სულ მცირე რამდენიმე წელია გვესმის კვანტური კომპიუტერების შესახებ. მაგრამ რა არის ეს? რისთვის არის კვანტური კომპიუტერი? დღეს ეს ყველაფერი მარტივი სიტყვებით.
კვანტური კომპიუტერი არის გამოგონება, რომელზეც ბევრი მკვლევარი დიდ იმედებს ამყარებს და ელის, რომ ის დადებითად აისახება მეცნიერების განვითარებაზე. თუმცა, იმის გაგება, თუ როგორ მუშაობს კვანტური ფიზიკა, ძალიან რთულია. ზოგიერთ ფიზიკოსს ეჭვიც კი ეპარება, უნდა ეწოდოს თუ არა ამჟამინდელ „კვანტურ კომპიუტერებს“. კვანტური გამოთვლის გამოყენებისას ყველაზე დიდი დაბრკოლება არის შეცდომების დიდი რაოდენობა, რომლებზეც გავლენას ახდენს კვანტური მანქანების გარემოში თუნდაც ყველაზე მცირე ცვლილებები. ჯერჯერობით, ჩვენ ჯერ ვერ მოვახერხეთ კვანტური ბიტების პოტენციალის სრულად დამაკმაყოფილებლად გამოყენება. დღეს ჩვენ შევეცდებით გავარკვიოთ, რა არის განსაკუთრებული ამ კვანტურ ბიტებში?
არსებობს თუ არა კვანტური კომპიუტერები?
ნებისმიერი ნამდვილი მეცნიერის არსი იმაში მდგომარეობს, რომ არ ენდოს და მუდმივად ამოწმებდეს. ეს სიტყვები გამახსენდა ჯერ კიდევ სტუდენტობისას. და არაერთხელ დარწმუნდა ამ ფრაზის სისწორეში. ეს ასევე ეხება „კვანტურ კომპიუტერებს“. რატომ დავასახელე ამ კომპიუტერების სახელი? მოდით გავარკვიოთ.
კვანტური კომპიუტერები ძალიან რთული თემაა, მაგრამ ვეცდები რაც შეიძლება მარტივი გავხადო და მათზე ხელმისაწვდომი ვისაუბრო. დღესაც კი, მეცნიერებს, ფიზიკოსებს და ინჟინრებს შეუძლიათ განიხილონ ერთი შეხედვით მარტივი კითხვა, არსებობს თუ არა მოქმედი კვანტური კომპიუტერი სადმე მსოფლიოში. „მაგრამ, ბოლოს და ბოლოს, როგორ ტრაბახობენ IBM-ის მსგავსი კომპანიები კვანტური კომპიუტერებით!“ - შეიძლება თქვას ვინმემ. და ის მართალი იქნება. ღიად რჩება კითხვა, მართლაც შექმნა IBM-მა კვანტური კომპიუტერი თუ უბრალოდ უწოდა თავის მოწყობილობას "კვანტური კომპიუტერი".
როდესაც ჩემი ერთ-ერთი მეგობარი მთხოვს მარტივი სიტყვებით აგიხსნა, თუ როგორ განსხვავდებიან კვანტური კომპიუტერები ჩვენ შეჩვეულ კომპიუტერებისგან, ჩვეულებრივ, მარტივ შედარებას ვიყენებ. თუ ჩვენი კლასიკური კომპიუტერები (როგორიცაა PK, ლაპტოპები რომ სმარტფონები) არის სანთლები, შემდეგ კვანტური კომპიუტერები არის ნათურები. ორივეს დანიშნულება ერთია - ინკანდესენტური ნათურებისთვის და სანთლებისთვის ეს სინათლის გამოსხივებაა, კომპიუტერებისთვის კი - გამოთვლებისთვის. თუმცა ორივე შემთხვევაში მიზანი სულ სხვანაირად მიიღწევა და შედეგიც განსხვავებული. მარტივად რომ ვთქვათ, კვანტური კომპიუტერი არ არის მხოლოდ თანამედროვე კომპიუტერების გაუმჯობესებული ვერსია, ისევე როგორც ნათურა არ არის მხოლოდ უფრო დიდი სანთელი. სანთლების უკეთესი და უკეთესი მომზადებით ნათურას ვერ შექმნით. ნათურა განსხვავებულია ტექნოლოგიაუფრო ღრმა მეცნიერულ გაგებაზე დაფუძნებული. ანალოგიურად, კვანტური კომპიუტერი არის ახალი ტიპის მოწყობილობა, რომელიც დაფუძნებულია კვანტურ ფიზიკაზე და როგორც ნათურმა შეცვალა საზოგადოება, კვანტურ კომპიუტერებს შეუძლიათ გავლენა მოახდინონ ჩვენი ცხოვრების ბევრ ასპექტზე, მათ შორის უსაფრთხოების საჭიროებებზე, ჯანდაცვაზე და ინტერნეტზეც კი.
ასე რომ, თუ ნათურებით კომპიუტერების შედარებას მივაღწევთ, მაშინ „კვანტური ჯოზეფ სვანი“ (პირველი ფუნქციონალური ინკანდესენტური ნათურის შემქმნელი) ჯერ არ გამოჩენილა და ჯერჯერობით მეცნიერება ცდილობს, მარტივი სიტყვებით. "რაღაც წითელი და ცხელი" შემოწმებით, რამდენად ანათებს. ჩვენ ვიცით ზოგიერთი თეორიული საფუძველი იმისა, თუ როგორ მუშაობს კვანტური კომპიუტერები, მაგრამ არსებობს უზარმაზარი დაბრკოლებები მათ განვითარებაში, რომლებიც ჯერ კიდევ ელოდება გადაჭრას.
კვლევითი ცენტრები და კომპანიები მთელს მსოფლიოში ატარებენ შემდგომ ტესტებსა და კვლევებს და კვანტური ფიზიკის დარგის ექსპერტები თანხმდებიან, რომ სრულად ფუნქციონირებადი კვანტური მანქანების შექმნა, რომლებიც შეგვიძლია გამოვიყენოთ მიზნების მისაღწევად, რომელთა მიღწევაც ამ ეტაპზე შეუძლებელია, აშკარად გაივლის ათეულს. წლების.
მე მჯერა და ბევრი მეცნიერი დამეთანხმება, რომ მანქანები, რომლებსაც ამჟამად კვანტურ კომპიუტერებს უწოდებენ, საერთოდ არ იმსახურებენ ასეთ სახელს. მათ არ აქვთ გამოთვლების შესრულების ან პრობლემების გადაჭრის უნარი, რომლებსაც ჩვენ ვერ გადავწყვეტთ ნორმალური, კლასიკური გზით.
ჩვენ ჯერ არ მიგვიღწევია ჩვენი ტექნოლოგიური განვითარების ისეთ ხარისხს, რომ შეგვეძლოს შევქმნათ კვანტური მანქანა, რომელიც გადაჭრის პრობლემებს, რომლებიც ამჟამად მიუწვდომელია კლასიკური კომპიუტერებისთვის. რა თქმა უნდა, Google ან IBM საუბრობენ ზოგიერთ ან სხვა შესრულებულ გამოთვლებზე, რაც რთული იქნებოდა კლასიკური გზით, მაგრამ ამ მომენტში ისინი არ არიან დამაჯერებელი.
ასევე წაიკითხეთ: ჩინეთს ასევე სურს კოსმოსის შესწავლა. მაშ, როგორ არიან ისინი?
რა არის კვანტური?
მაინც რა არის "კვანტური"? ეს არ არის ფიზიკური ობიექტი. ტერმინი "კვანტური" გამოიყენება ფიზიკაში რაღაცის უმცირესი შესაძლო წილადის აღსაწერად. ასე რომ თქვენ შეიძლება გქონდეთ „ძალის კვანტური“, „დროის კვანტური“ ან „ნაწილაკების კვანტური“. ამ გზის შემდეგ ჩვენ მივაღწევთ ტერმინებს, როგორიცაა „კვანტური ფიზიკა“ და „კვანტური მექანიკა“, ანუ მეცნიერების დარგები, რომლებიც ეხება უმცირეს შესაძლო ურთიერთქმედებებს ან სისტემებს - ატომების და ცალკეული კვარკების დონეზე.
ახლა კი მივაღწიეთ კუბიტს (კვანტურ ბიტს), ანუ „კვანტური ინფორმაციის უმცირეს და განუყოფელ ერთეულს“. ამავდროულად, ჩვენ ასევე მივდივართ პირველ პუნქტამდე, რომელიც გვეუბნება მსგავსებისა და განსხვავებების შესახებ, თუ როგორ ასრულებენ გამოთვლებს კლასიკური კომპიუტერები (ბიტების გამოყენებით) და კვანტური კომპიუტერები (კუბიტების გამოყენებით).
კლასიკურ კომპიუტერებში ინფორმაციის თითოეული ნაწილი ინახება ერთებისა და ნულების მიმდევრობით. ასეთი ინფორმაციის აღქმა და ინტერპრეტაცია ხდება კომპიუტერის, კონსოლის, სმარტფონის მიერ, ჭკვიანი საათი რომ ჭკვიანი ტელევიზორი, მსგავსი ოპერაციების, რომლებიც შესრულებულია ამ ინფორმაციაზე. მიუხედავად იმისა, ვუყურებთ შვებულების ფოტოებს, მეგობრებთან საუბარს, უახლეს თამაშს თუ ვატარებთ გაფართოებულ კრიპტოგრაფიულ გამოთვლებს, ყველაფერი ხდება ბინარულ სისტემაში, სადაც არის 0-ები ან 1-ები და სხვა არაფერი. სინამდვილეში, ეს უფრო ჰგავს კლასიკურ დიახ ან არას.
რამდენად არაეფექტურია ეს სისტემა, ჩანს, როცა მის საზღვრებს მივაღწევთ. და იმის მიუხედავად, რომ ჩვენს სმარტფონებზე სივრცე აღარ გვაქვს სხვა სელფისთვის, თუ მეცნიერები ცდილობენ შექმნან პანდემიის განვითარების მათემატიკური მოდელები, პრობლემა ის არის, რომ არის ძალიან ბევრი ნული და ერთი, და რესურსები მათი შესანახად და ძალაუფლება. გამოთვალეთ ისინი არ არის ხელმისაწვდომი.
კუბიტი წყვეტს ამ პრობლემას. ეს ინფორმაცია იყენებს კვანტური ფიზიკის თვისებებს, რაც საშუალებას აძლევს მას დარჩეს ეგრეთ წოდებულ სუპერპოზიციაში. კუბიტს შეუძლია მიიღოს ნებისმიერი მნიშვნელობა 0-დან 1-მდე. მას აქვს მთელი სპექტრის თვისებები და შეიძლება ჰქონდეს ისეთი მნიშვნელობები, როგორიცაა 15 პროცენტი ნული და 85 პროცენტი ერთი. თეორიულად, ეს საშუალებას გაძლევთ შეინახოთ ბევრად მეტი ინფორმაცია ან დააჩქაროთ გამოთვლები. მაგრამ ამავე დროს, ჩნდება უამრავი პრობლემა, რომლის კონტროლიც კი რთულია.
კვანტური კომპიუტერების კიდევ ერთი მახასიათებელი, რომელიც გამოთვლითი სიმძლავრის დამატებით სკალირების საშუალებას იძლევა, არის კვანტური ჩახლართულობის გამოყენება. ეს არის მდგომარეობა, სადაც ორი კუბიტი ერთმანეთთან არის დაკავშირებული და ყოველ ჯერზე, როცა ერთ მათგანს ვაკვირდებით, მეორე ზუსტად იმავე მდგომარეობაში იქნება. Entanglement საშუალებას აძლევს კუბიტების დაჯგუფებას კიდევ უფრო ეფექტურ ერთეულებად ინფორმაციის ჩაწერისა და დამუშავებისთვის.
ასევე წაიკითხეთ: ვინ არიან ბიოჰაკერები და რატომ ახდენენ ისინი ნებაყოფლობით ჩიპს?
კვანტური აღჭურვილობა
კვანტური კომპიუტერი შედგება სამი ძირითადი ნაწილისგან: კუბიტების შესანახი არე, კუბიტებზე სიგნალების გადაცემის მეთოდი და კლასიკური კომპიუტერი პროგრამის გასაშვებად და ინსტრუქციების გაგზავნისთვის.
კვანტური მასალა, რომელიც ქმნის კუბიტებს, არის დელიკატური და უკიდურესად მგრძნობიარე გარემო ზემოქმედების მიმართ. კუბიტების შენახვის ზოგიერთი მეთოდისთვის, ერთეული, რომელშიც განთავსებულია კუბიტები, ინახება აბსოლუტურ ნულთან ახლოს ტემპერატურაზე, რათა მაქსიმალურად გაზარდოს მათი თანმიმდევრულობა. კუბიტების შენახვის სხვა ტიპები იყენებენ ვაკუუმ კამერას ვიბრაციის შესამცირებლად და კუბიტების სტაბილიზაციისთვის.
არსებობს კუბიტებზე სიგნალების გადაცემის სხვადასხვა მეთოდი, როგორიცაა მიკროტალღები, ლაზერები და ელექტრული ძაბვა.
კვანტური კომპიუტერების ნორმალური მუშაობის დასამკვიდრებლად საჭიროა მრავალი პრობლემის გადაჭრა. კვანტური კომპიუტერების მთავარი პრობლემა არის შეცდომის კორექტირება და სკალირება (მეტი კუბიტების დამატება) კიდევ უფრო ზრდის მათ სიხშირეს. ამ შეზღუდვების გამო, თქვენს მაგიდაზე კვანტური პერსონალური კომპიუტერი ჯერ კიდევ შორეული მომავალია, მაგრამ კომერციული კვანტური კომპიუტერები შესაძლოა ხელმისაწვდომი გახდეს უახლოეს მომავალში. ამაზე უფრო დეტალურად ვისაუბროთ.
კვანტური კომპიუტერების პრობლემები
თუმცა, კვანტურ კომპიუტერებს აქვთ ერთი დიდი პრობლემა. ანუ, მეცნიერებს აქვთ უზარმაზარი პრობლემა მათი გამოყენებასთან დაკავშირებით, რადგან, მათი განსაკუთრებული თვისებების წყალობით, კუბიტებს სჭირდებათ საკმარისად მშვიდი გარემო, რათა მათგან ნებისმიერი მონაცემის ზუსტად წაკითხვა შეძლონ. ყოველი, თუნდაც ყველაზე მცირე დარღვევა შეუძლებელს გახდის ინფორმაციის ზუსტად წაკითხვას.
კლასიკური კომპიუტერების შემთხვევაში მსგავსი პრობლემა წარსულშიც მნიშვნელოვან როლს ასრულებდა, მაგრამ დღეს ის იმდენად უმნიშვნელოა, რომ აკადემიურ მეცნიერებაშიც კი ხშირად შეუმჩნეველი რჩება. ჩვენ ვსაუბრობთ შეცდომის კოეფიციენტზე. ეს არის ინდიკატორი, რომელიც განსაზღვრავს ინფორმაციის ბიტების ან კუბიტების რა პროპორციას შეიძლება დაზიანდეს. ეს შეიძლება მოხდეს, მაგალითად, ზედმეტი ძაბვის ან სხვა დარღვევების დროს.
კლასიკური მოწყობილობებისთვის, შეცდომის ალბათობა დაახლოებით ერთია 1017 ცოტა კვანტური კომპიუტერების შემთხვევაში, ეს ჯერ კიდევ რამდენიმე ასეულიდან ერთ-ერთია. და ეს იმ სიტუაციაში, როდესაც კვანტური კომპიუტერები მუშაობენ ყველაზე იზოლირებულ პირობებში და ტემპერატურაზე -272 გრადუს ცელსიუსზე, ანუ აბსოლუტურ ნულზე ოდნავ ზემოთ. ნებისმიერი ტემპერატურის მერყეობა, ცვლილებები ელექტრომაგნიტურ ველში და მოძრაობაც კი ანადგურებს მთელ გამოთვლას.
კიდევ ერთი პრობლემა არის კვანტური მდგომარეობების „არასტაბილურობა“. ყოველ ჯერზე, როცა ვზომავთ ან გვსურს კვანტური მდგომარეობის დარღვევა, ის უბრუნდება ერთ-ერთ ორ პოზიციას, ნულს და ერთს. ამ შემთხვევაში კვანტური მდგომარეობა დაიშლება. ამ პროცესს კვანტურ დეკოჰერენტობას უწოდებენ.
იფიქრეთ ამაზე: კვანტური კომპიუტერი არის გამოცდილი მათემატიკოსი, რომელიც ასრულებს რთულ გამოთვლებს და მისი შედეგები 0-დან 1 მილიონამდეა. ჩვენ, თავის მხრივ, ბავშვი ვართ, რომელსაც მხოლოდ ესმის, რომ რაღაც შეიძლება იყოს ძალიან ბევრი ან ძალიან ცოტა. როდესაც მათემატიკოსს შეიძლება ჰქონდეს განსხვავებული შედეგები, როგორიცაა 356 ან 670,23, სამყაროს ჩვენი გაგების მიხედვით, თითოეული ეს შედეგი კლასიფიცირდება როგორც რამდენიმე (1) ან ბევრი (846), ამ ორს შორის კონკრეტული განსხვავების განსაზღვრის გარეშე. ეს არის კვანტური დეკოჰერენტობა. სწორი გაანგარიშების ერთადერთი გზაა მათემატიკის მუშაობის გარანტია მის დასრულებამდე.
ასევე წაიკითხეთ: რას გააკეთებს გამძლეობა და გამომგონებლობა მარსზე?
რისთვის გამოვიყენებთ კვანტურ კომპიუტერებს?
დღეს ჩნდება კითხვა, რისთვის შეიძლება კვანტური კომპიუტერების გამოყენება, ისევე როგორც 20 წლის წინ, რისთვის შეიძლება სმარტფონის გამოყენება. რა თქმა უნდა, უკვე არსებობს გარკვეული გეგმები და ვარაუდები, მაგრამ კუბიტების გამოყენების ყველაზე საინტერესო მიმართულებები, ალბათ, გაირკვევა, როდესაც კვანტური კომპიუტერები გავრცელდება.
კრიპტოგრაფია ერთ-ერთი ყველაზე პოპულარული სფეროა, სადაც ყველაზე ხშირად გამოიყენება კვანტური გამოთვლები. საქმე იმაშია, რომ ეს იქნება ინფორმაციის ძალიან უსაფრთხო გზით გადაცემის მეთოდი და უსაფრთხოება დაფუძნებული არ არის გამოთვლითი პროცესების სირთულეზე, არამედ ფიზიკის კანონებზე, რაც იძლევა ნდობას, რომ გარკვეული რამ უბრალოდ შეუძლებელია. და ამ მომენტში შეუძლებელი იქნება მოსმენა, ჯაშუშობა, გატეხვა.
უსაფრთხოება ამ შემთხვევაში გარანტირებულია კუბიტების ძალიან ფიზიკური თვისებებით, რომლებიც, როგორც ადრე ავხსენი, წყვეტს სუპერპოზიციური მახასიათებლების ჩვენებას, როგორც კი ისინი შეინიშნება. ასე რომ, ნებისმიერი მცდელობა ჩაეჭრას ან თუნდაც დააკოპიროს კოდირებული შეტყობინება უბრალოდ გაანადგურებს მას.
კვანტურმა კომპიუტერებმა შეიძლება ასევე მოგვცეს ბუნებრივი პროცესების უკეთ გაგების საშუალება. სუპერპოზიციის „ქაოსი“ ბევრად უკეთ ასახავს გზას, მაგალითად, დნმ-ის მუტაციებს და, შესაბამისად, დაავადებისა და ევოლუციის განვითარებას. კვანტური გამოთვლები დღეს უკვე გამოიყენება ახალი წამლების შესაქმნელად.
ალბათ აზრი აქვს ვისაუბროთ კვანტური კომპიუტერების გამოყენებაზე მონაცემთა ტელეპორტირებისთვის. დიახ, ზუსტად მონაცემების ტელეპორტაცია და შესაძლოა პიროვნების. ჩვენ შევძლებთ ინფორმაციის ტელეპორტირებას ადგილიდან ადგილზე მისი ფიზიკური გადაცემის გარეშე. ეს ფანტასტიკად ჟღერს, მაგრამ შესაძლებელია, რადგან კვანტური ნაწილაკების ეს სითხე შეიძლება ჩახლართოს დროსა და სივრცეში, ისე რომ ერთი ნაწილაკების ცვლილებამ შეიძლება გავლენა მოახდინოს მეორეზე და ეს ქმნის ტელეპორტაციის არხს. ეს უკვე აჩვენეს ლაბორატორიებში და შეიძლება იყოს მომავლის კვანტური ინტერნეტის ნაწილი. ჩვენ ჯერ არ გვაქვს ასეთი ქსელი, მაგრამ ზოგიერთი მეცნიერი უკვე მუშაობს ამ შესაძლებლობებზე, ახდენს კვანტური ქსელის სიმულაციას კვანტურ კომპიუტერზე. მათ უკვე შეიმუშავეს და დანერგეს საინტერესო ახალი პროტოკოლები, როგორიცაა ტელეპორტაცია ქსელის მომხმარებლებს შორის და მონაცემთა ეფექტური გადაცემა და უსაფრთხო ხმის მიცემაც კი.
ისიც უნდა ითქვას, რომ კვანტური კომპიუტერები უნდა იქნას გამოყენებული სხვადასხვა სიტუაციების სიმულაციისთვის და პრობლემების გადაწყვეტის მოსაძებნად, მათ შორის მედიკამენტებისა და ვაქცინების ჩათვლით. მაგალითად, პანდემიის დროს, როგორიცაა კორონავირუსი, როდესაც საჭიროა უფრო სწრაფი გაანგარიშება და ვარიანტების გაანგარიშება. აქ შეგიძლიათ გამოიყენოთ კვანტური მოდელირების შესაძლებლობა, რომელიც ვერ შესრულდება კლასიკურ კომპიუტერზე. როდესაც ახალი დაავადება ჩნდება, განკურნების პროცესს დაახლოებით 15 წელი სჭირდება და შეიძლება 2,6 მილიარდ დოლარამდე დაჯდეს. ზოგიერთ დაავადებაში აუცილებელია მილიონობით მოლეკულის გაფილტვრა, რათა იდენტიფიცირდეს მხოლოდ ასობით პერსპექტიული პიროვნება, რომლებიც სავარაუდოდ გახდებიან დონორები. შემდეგ, ტესტირების დროს, მოლეკულების დაახლოებით 99% იშლება, სხვა საკითხებთან ერთად, ქცევის არასწორი პროგნოზისა და შერჩევის შეზღუდვის გამო. სწორედ აქ გამოვიდოდნენ კვანტური კომპიუტერები.
და ეს ჯერ კიდევ მხოლოდ რამდენიმე შესანიშნავი იდეაა იმის შესახებ, თუ რისი მიღწევაა შესაძლებელი კვანტური ფიზიკის გამოყენებით. ამჟამად, გარკვეულწილად ვახერხებთ მისი კაპრიზული ხასიათის მოთვინიერებას, მაგრამ ყველა განვითარება ჯერ კიდევ საწყის დონეზეა. რეალური კვანტური კომპიუტერის შექმნა და მისი მასობრივი გამოყენება ჯერ კიდევ საკმაოდ შორსაა, მაგრამ პროგრესი ჯერ არ დგას. ამიტომ, ალბათ, დაახლოებით ათი წლის შემდეგ თქვენ წაიკითხავთ ამ სტატიას კვანტური კომპიუტერის დახმარებით და გულდასმით იღიმებით.
ასევე წაიკითხეთ:
რა თქმა უნდა, თანამედროვე მეხსიერების მოწყობილობები