Квантові обчислення
Сучасний комп'ютер
Як ми бачили в попередній темі, найважливішою частиною комп’ютера є процесор, і все більше і більше в міру розвитку технологій і вдосконалення техніки в області обчислень, процесори стають меншими і швидшими, а разом з цим і проблеми, які потрібно продовжувати. цей самий процес зменшення та збільшення потужності є найбільшою проблемою сьогодні.
Однією з альтернатив, яка вирішила цю проблему, була ідея квантового комп’ютера. А що таке квантовий комп’ютер? Чим він відрізняється від класичного комп’ютера (Common Computer)?
Основна відмінність між CQ (Quantum Computer) і CC (Common Computer) — це спосіб обробки. Подобається це?! Як ми бачили раніше і вже знайомі з терміном «Квант», CQ буде не просто працювати з електричними струмами, а працюватиме саме з атомами (протонами, електронами тощо)!
Смачно 😂! Я вважаю, що дехто вже, мабуть, запитує себе... "Боже мій! Навіщо?!" «Я більше нічого не розумію», здається, що з цією темою MQ все не стає простіше, але не впадайте у відчай! Наскільки предмет лякає одних і цікавить інших, це найцікавіша частина вивчення та вивчення конкретного предмета. Це розуміння та бачення вашої заявки!
Оскільки функція цього сайту полягає в тому, щоб транспонувати MQ як щось «простіше» для громадськості, на цьому ця схема не закінчиться. Зробіть глибокий вдих, і ми пояснимо крок за кроком у найпростіший спосіб.
Принцип роботи CC полягає в тому, що «біти» (0 і 1) і послідовність цих чисел чергуються або не генерують всю інформацію, необхідну для використання комп’ютера чи будь-якого електронного пристрою, який Це є. Не дуже відрізняється, CQ використовуватиме подібну форму бітів, але більш складну та цілком «оптимізуючу» форму, відомий «Кубіт» (квантовий біт).
Кубіт — це не що інше, як суперпозиція бінарних файлів (0 і 1), пам’ятаєте, що ми говорили про суперпозицію хвиль у темі MQ? Потім! Саме так CQ будуть обробляти інформацію. Для кого досі Це є плаваючи, CQ працює не просто шляхом вимірювання, чи є у нього струм (1) чи його немає (0), але він виконує свою обробку через «квантові» фізичні стани, які вимірюються через властивість елементарної матерії, переважно електронів, які називається «Spin», тобто CQ не обробляє інформацію з 1 або 0, а скоріше 1 і 0 одночасно, отже (накладення).
На відміну від CC, який вимірює один біт за раз, це або число 1, або 0, ніколи обидва одночасно. Завдяки цьому можливість обробки експоненціально збільшується для надзвичайно складних задач і завдань, які вимагають дуже великої кількості обчислень і кількох процесів, а отже, для пошуку різних можливих рішень за частки секунди. Два відео нижче дадуть вам більш чітке уявлення про те, як це працює на практиці. Примітка: увімкніть субтитри!
Як створити Qubit
Як створити квантовий комп'ютер
Математика за квантовим комп'ютером
Одним словом, комп’ютер маніпулює елементарними частинками. А те, як ми контролюємо ці елементарні частинки, дозволяє нам робити складні розрахунки, які вимагають кількох кроків за лічені години чи хвилини. Виробництво цієї інформації на атомному рівні називається кубітом і виробляється шляхом контролю внутрішньої властивості електрона, як показано в першому відео.
Маніпуляція цим Спін здійснюється зануренням цієї частинки в електромагнітне поле, де це поле випромінює частоту, звану резонансною частотою. Резонансна частота - це не що інше, як застосування вібрації, схожої на власну вібрацію певного матеріалу або частинки, і коли ця частота досягає цільового об'єкта, вона змусить його збудитися (збільшити його енергію) і почне вібрувати в нормальному режимі. що ми хочемо.
Цікавим є те, що ми створюємо суперпозицію станів, як пояснюється в другому відео, CC дозволяє бітам бути лише в 0 і 1, а Кубіт — це «лімбо», в якому йому вдається перебувати. проміжні значення між цими двома значеннями, наприклад (0,1; 0,59; 0,90 тощо...). Це дозволяє за допомогою програмного забезпечення, розробленого для контролю якості, інтерпретувати більш складні та розширені результати за дуже скорочений час порівняно зі звичайним комп’ютером.
Як ми бачили у другому відео, Qubits, наприклад |01> ; |10> при накладенні будуть представляти свої стани за частину часу, тобто чергування цих значень змінюється залежно від часу, що проходить, отже, CQ також є дуже «тендітною» системою, оскільки будь-яка зовнішня зміна в цій системі може повністю змінити інформацію, і не тільки наявність зовнішніх факторів, але й час, протягом якого ці стани залишаються до вимірювання, є надзвичайно швидкими, що робить вимірювання процес також є викликом.
І якщо ви не помітили чітко в попередніх відео, вам, мабуть, цікаво... «Та! Надшвидкий комп’ютер, який керує коливаннями електрона, щоб робити складні обчислення... і що? Наскільки все це практично? Чи буде цей суперкомп’ютер слугувати лише для виконання складної математики?»
Коротка відповідь і так, і ні! Перевага CQ справді полягає в тому, що він здатний робити обчислення набагато кращі в порівнянні з CC, але саме в цій перевагі певні області наукового знання, які включають кілька змінних, великі проблеми і з багатьма можливостями, які необхідно вирішити, CQ виконає цю роботу за лічені хвилини.
Існує кілька прикладів застосування цього типу обчислень для вирішення проблем, наприклад прогноз погоди. Змінних для розуміння атмосфери Землі настільки багато, що, коли ми бачимо в новинах, що газета оголошує ймовірність дощу і ніколи не впевненість, існує 30% ймовірність дощу в Сан-Паулу в такий день, і як насправді ми вже пережили, скільки в газеті кажуть, що за один день буде дощ, а може й не буде.
Чому так буває?! Просто через складність атмосферної системи, а ця складність полягає в кількості факторів, які впливають на атмосферу, щоб викликати, наприклад, дощ, будь то атмосферний тиск, температура в конкретному регіоні, щільність повітря, вологість повітря, тиск. відмінності в інших регіонах, які впливають на регіон, у якому він вимірюється, тощо. Десяткові знаки в подібних обчисленнях мають значення астрономічні, і чим більше десяткових знаків, тим менша похибка при передбаченні динамічних явищ, таких як погода.
Дивно, чи не так?! Тепер, маючи всю цю інформацію, яку вам передали, ви можете запитати себе: «Та! Тож у майбутньому всі комп’ютери стануть квантовими?» Відповідь: ми не знаємо і поки що не можемо нічого сказати. Як уже згадувалося в деяких відео, CQ не повністю замінює комп’ютери, які ми маємо сьогодні, але гарантовано, що для конкретних завдань, які ми вже згадували, CQ має смішно вищу продуктивність, ніж CC, тому CQ насправді наступні. еволюція обчислювальної техніки та все, що з нею супроводжується. Як також згадувалося про криптографію, в недалекому майбутньому все, що ми зараз вважаємо захищеним зашифрованими системами, буде під загрозою CQ, але, як показано у відео Nerdologia, дослідження квантової криптографії вже проводяться, саме щоб забезпечити це порушення безпеки за допомогою цього нового типу обчислень.
Процес комунікації також, коли ці CQ виготовляються у великому масштабі, спосіб обміну інформацією один з одним буде повністю відрізнятися від поточного зв’язку, використовуючи фотони (світло) і наслідок квантової теорії, яка називається «Квантова заплутаність» або « Квантова заплутаність». Звичайно, формальна концепція досить надумана, і нам не залежить, щоб досконало зрозуміти її зараз і тут, але ідея полягає в тому, що коли дві частинки Субатомні структури дуже близькі одна до одної, їх властивості пов'язані (поки невідомо, як і чому це відбувається), але це явище вже багато разів перевірено та експериментально доведено (У додаткових відео будуть відео, що пояснюють краще) .
Наприклад, давайте візьмемо елементарну частинку, яку ми назвемо P1 і іншу P2, коли ми об’єднаємо ці дві частинки разом, їх властивості пов’язані, щоб зрозуміти заплутаність квант, давайте розділимо ці дві частинки на дуже великій відстані, візьмемо P2 і помістимо його, наприклад, на поверхню Нептуна (відстань Нептуна від Землі прибл. 4 504 300 000 км). Відповідно до цієї теорії заплутаності, якщо ми внесемо будь-які зміни в частинку P1, яка залишилася з нами на Землі, яка невідомим чином пов’язана з частинкою P2 на Нептуні, ця частинка P2 відреагує протилежним ефектом. миттєво! Тобто, це явище, очевидно, ігнорує теорію відносності, яка говорить, що граничною швидкістю у Всесвіті є швидкість світла (300 000 км/с). З цієї причини творець теорії відносності Альберт Ейнштейн назвав це явище наприклад (Ghostly Action Ranged). Пам’ятаючи, що хоча це явище вже було доведено експериментально, воно не скасовує теорію відносності. Тільки ми маємо справу з явищами надзвичайно різних вимірів, до яких теорія відносності не застосовується.
Застосовуючи це для зв’язку між комп’ютерами, такими як Інтернет як ми це знаємо сьогодні, є шанс, якщо ви не використовуєте безпечне з’єднання з a хтось стежить за всіма вашими розмовами, інформацією та використанням Інтернету. Тепер для CQ зв'язок можна здійснити за допомогою цих заплутаних фотонів. Відповідно до теорії, будь-який шум (або зовнішній агент, який хоче втрутитися, наприклад, у контексті комунікації та Інтернету), інформація повністю зашифрована та невпізнана, і якщо навіть не знищена, з цієї причини КЯ може бути наступним. генерація комп'ютерів більш безпечна і цілісна з точки зору конфіденційності їх інформації і для деяких експертів є практично недоторканною системою.
Сподіваємося, що поки що ви, читачу, зрозуміли вплив квантової теорії на наше суспільство, ми постійно залежимо від неї, і її застосування можна знайти в найрізноманітніших галузях знань, будь то інженерія матеріалів, хімія, хімічна інженерія. , військова техніка, медицина, фармацевтична промисловість, серед багатьох інших прикладів, де вона широко застосовується. що очікується Ви в кінці цього дидактичного матеріалу повинні зрозуміти весь процес побудови квантової теорії, зрозуміти основні ідеї та теорії, що лежать в основі цих явищ і, звичайно, зрозуміти, де вони застосовуються, і, можливо, принаймні пробудили у вас інтерес до предмета, тому що хто знає, в недалекому майбутньому ви будете тим, хто хто відкриє наступну теорію, яка похитне наукові концепції сучасної науки?!