Ən azı bir neçə ildir ki, kvant kompüterləri haqqında eşidirik. Amma bu nədir? Kvant kompüteri nə üçündür? Bu gün hər şey sadə sözlərlə bağlıdır.
Kvant kompüter elmin inkişafına müsbət təsir edəcəyini gözləyən bir çox tədqiqatçının böyük ümid bəslədiyi ixtiradır. Bununla belə, kvant fizikasının necə işlədiyini anlamaq çox çətindir. Bəzi fiziklər hətta indiki "kvant kompüterlərinin" belə adlandırılacağına şübhə edirlər. Kvant hesablamalarının istifadəsində ən böyük maneə kvant maşınlarının mühitindəki ən kiçik dəyişikliklərdən belə təsirlənən çoxlu sayda səhvlərdir. Hələlik biz kvant bitlərinin potensialından tam şəkildə istifadə edə bilməmişik. Bu gün biz bu çox kvant bitləri haqqında nəyin xüsusi olduğunu öyrənməyə çalışacağıq?
Kvant kompüterləri mövcuddurmu?
Hər hansı bir həqiqi alimin mahiyyəti etibar etməmək və hər zaman yoxlamaqdır. Hələ tələbə olanda bu sözləri xatırladım. Və dəfələrlə bu ifadənin düzgünlüyünə əmin oldu. Bu, “kvant kompüterləri”nə də aiddir. Niyə bu kompüterlərin adını sitat gətirdim? Gəlin öyrənək.
Kvant kompüterləri çox mürəkkəb mövzudur, lakin mən bunu mümkün qədər sadələşdirməyə və onlar haqqında əlçatan bir şəkildə danışmağa çalışacağam. Bu gün də alimlər, fiziklər və mühəndislər dünyanın bir yerində işləyən kvant kompüterinin olub-olmaması ilə bağlı sadə görünən sualı müzakirə edə bilərlər. "Amma necə oldu ki, IBM kimi şirkətlər kvant kompüterləri ilə öyünürlər!" - kimsə deyə bilər. Və o haqlı olacaq. IBM-in həqiqətən kvant kompüteri yaratması və ya sadəcə olaraq onun cihazını “kvant kompüteri” adlandırması açıq sual olaraq qalır.
Dostlarımdan biri məndən kvant kompüterlərinin adət etdiyimiz kompüterlərdən nə ilə fərqləndiyini sadə sözlərlə izah etməyimi xahiş etdikdə, adətən sadə bir müqayisədən istifadə edirəm. Əgər klassik kompüterlərimiz (məsələn PC, ноутР± СѓРєРё və smartfonlar) şamlar, sonra kvant kompüterləri işıq lampalarıdır. Hər ikisinin məqsədi eynidir - közərmə lampaları və şamlar üçün işıq emissiyası, kompüterlər üçün isə hesablamalardır. Bununla belə, hər iki halda məqsəd tamamilə fərqli şəkildə əldə edilir və nəticə fərqlidir. Sadə dillə desək, kvant kompüteri yalnız müasir kompüterlərin təkmilləşdirilmiş versiyası deyil, eynilə bir lampanın daha böyük bir şam olmadığı kimi. Şamları daha yaxşı və daha yaxşı hala gətirərək bir ampul yarada bilməzsiniz. Lampa fərqlidir texnologiya, daha dərin elmi anlayışa əsaslanır. Eyni şəkildə, kvant kompüteri kvant fizikasına əsaslanan yeni bir cihaz növüdür və işıq lampası cəmiyyəti dəyişdirdiyi kimi, kvant kompüterləri də həyatımızın bir çox aspektlərinə, o cümlədən təhlükəsizlik ehtiyaclarına, səhiyyəyə və hətta İnternetə təsir göstərə bilər.
Deməli, kompüterlərin işıq lampaları ilə müqayisəsinə sadiq qalsaq, o zaman “kvant Cozef Svan” (ilk funksional közərmə lampasının yaradıcısı) hələ meydana çıxmayıb və indiyə qədər elm sadə sözlə desək: "qırmızı və isti bir şey" nə qədər parıldığını yoxlayaraq. Biz kvant kompüterlərinin necə işlədiyinin bəzi nəzəri əsaslarını bilirik, lakin onların inkişafı üçün hələ də həllini gözləyən böyük maneələr var.
Dünyadakı tədqiqat mərkəzləri və şirkətlər əlavə sınaqlar və tədqiqatlar aparır və kvant fizikası sahəsində mütəxəssislər razılaşırlar ki, bu mərhələdə nail olmaq mümkün olmayan məqsədlərə çatmaq üçün istifadə edə biləcəyimiz tam işləyən kvant maşınlarının yaradılması onlarla açıq şəkildə keçəcək. illərin.
İnanıram və bir çox elm adamları mənimlə razılaşacaqlar ki, hazırda kvant kompüterləri adlanan maşınlar belə bir ada qətiyyən layiq deyillər. Onlar hesablamalar aparmaq və ya normal, klassik şəkildə həll edə bilmədiyimiz problemləri həll etmək qabiliyyətinə malik deyillər.
Biz hələ texnoloji inkişafımızın elə bir dərəcəsinə çatmamışıq ki, hazırda klassik kompüterlər üçün əlçatmaz olan problemləri həll edəcək kvant maşını yarada bilək. Əlbəttə ki, Google və ya IBM klassik şəkildə etmək çətin olacaq bəzi və ya digər yerinə yetirilən hesablamalardan danışır, lakin hazırda onlar inandırıcı deyil.
Həmçinin oxuyun: Çin də kosmosu kəşf etməyə həvəslidir. Bəs onların işləri necədir?
Kvant nədir?
Onsuz da "kvant" nədir? Fiziki obyekt deyil. "Kvant" termini fizikada bir şeyin mümkün olan ən kiçik hissəsini təsvir etmək üçün istifadə olunur. Beləliklə, "qüvvə kvantı", "zaman kvantı" və ya "hissəcik kvantı" ola bilər. Bu yolu gedərək, “kvant fizikası” və “kvant mexanikası” kimi terminlərə, yəni mümkün olan ən kiçik qarşılıqlı təsir və ya sistemlərlə məşğul olan elm sahələrinə – atomlar və hətta ayrı-ayrı kvarklar səviyyəsində çatacağıq.
İndi isə biz qubitə (kvant bitinə), yəni “kvant məlumatının ən kiçik və bölünməz vahidinə” çatdıq. Eyni zamanda, klassik kompüterlərin (bitlərdən istifadə edən) və kvant kompüterlərinin (qubitlərdən istifadə edərək) hesablamaları necə yerinə yetirməsinin oxşar və fərqli cəhətlərindən bəhs edən birinci nöqtəyə də gəlirik.
Klassik kompüterlərdə hər bir məlumat birlər və sıfırlar ardıcıllığı kimi saxlanılır. Bu cür məlumatlar kompüter, konsol, smartfon tərəfindən qəbul edilir və şərh olunur ağıllı saat və smart televizor, bu məlumat üzərində həyata keçirilən əməliyyatlara bənzər. İstər tətil fotolarına baxırıq, istər dostlarla söhbət edirik, istər ən son oyunu oynayırıq, istərsə də qabaqcıl kriptoqrafik hesablamalar aparırıq, hər şey 0 və ya 1-in olduğu binar sistemdə baş verir, başqa heç nə yoxdur. Əslində, daha çox klassik bəli və ya yox kimidir.
Bu sistemin nə qədər səmərəsiz olduğunu onun həddinə çatanda görmək olar. Smartfonlarımızda başqa bir selfie üçün yerimiz tükənsə və ya elm adamları pandemiyanın inkişafının riyazi modellərini yaratmağa çalışsalar da, problem ondadır ki, sıfırlar və birlər həddən artıq çoxdur, onları saxlamaq üçün resurslar və güc onları hesablamaq mümkün deyil.
Qubit bu problemi həll edir. Bu məlumat parçası kvant fizikasının sözdə superpozisiyada qalmasına imkan verən xüsusiyyətlərindən istifadə edir. Qubit 0 ilə 1 arasında istənilən qiymət ala bilər. O, bütün spektrin xüsusiyyətlərinə malikdir və 15 faiz sıfır və 85 faiz bir kimi dəyərlərə malik ola bilər. Teorik olaraq, bu, daha çox məlumat saxlamağa və ya hesablamaları sürətləndirməyə imkan verir. Ancaq eyni zamanda, idarə edilməsi və hətta başa düşülməsi çətin olan bir çox problemlər yaranır.
Hesablama gücünün əlavə miqyasını artırmağa imkan verən kvant kompüterlərinin başqa bir xüsusiyyəti kvant dolaşıqlığından istifadə edilməsidir. Bu, iki qubitin bir-birinə bağlandığı bir vəziyyətdir və hər dəfə onlardan birini müşahidə etdikdə, digəri tam olaraq eyni vəziyyətdə olacaqdır. Dolaşma, qubitləri məlumatın yazılması və işlənməsi üçün daha səmərəli vahidlərə qruplaşdırmağa imkan verir.
Həmçinin oxuyun: Biohackerlər kimlərdir və niyə özlərini könüllü olaraq çipləyirlər?
Kvant avadanlığı
Kvant kompüteri üç əsas hissədən ibarətdir: kubitlərin saxlanması üçün sahə, siqnalların kubitlərə ötürülməsi üsulu və proqramın icrası və təlimatların göndərilməsi üçün klassik kompüter.
Qubitləri təşkil edən kvant materialı zərifdir və ətraf mühitin təsirlərinə qarşı son dərəcə həssasdır. Bəzi qubit saxlama üsulları üçün kubitləri yerləşdirən vahid onların uyğunluğunu artırmaq üçün mütləq sıfıra yaxın temperaturda saxlanılır. Qubit saxlamanın digər növləri vibrasiyanı minimuma endirmək və kubitləri sabitləşdirmək üçün vakuum kamerasından istifadə edir.
Mikrodalğalı sobalar, lazerlər və elektrik gərginliyi kimi qubitlərə siqnal ötürmək üçün müxtəlif üsullar mövcuddur.
Kvant kompüterlərinin normal fəaliyyətini qurmaq üçün bir çox məsələləri həll etmək lazımdır. Kvant kompüterləri ilə bağlı əsas problem səhvlərin düzəldilməsidir və miqyaslama (daha çox kubit əlavə etmək) onların tezliyini daha da artırır. Bu məhdudiyyətlərə görə, masanızda bir kvant fərdi kompüter hələ də uzaq gələcəkdir, lakin kommersiya kvant kompüterləri yaxın gələcəkdə mövcud ola bilər. Bu barədə daha ətraflı danışaq.
Kvant kompüterlərinin problemləri
Bununla belə, kvant kompüterlərinin böyük bir problemi var. Yəni, alimlərin onların istifadəsi ilə bağlı böyük problemi var, çünki qubitlər öz xüsusi xassələri sayəsində onlardan istənilən məlumatı dəqiq oxuya bilmək üçün kifayət qədər sakit mühitə ehtiyac duyurlar. Hər, hətta ən kiçik pozuntu məlumatı dəqiq oxumağı qeyri-mümkün edəcək.
Klassik kompüterlərdə oxşar problem keçmişdə də mühüm rol oynayırdı, lakin bu gün o qədər əhəmiyyətsizdir ki, hətta akademik elmdə də tez-tez nəzərdən qaçırılır. Səhv nisbətindən danışırıq. Bu, məlumatın hansı bit və ya kubit nisbətinin pozula biləcəyini təyin edən bir göstəricidir. Bu, məsələn, həddindən artıq gərginlik və ya digər pozuntular zamanı baş verə bilər.
Klassik qurğular üçün səhv ehtimalı təxminən birdir 1017 az Kvant kompüterləri vəziyyətində bu, hələ də bir neçə yüzdən biridir. Və bu, kvant kompüterlərinin ən təcrid olunmuş şəraitdə və -272 dərəcə Selsi temperaturunda, yəni mütləq sıfırdan bir qədər yuxarıda işlədiyi bir vəziyyətdədir. Hər hansı bir temperatur dalğalanması, elektromaqnit sahəsindəki dəyişikliklər və hətta hərəkət bütün hesablamanı məhv edir.
Digər problem kvant hallarının “sabitsizliyi”dir. Hər dəfə bir kvant vəziyyətini ölçəndə və ya pozmaq istədikdə o, sıfır və bir iki mövqedən birinə qayıdır. Bu halda kvant vəziyyəti pozulacaq. Bu proses kvant dekoherensiyası adlanır.
Bunu belə düşünün: kvant kompüteri mürəkkəb hesablamalar aparan bacarıqlı riyaziyyatçıdır və onun nəticələri 0 ilə 1 milyon arasındadır. Biz də öz növbəmizdə yalnız bir şeyin çox və ya çox az ola biləcəyini anlayan uşaqıq. Bir riyaziyyatçının 356 və ya 670,23 kimi fərqli nəticələri ola bildiyi zaman, bizim dünya haqqında anlayışımıza görə, bu nəticələrin hər biri ikisi arasında xüsusi fərq müəyyən edilmədən az (1) və ya çoxlu (846) kimi təsnif edilir. Bu kvant dekoherensiyasıdır. Düzgün hesablama aparmağın yeganə yolu riyaziyyat işini bitməmişdən əvvəl təmin etməkdir.
Həmçinin oxuyun: Əzm və ixtiraçılıq Marsda nə edəcək?
Kvant kompüterlərindən nə üçün istifadə edəcəyik?
Bu gün sual yaranır ki, kvant kompüterləri nə üçün istifadə edilə bilər, 20 il əvvəl olduğu kimi, smartfon nə üçün istifadə edilə bilər. Əlbəttə ki, artıq bəzi planlar və fərziyyələr var, lakin kvant kompüterləri geniş yayılanda qubitlərdən istifadənin ən maraqlı istiqamətləri yəqin ki, aydınlaşacaq.
Kriptoqrafiya kvant hesablamalarının ən çox istifadə olunduğu ən məşhur sahələrdən biridir. Məsələ burasındadır ki, bu, məlumatın çox təhlükəsiz şəkildə ötürülməsi üsulu olacaq və təhlükəsizlik hesablama proseslərinin mürəkkəbliyinə deyil, fizika qanunlarına əsaslanır ki, bu da müəyyən şeylərin sadəcə qeyri-mümkün olduğuna əminlik verəcək. Və bu anda dinləmək, casusluq etmək, hack etmək mümkün olmayacaq.
Bu vəziyyətdə təhlükəsizlik, əvvəllər izah etdiyim kimi, müşahidə edilən kimi superpozisiya xüsusiyyətlərini göstərməyi dayandıran qubitlərin fiziki xüsusiyyətləri ilə təmin edilir. Beləliklə, şifrələnmiş mesajı tutmaq və ya hətta kopyalamaq cəhdi onu sadəcə məhv edəcək.
Kvant kompüterləri təbii prosesləri daha yaxşı başa düşməyə də imkan verə bilər. Superpozisiya "xaosu" yolu, məsələn, DNT-dəki mutasiyaları və buna görə də xəstəliyin və təkamülün inkişafını daha yaxşı əks etdirir. Kvant hesablamaları bu gün yeni dərmanların yaradılması üçün artıq istifadə olunur.
Bəlkə də məlumatların teleportasiyası üçün kvant kompüterlərinin istifadəsi haqqında danışmaq məntiqlidir. Bəli, məlumatların və bəlkə də bir insanın teleportasiyası. Biz məlumatları fiziki olaraq köçürmədən bir yerdən digər yerə teleport edə biləcəyik. Bu, fantaziya kimi səslənir, lakin mümkündür, çünki kvant hissəciklərinin bu axıcılığı zaman və məkanda dolana bilər, beləliklə, bir hissəcikdəki dəyişiklik digərinə təsir edə bilər və bu, teleportasiya üçün kanal yaradır. Bu, artıq laboratoriyalarda nümayiş etdirilib və gələcəyin kvant internetinin bir hissəsi ola bilər. Bizdə hələ belə bir şəbəkə yoxdur, lakin bəzi alimlər kvant kompüterində kvant şəbəkəsini simulyasiya edərək, artıq bu imkanlar üzərində işləyirlər. Onlar artıq şəbəkə istifadəçiləri arasında teleportasiya və məlumatların səmərəli ötürülməsi, hətta təhlükəsiz səsvermə kimi maraqlı yeni protokollar hazırlayıb tətbiq ediblər.
Onu da qeyd etmək lazımdır ki, kvant kompüterləri müxtəlif vəziyyətləri simulyasiya etmək və problemlərin həlli yollarını tapmaq üçün istifadə edilməlidir, o cümlədən dərmanlar və peyvəndlər. Məsələn, koronavirus kimi pandemiyalar zamanı daha sürətli hesablama və variantların hesablanması lazım olduqda. Burada klassik kompüterdə yerinə yetirilməsi mümkün olmayan kvant modelləşdirmə imkanından istifadə etmək olar. Yeni bir xəstəlik ortaya çıxdıqda, müalicənin tapılması prosesi təxminən 15 il çəkir və 2,6 milyard dollara başa gələ bilər. Bəzi xəstəliklərdə, donor olma ehtimalı olan yalnız yüzlərlə perspektivli şəxsi müəyyən etmək üçün milyonlarla molekuldan süzülmək lazımdır. Sonra, sınaq zamanı molekulların təxminən 99% -i digər şeylər arasında davranışın yanlış təxmin edilməsi və nümunə məhdudiyyətləri səbəbindən atılır. Burada kvant kompüterləri ön plana çıxacaq.
Və bunlar hələ də kvant fizikasından istifadə etməklə əldə edilə biləcək gözəl ideyalardan yalnız bir neçəsidir. Hazırda biz onun şıltaq xarakterini müəyyən dərəcədə ram edə bilirik, lakin bütün inkişaflar hələ də ilkin səviyyədədir. Həqiqi kvant kompüterinin yaradılması və onun kütləvi tətbiqi hələ çox uzaqdadır, lakin tərəqqi hələ də dayanmır. Buna görə də, bəlkə də, təxminən on ildən sonra siz kvant kompüterinin köməyi ilə bu məqaləni oxuyacaqsınız və təbəssümlə gülümsəyəcəksiniz.
Həmçinin oxuyun:
Çoç sağ olun, muellimin bizə müasir yaddaş cihazları