода појављује се на екрану.

Кубит је јединица складиштења информација у квантном рачунару. Поред 0 и 1, може бити у неодређеном граничном стању званом суперпозиција. Да бисте добили кбит, морате узети један атом, поправити га и стабилизовати га, штитећи га од вањског зрачења, везати га на други атом.

Што су више таквих елемената међусобно повезани, систем стабилније функционише. Да бисте надмашили класични суперкомпјутер, потребно је да вежете више од 49 кубита. То је врло тешко учинити: атоми су, без обзира на материјале који се користе, увек нестабилни.

Квантно рачунање

Теорија каже да без интеракције са другим честицама, електрон нема једнозначне координате у атомској орбити. Тек током мерења несигурност нестаје и локација честице постаје позната.

Вероватноћа промена омогућава употребу квантног рачунања за претрагу неструктурираних база података..

Суперпозиција и замагљивање

Рад рачунара заснован је на две механичке појаве:

1. Конфузија. Феномен у коме је стање двају или више објеката међусобно зависно. На пример, код 2 фотона у запетљаном стању, хеликост ће бити негативна и позитивна. Веза ће остати ако уклоните објекте један од другог у свемиру.
2. Кохерентна суперпозиција. Истовремени утицај на честицу алтернативних (међусобно искључивих) услова.

Децохеренце

Ово је процес у којем стање квантног система постаје неконтролисано. Декохеренца настаје када многи кубити зависе један од другог. Проблем се јавља када рачунар уђе у интеракцију са зрачењем, космичким зракама или магнетним пољем..

За заштиту рачунара од „ваљања“ до уобичајених рачунарских процеса користе се различите методе. Д-Ваве системи хладе атоме до нуле да би их заштитили од спољашњих утицаја. Квантни процесор је смештен у заштитним шкољкама, тако да је готов уређај веома гломазан.

Вероватноћа стварања квантног рачунара

Кубит се не може изградити из неколико честица, а само атоми могу бити у потребном стању. Ове вишеструке честице се подразумевано не насељавају. Кинески и канадски научници покушали су да користе фотонске чипове за развој рачунара, али истраживање је било неуспешно.

Постојеће врсте квантних рачунара:

• у полуводичким кристалима силицијума;
• на електроне у квантним тачкама полуводича;
• у микро шупљинама са једном шупљином;
• на линеарним оптичким елементима;
• на јоне у једнодимензионалном кристалу заробљени у Паулу.

Квантно рачунање укључује низ операција које се изводе са једним или више кубита што узрокује промене у целом систему. Задатак је да се из свих његових држава изабере тачно оно које даје резултат израчуна. Може постојати што више стања, што је могуће ближе истинском.

Тачност ових израчунавања је готово увек различита од јединства..

Пуноправни квантни рачунар захтева значајан напредак у физици. Програмирање би требало да се разликује од постојећег сада. Уређаји за квантно рачунање неће моћи да решавају проблеме који су изван моћи обичних, већ ће убрзати решења оних са којима се суочавају..

Последњи напредак је креирање Гоогле-овог процесора Бристлецоне-а. У пролеће 2018. године компанија је издала изјаву о добијању 72-битног процесора, али његови принципи рада нису подржали. Верује се да ће за постизање „квантне супериорности“, када рачунар почне да прелази уобичајено, бити потребно 49 кубика. Гоогле је постигао услов, али вероватноћа грешке у прорачуну (0,6%) је остала изнад тражене.

Где се квантни рачунари могу користити?

Савремена криптографија темељи се на чињеници да је немогуће брзо декомпоновати број на 40-50 знакова. Класичним рачунарима требаће 1-2 милијарде година да то ураде. Квантни рачунар ће ове математичке прорачуне обавити за 25 секунди. То значи да се сваки алгоритам шифровања може одмах пробити..

Остале апликације уређаја за квантно рачунање:

• моделирање хемијских реакција;
• Вештачка интелигенција;
• развој нових лекова.

Савремени квантни рачунари не знају како.

Уређаји су у стању да изводе један математички алгоритам са задивљујућим перформансама..

Набављају их велике компаније, на пример, за прикупљање података о корисницима.