Бид квант компьютерийн талаар дор хаяж хэдэн жил сонссон. Гэхдээ энэ юу вэ? Квантын компьютер юунд зориулагдсан вэ? Өнөөдөр энэ бүхэн энгийн үгээр илэрхийлэгдэнэ.
Квант компьютер Шинжлэх ухааны хөгжилд эерэг нөлөө үзүүлнэ гэж олон судлаачид их найдаж байгаа шинэ бүтээл юм. Гэсэн хэдий ч квант физик хэрхэн ажилладагийг ойлгоход маш хэцүү байдаг. Зарим физикчид одоогийн "квант компьютер"-ийг ингэж нэрлэх ёстой эсэхэд эргэлздэг. Квантын тооцооллыг ашиглахад тулгарч буй хамгийн том саад бол квант машинуудын хүрээлэн буй орчны хамгийн бага өөрчлөлтөд ч нөлөөлдөг олон тооны алдаа юм. Одоогоор бид квант битийн боломжуудыг бүрэн дүүрэн ашиглаж чадаагүй байна. Өнөөдөр бид эдгээр квант битүүдийн юугаараа онцлог болохыг олж мэдэхийг хичээх болно.
Квантын компьютер байдаг уу?
Аливаа жинхэнэ эрдэмтний мөн чанар нь итгэл найдваргүй, байнга шалгаж байх явдал юм. Оюутан байхдаа яг энэ үгийг санаж байсан. Тэрээр энэ хэллэгийн зөв эсэхийг нэг бус удаа баталгаажуулсан. Энэ нь "квант компьютер"-д ч хамаатай. Би яагаад эдгээр компьютеруудын нэрийг иш татсан бэ? Үүнийг олж мэдье.
Квантын компьютер бол маш төвөгтэй сэдэв боловч би үүнийг аль болох энгийн болгож, тэдний талаар хүртээмжтэй байдлаар ярихыг хичээх болно. Өнөөдөр ч гэсэн эрдэмтэд, физикчид, инженерүүд ажиллаж байгаа квант компьютер дэлхийн хаа нэгтээ байдаг уу гэсэн энгийн мэт асуултын талаар маргаж байна. "Гэхдээ IBM шиг компаниуд квант компьютерээр яаж гайхуулдаг юм бэ!" гэж хэн нэгэн хэлж магадгүй юм. Тэгээд тэр зөв байх болно. IBM үнэхээр квант компьютер бүтээсэн үү, эсвэл төхөөрөмжөө "квант компьютер" гэж нэрлэсэн үү гэдэг нь нээлттэй асуулт хэвээр байна.
Найзуудын маань нэг надаас квант компьютер нь бидний хэрэглэж заншсан компьютерээс юугаараа ялгаатайг энгийн үгээр тайлбарлахыг хүсэхэд би ихэвчлэн энгийн харьцуулалт ашигладаг. Хэрэв манай сонгодог компьютерууд (жишээ нь PC, зөөврийн компьютерууд гэж тэр ухаалаг гар утас) нь лаа бол квант компьютер нь гэрлийн чийдэн юм. Энэ нь хоёулангийнх нь зорилго нь ижил байдаг - улайсдаг чийдэн, лааны хувьд энэ нь гэрлийн ялгаруулалт, компьютерийн хувьд тооцоолол юм. Гэсэн хэдий ч, энэ хоёр тохиолдолд зорилго нь огт өөр бөгөөд үр дүн нь өөр байдаг. Энгийнээр хэлбэл, квант компьютер нь орчин үеийн компьютеруудын сайжруулсан хувилбар биш бөгөөд чийдэн нь зүгээр л том лаа биш юм. Та лааг илүү сайн болгож, гэрлийн чийдэнг бий болгож чадахгүй. Гэрлийн чийдэн нь өөр технологи, илүү гүнзгий шинжлэх ухааны ойлголт дээр суурилсан. Үүний нэгэн адил квант компьютер нь квант физикт суурилсан шинэ төрлийн төхөөрөмж бөгөөд гэрлийн чийдэн нийгмийг өөрчилсөнтэй адил квант компьютер нь аюулгүй байдлын хэрэгцээ, эрүүл мэнд, интернет зэрэг бидний амьдралын олон талбарт нөлөөлж чадна.
Тиймээс, хэрэв бид компьютерийг гэрлийн чийдэнтэй харьцуулах юм бол "квантын Жозеф Хун" (анхны ажиллагаатай улайсдаг гэрлийн чийдэнг бүтээгч) хараахан гарч ирээгүй байгаа бөгөөд шинжлэх ухаан энгийн үгээр хэлбэл, үүнийг хийхийг оролдож байна. Хэр их гэрэлтэж байгааг шалгах замаар "улаан, халуун зүйл". Бид квант компьютер хэрхэн ажилладаг тухай зарим онолын үндсийг мэддэг ч тэдний хөгжилд асар их саад тотгорууд байсаар байгаа нь шийдэгдээгүй хэвээр байна.
Дэлхийн өнцөг булан бүрээс судалгааны төвүүд болон компаниуд нэмэлт туршилт, судалгаа хийж байгаа бөгөөд квант физикийн салбарын мэргэжилтнүүд бүрэн ажиллагаатай квант машинуудыг бий болгосноор энэ үе шатанд хүрэх боломжгүй зорилгодоо хүрэхийн тулд хэдэн арван жил өнгөрөх нь дамжиггүй гэдэгтэй санал нэг байна. жилийн.
Одоогийн байдлаар квант компьютер гэж нэрлэгддэг машинууд ийм нэрийг огт хүртэхгүй гэдэгт би итгэдэг бөгөөд олон эрдэмтэд надтай санал нийлэх болно. Тэд ердийн, сонгодог аргаар бидний шийдэж чадахгүй байгаа асуудлыг тооцоолох, шийдвэрлэх чадваргүй байдаг.
Бид одоохондоо сонгодог компьютерт хүрч чадахгүй байгаа асуудлуудыг шийдвэрлэх квант машин бүтээж чадахуйц технологийн хөгжлийн түвшинд хараахан хүрээгүй байна. Мэдээжийн хэрэг, Google эсвэл IBM сонгодог аргаар хийхэд хэцүү байх зарим эсвэл өөр гүйцэтгэсэн тооцооллын талаар ярьдаг, гэхдээ одоогоор тэдгээр нь үнэмшилтэй биш байна.
Мөн уншина уу: Хятад улс ч сансар огторгуйг судлах хүсэл эрмэлзэлтэй байна. Тэгвэл тэд яаж байна?
Квант гэж юу вэ?
"Квант" гэж юу вэ? Энэ нь физик объект биш юм. "Квант" гэсэн нэр томъёог физикт аливаа зүйлийн хамгийн бага хэсгийг тодорхойлоход ашигладаг. Тиймээс та "хүчний квант", "цаг хугацааны квант" эсвэл "бөөмийн квант" байж болно. Энэ замыг дагаснаар бид "квант физик", "квант механик" гэх мэт нэр томьёо, өөрөөр хэлбэл атомын түвшинд, тэр ч байтугай бие даасан кваркуудын түвшинд байж болох хамгийн бага харилцан үйлчлэл эсвэл системтэй холбоотой шинжлэх ухааны салбаруудад хүрэх болно.
Одоо бид кубит (квант бит), өөрөөр хэлбэл "квант мэдээллийн хамгийн жижиг бөгөөд хуваагдашгүй нэгж"-д хүрлээ. Үүний зэрэгцээ бид сонгодог компьютерууд (бит ашигладаг) болон квант компьютерууд (кубит ашигладаг) тооцоолол хэрхэн хийдэг ижил төстэй болон ялгаатай байдлын талаар өгүүлдэг эхний цэг дээр ирлээ.
Сонгодог компьютерт мэдээлэл бүрийг нэг ба тэгийн дарааллаар хадгалдаг. Ийм мэдээллийг компьютер, консол, ухаалаг утас, ухаалаг цаг гэж тэр ухаалаг ТВ, энэ мэдээлэл дээр хийгддэг үйлдлүүдтэй төстэй. Бид амралтын зураг үзэх, найзуудтайгаа чатлах, хамгийн сүүлийн үеийн тоглоом тоглох, эсвэл дэвшилтэт криптограф тооцоолол хийх зэрэг бүх зүйл хоёртын системд 0 эсвэл 1-ээс өөр зүйлгүй тохиолддог. Үнэн хэрэгтээ энэ нь сонгодог тийм эсвэл үгүй юм шиг санагддаг.
Энэ тогтолцоо хэр үр ашиггүй байгааг бид хязгаартаа хүрэхээр харж болно. Ухаалаг гар утсандаа дахин селфи хийх зай дуусч байна уу, эсвэл эрдэмтэд тахлын хөгжлийн математик загварыг бий болгох гэж оролдож байна уу, асуудал бол хэт олон тэг, нэг, тэдгээрийг хадгалах нөөц, хүч чадал юм. тэдгээрийг тооцоолох боломжгүй.
Qubit энэ асуудлыг шийддэг. Энэхүү мэдээлэл нь квант физикийн шинж чанаруудыг ашигладаг бөгөөд энэ нь түүнийг суперпозиция гэж нэрлэгддэг байрлалд байлгах боломжийг олгодог. Кубит нь 0-ээс 1-ийн хооронд ямар ч утгыг авч болно. Энэ нь бүх спектрийн шинж чанартай бөгөөд 15 хувь тэг, 85 хувь нэг гэх мэт утгатай байж болно. Онолын хувьд энэ нь танд илүү их мэдээлэл хадгалах эсвэл тооцооллыг хурдасгах боломжийг олгодог. Гэхдээ үүнтэй зэрэгцэн хянах, бүр ойлгоход хэцүү олон асуудал үүсдэг.
Тооцооллын хүчийг нэмэлт хэмжээгээр нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог квант компьютерын өөр нэг онцлог нь квант орооцолдолтыг ашиглах явдал юм. Энэ бол хоёр кубит хоорондоо холбогдсон төлөв бөгөөд тэдгээрийн аль нэгийг нь ажиглах бүрт нөгөө нь яг ижил төлөвт байх болно. Entanglement нь кубитуудыг мэдээллийг бүртгэх, боловсруулахад илүү үр дүнтэй нэгж болгон бүлэглэх боломжийг олгодог.
Мөн уншина уу: Биохакер гэж хэн бэ, яагаад тэд сайн дураараа чип хийдэг вэ?
Квантын төхөөрөмж
Квантын компьютер нь гурван үндсэн хэсгээс бүрдэнэ: кубитийг хадгалах хэсэг, кубит руу дохио дамжуулах арга, програм ажиллуулах, заавар илгээх сонгодог компьютер.
Кубитийг бүрдүүлдэг квант материал нь нарийн бөгөөд хүрээлэн буй орчны нөлөөнд маш мэдрэмтгий байдаг. Кубит хадгалах зарим аргын хувьд тэдгээрийн уялдаа холбоог нэмэгдүүлэхийн тулд кубитуудыг байрлуулсан нэгжийг үнэмлэхүй тэгтэй ойролцоо температурт байлгадаг. Бусад төрлийн кубит хадгалалт нь чичиргээг багасгаж, кубитуудыг тогтворжуулахын тулд вакуум камер ашигладаг.
Богино долгион, лазер, цахилгаан хүчдэл гэх мэт кубитуудад дохио дамжуулах янз бүрийн аргууд байдаг.
Квантын компьютерийн хэвийн ажиллагааг бий болгохын тулд олон асуудлыг шийдвэрлэх шаардлагатай болдог. Квантын компьютерт тулгардаг гол асуудал бол алдаа засах явдал бөгөөд масштаб (илүү олон кубит нэмэх) нь тэдний давтамжийг улам нэмэгдүүлдэг. Эдгээр хязгаарлалтын улмаас таны ширээн дээрх квант персонал компьютер алс холын ирээдүй хэвээр байгаа ч арилжааны квант компьютерууд ойрын ирээдүйд бэлэн болж магадгүй юм. Энэ талаар илүү дэлгэрэнгүй ярилцъя.
Квантын компьютерийн асуудлууд
Гэсэн хэдий ч квант компьютерууд нэг том асуудалтай байдаг. Өөрөөр хэлбэл, эрдэмтэд тэдгээрийг ашиглахтай холбоотой асар том асуудалтай тулгардаг, учир нь тэдний тусгай шинж чанаруудын ачаар кубитууд нь тэднээс аливаа өгөгдлийг үнэн зөв унших чадвартай байхын тулд хангалттай тайван орчин шаарддаг. Хамгийн бага зөрчил бүр нь мэдээллийг үнэн зөв унших боломжгүй болгодог.
Сонгодог компьютеруудын хувьд үүнтэй төстэй асуудал урьд өмнө чухал үүрэг гүйцэтгэдэг байсан бол өнөөдөр энэ нь тийм ч ач холбогдолгүй болсон тул академийн шинжлэх ухаанд ч үл тоомсорлодог. Бид алдааны түвшингийн талаар ярьж байна. Энэ нь бит эсвэл кубит мэдээллийн хэдэн хувийг гэмтээж болохыг тодорхойлох үзүүлэлт юм. Энэ нь жишээлбэл, хэт хүчдэл эсвэл бусад эвдрэлийн үед тохиолдож болно.
Сонгодог төхөөрөмжүүдийн хувьд алдааны магадлал нь ойролцоогоор нэг юм 1017 жаахан Квантын компьютерын хувьд энэ нь хэдэн зуугийн нэг хэвээр байна. Энэ нь квант компьютерууд хамгийн тусгаарлагдсан нөхцөлд, Цельсийн -272 градусын температурт, өөрөөр хэлбэл үнэмлэхүй тэгээс бага зэрэг өндөр температурт ажилладаг нөхцөл байдал юм. Аливаа температурын хэлбэлзэл, цахилгаан соронзон орны өөрчлөлт, тэр ч байтугай хөдөлгөөн нь бүх тооцоог устгадаг.
Өөр нэг асуудал бол квант төлөвүүдийн "тогтворгүй байдал" юм. Бид квант төлөвийг хэмжих эсвэл эвдэхийг хүсэх болгондоо тэг ба нэг гэсэн хоёр байрлалын аль нэгэнд буцаж ирдэг. Энэ тохиолдолд квант төлөв задрах болно. Энэ процессыг квант декогерент гэж нэрлэдэг.
Үүнийг ингэж бодоод үз дээ: квант компьютер нь нарийн төвөгтэй тооцоолол хийдэг чадварлаг математикч бөгөөд үр дүн нь 0-1 сая хооронд байдаг. Бид ч эргээд ямар нэг зүйл хэт их эсвэл бага байж болно гэдгийг л ойлгодог хүүхэд. Математикч 356 эсвэл 670,23 гэх мэт өөр өөр үр дүнтэй байж болох үед эдгээр үр дүн тус бүрийг цөөхөн (1) эсвэл олон (846) гэж ангилдаг бөгөөд энэ хоёрын хоорондох тодорхой ялгааг тодорхойлохгүй. Энэ бол квант декогерент юм. Зөв тооцоолол хийх цорын ганц арга бол математикийн ажлыг дуусгахаас өмнө баталгаажуулах явдал юм.
Мөн уншина уу: Тэвчээр ба овсгоо ухаан Ангараг гариг дээр юу хийх вэ?
Бид квант компьютерийг юунд ашиглах вэ?
20 жилийн өмнөх шиг ухаалаг утсыг юунд ашиглаж болох вэ гэдэг асуулт өнөөдөр гарч ирж байна. Мэдээжийн хэрэг, аль хэдийн зарим төлөвлөгөө, таамаглалууд байгаа боловч квант компьютерууд өргөн тархсан үед кубит ашиглах хамгийн сонирхолтой чиглэлүүд тодорхой болох байх.
Криптограф бол квантын тооцоололыг ихэвчлэн ашигладаг хамгийн алдартай салбаруудын нэг юм. Хамгийн гол нь энэ нь мэдээллийг маш найдвартай дамжуулах арга байх бөгөөд аюулгүй байдал нь тооцоолох үйл явцын нарийн төвөгтэй байдал дээр суурилдаггүй, харин физикийн хуулиуд дээр суурилдаг бөгөөд энэ нь зарим зүйлийг зүгээр л боломжгүй зүйл гэдэгт итгэх итгэлийг өгөх болно. Мөн энэ мөчид сонсох, тагнуул, хакердах боломжгүй болно.
Энэ тохиолдолд аюулгүй байдал нь кубитуудын физик шинж чанараар баталгааждаг бөгөөд өмнө нь тайлбарласанчлан тэдгээр нь ажиглагдсан даруйдаа суперпозицийн шинж чанарыг харуулахаа больдог. Тиймээс кодлогдсон мессежийг таслан зогсоох, бүр хуулах гэсэн оролдлого нь зүгээр л устгана.
Квантын компьютерууд нь байгалийн үйл явцыг илүү сайн ойлгох боломжийг бидэнд олгодог. Суперпозын "эмх замбараагүй байдал" нь ДНХ-ийн мутаци, улмаар өвчин, хувьслын хөгжлийг илүү сайн тусгадаг. Квантын тооцооллыг өнөөдөр шинэ эм бүтээхэд аль хэдийн ашиглаж байна.
Мэдээллийн телепортод зориулж квант компьютер ашиглах тухай ярих нь утга учиртай байх. Тийм ээ, яг мэдээлэл, магадгүй хүн телепортаци. Бид мэдээллийг биет байдлаар дамжуулахгүйгээр нэг газраас нөгөө рүү дамжуулах боломжтой болно. Энэ нь уран зөгнөл мэт сонсогдож байгаа ч энэ нь боломжтой, учир нь квант бөөмсийн энэхүү шингэн чанар нь цаг хугацаа, орон зайд орооцолдож, улмаар нэг бөөмийн өөрчлөлт нөгөөд нөлөөлж, улмаар телепортын суваг үүсгэдэг. Үүнийг лабораторид аль хэдийн харуулсан бөгөөд ирээдүйн квант интернетийн нэг хэсэг байж магадгүй юм. Бидэнд ийм сүлжээ хараахан байхгүй байгаа ч зарим эрдэмтэд квант компьютер дээр квант сүлжээг дуурайж эдгээр боломжууд дээр аль хэдийн ажиллаж байна. Тэд сүлжээний хэрэглэгчдийн хооронд телепорт болон үр ашигтай өгөгдөл дамжуулах, тэр ч байтугай аюулгүй санал хураалт зэрэг сонирхолтой шинэ протоколуудыг аль хэдийн боловсруулж, хэрэгжүүлсэн.
Түүнчлэн квант компьютерийг янз бүрийн нөхцөл байдлыг дуурайж, эм, вакцин зэрэг асуудлын шийдлийг олоход ашиглах ёстой гэдгийг хэлэх хэрэгтэй. Жишээлбэл, коронавирус гэх мэт тахлын үед илүү хурдан тооцоолол хийх, сонголт хийх шаардлагатай үед. Энд та сонгодог компьютер дээр хийх боломжгүй квант загварчлалын боломжийг ашиглаж болно. Шинэ өвчин гарч ирэхэд эмчлэх аргыг олох үйл явц нь ойролцоогоор 15 жил үргэлжилдэг бөгөөд 2,6 тэрбум доллар зарцуулдаг. Зарим өвчний үед донор болох магадлалтай хэдэн зуун ирээдүйтэй хүмүүсийг тодорхойлохын тулд сая сая молекулуудыг шүүж үзэх шаардлагатай байдаг. Дараа нь туршилтын явцад молекулуудын ойролцоогоор 99% нь зан төлөвийг буруу таамаглах, дээж авах хязгаарлалт зэргээс шалтгаалан унадаг. Эндээс л квант компьютерууд гарч ирнэ.
Эдгээр нь квант физикийн тусламжтайгаар юунд хүрч болох талаар цөөн хэдэн гайхалтай санаанууд хэвээр байна. Одоогийн байдлаар бид түүний дур булаам зан чанарыг тодорхой хэмжээгээр тайвшруулж чадсан ч бүх хөгжил анхны түвшинд хэвээр байна. Бодит квантын компьютерийг бүтээх, түүний массын хэрэглээ нэлээд хол байгаа ч ахиц дэвшил зогсохгүй байна. Тиймээс, магадгүй арав орчим жилийн дараа та энэ өгүүллийг квант компьютерын тусламжтайгаар уншиж, доромжлон инээмсэглэх болно.
Мөн уншина уу:
Coch saolun, muellimin bize орчин үеийн санах ойн төхөөрөмжүүд