Naririnig namin ang tungkol sa mga quantum computer sa loob ng hindi bababa sa ilang taon. Ngunit ano ito? Para saan ang isang quantum computer? Ngayon ang lahat ay tungkol dito sa simpleng salita.
Quantum kompyuter ay isang imbensyon na maraming mga mananaliksik ay may mataas na pag-asa para sa, inaasahan na ito ay magkakaroon ng isang positibong epekto sa pag-unlad ng agham. Gayunpaman, ang pag-unawa kung paano gumagana ang quantum physics ay napakahirap. Ang ilang mga physicist ay nagdududa pa nga kung ang kasalukuyang "quantum computers" ay dapat na tawaging ganoon. Ang pinakamalaking balakid sa paggamit ng quantum computing ay ang malaking bilang ng mga error na apektado ng kahit na ang pinakamaliit na pagbabago sa kapaligiran ng mga quantum machine. Sa ngayon, hindi pa namin nagagawang lubos na mapakinabangan ang potensyal ng quantum bits. Ngayon ay susubukan nating alamin kung ano ang espesyal sa mga napaka quantum bit na ito?
Mayroon bang mga quantum computer?
Ang kakanyahan ng sinumang tunay na siyentipiko ay hindi magtiwala at suriin sa lahat ng oras. Naalala ko ang mga salitang ito noong estudyante pa ako. At higit sa isang beses ay tiniyak niya ang kawastuhan ng pariralang ito. Nalalapat din ito sa "mga quantum computer". Bakit ko sinipi ang pangalan ng mga computer na ito? Alamin Natin.
Ang mga Quantum computer ay isang napakakomplikadong paksa, ngunit susubukan kong gawin itong simple hangga't maaari at pag-usapan ang mga ito sa isang madaling paraan. Kahit ngayon, ang mga scientist, physicist at engineer ay maaaring magdebate sa tila simpleng tanong kung mayroon bang gumaganang quantum computer sa isang lugar sa mundo. "Ngunit paano, pagkatapos ng lahat, ang mga kumpanyang tulad ng IBM ay nagyayabang tungkol sa mga quantum computer!" - maaaring sabihin ng isang tao. At magiging tama siya. Ito ay nananatiling isang bukas na tanong kung ang IBM ay talagang lumikha ng isang quantum computer o tinawag lamang ang aparato nito na isang "quantum computer".
Kapag hiniling sa akin ng isa sa aking mga kaibigan na ipaliwanag sa mga simpleng salita kung paano naiiba ang mga quantum computer sa mga computer na nakasanayan namin, kadalasan ay gumagamit ako ng isang simpleng paghahambing. Kung ang aming mga klasikong computer (tulad ng PC, mga laptop na mga smartphone) ay mga kandila, pagkatapos ang mga quantum computer ay mga bumbilya. Ang layunin ng pareho ay pareho - para sa mga maliwanag na lampara at kandila, ito ay ang paglabas ng liwanag, at para sa mga computer, ito ay para sa mga kalkulasyon. Gayunpaman, sa parehong mga kaso ang layunin ay nakakamit nang ganap na naiiba at ang resulta ay naiiba. Sa madaling salita, ang isang quantum computer ay hindi lamang isang pinahusay na bersyon ng mga modernong computer, tulad ng isang bumbilya na hindi lamang isang mas malaking kandila. Hindi ka makakagawa ng bombilya sa pamamagitan ng paggawa ng mga kandila na mas mahusay at mas mahusay. Iba ang bumbilya teknolohiya, batay sa mas malalim na pang-agham na pag-unawa. Gayundin, ang isang quantum computer ay isang bagong uri ng device batay sa quantum physics, at kung paanong binago ng light bulb ang lipunan, ang mga quantum computer ay maaaring makaapekto sa maraming aspeto ng ating buhay, kabilang ang mga pangangailangan sa seguridad, pangangalaga sa kalusugan, at maging ang Internet .
Kaya, kung mananatili tayo sa paghahambing ng mga computer na may mga ilaw na bombilya, kung gayon ang "quantum Joseph Swan" (ang lumikha ng unang functional na bombilya na maliwanag na maliwanag) ay hindi pa lumilitaw, at sa ngayon ay sinusubukan ng agham, sa simpleng mga salita, na gawin "something red and hot" sa pamamagitan ng pagsuri, kung gaano ito kumikinang. Alam namin ang ilan sa mga teoretikal na pundasyon kung paano gumagana ang mga quantum computer, ngunit may malalaking hadlang sa kanilang pag-unlad na naghihintay pa rin na malutas.
Ang mga sentro ng pananaliksik at mga kumpanya sa buong mundo ay nagsasagawa ng karagdagang mga pagsubok at pananaliksik, at ang mga eksperto sa larangan ng quantum physics ay sumasang-ayon na ang paglikha ng ganap na gumaganang mga quantum machine na magagamit natin upang makamit ang mga layunin na imposibleng makamit sa yugtong ito ay malinaw na lalampas sa sampu. ng mga taon.
Naniniwala ako, at maraming mga siyentipiko ang sasang-ayon sa akin, na ang mga makina na kasalukuyang tinatawag na quantum computer ay hindi karapat-dapat sa ganoong pangalan. Wala silang kakayahang magsagawa ng mga kalkulasyon o lutasin ang mga problema na hindi natin malulutas sa isang normal, klasikal na paraan.
Hindi pa namin naabot ang ganoong antas ng aming teknolohikal na pag-unlad na magagawa naming lumikha ng isang quantum machine na lulutasin ang mga problema na kasalukuyang hindi naa-access sa mga klasikal na computer. Siyempre, pinag-uusapan ng Google o IBM ang ilan o iba pang ginawang mga kalkulasyon na mahirap gawin sa klasikal na paraan, ngunit sa ngayon ay hindi sila nakakumbinsi.
Basahin din: Sabik din ang China na galugarin ang kalawakan. Kaya kumusta na sila?
Ano ang isang quantum?
Ano ang isang "quantum" pa rin? Ito ay hindi isang pisikal na bagay. Ang terminong "quantum" ay ginagamit sa pisika upang ilarawan ang pinakamaliit na posibleng bahagi ng isang bagay. Kaya maaari kang magkaroon ng isang "force quantum", isang "time quantum" o isang "particle quantum". Sa pagsunod sa landas na ito, darating tayo sa mga termino tulad ng "quantum physics" at "quantum mechanics", iyon ay, mga sangay ng agham na nakikitungo sa pinakamaliit na posibleng pakikipag-ugnayan o sistema - sa antas ng mga atomo at maging ang mga indibidwal na quark.
At ngayon naabot na natin ang qubit (quantum bit), iyon ay, ang "pinakamaliit at hindi mahahati na yunit ng impormasyon sa kabuuan." Kasabay nito, dumating din tayo sa unang punto, na nagsasabi sa amin tungkol sa mga pagkakatulad at pagkakaiba sa kung paano gumaganap ng mga kalkulasyon ang mga klasikal na computer (gamit ang mga bit) at mga quantum computer (gamit ang mga qubit).
Sa mga klasikal na computer, ang bawat piraso ng impormasyon ay iniimbak bilang isang pagkakasunud-sunod ng mga isa at mga zero. Ang ganitong impormasyon ay nakikita at binibigyang kahulugan ng isang computer, console, smartphone, matalinong relo na matalinong TV, katulad ng mga operasyong ginagawa sa impormasyong ito. Tinitingnan man natin ang mga larawan sa bakasyon, nakikipag-chat sa mga kaibigan, naglalaro ng pinakabagong laro, o nagsasagawa ng mga advanced na cryptographic na kalkulasyon, lahat ay nangyayari sa isang binary system kung saan mayroong 0 o 1 at wala nang iba pa. Sa katunayan, ito ay mas katulad ng isang klasikong oo o hindi.
Kung gaano ka-inefficient ang sistemang ito ay makikita kapag naabot natin ang mga limitasyon nito. At kung maubusan man tayo ng espasyo sa ating mga smartphone para sa isa pang selfie o sinusubukan ng mga siyentipiko na lumikha ng mga mathematical na modelo ng pagbuo ng isang pandemya, ang problema ay napakaraming mga zero at isa, at ang mga mapagkukunan upang maiimbak ang mga ito at ang kapangyarihan upang kalkulahin ang mga ito ay hindi magagamit.
Nalutas ni Qubit ang problemang ito. Ang piraso ng impormasyong ito ay gumagamit ng mga katangian ng quantum physics na nagpapahintulot dito na manatili sa isang tinatawag na superposition. Ang isang qubit ay maaaring tumagal ng anumang halaga sa pagitan ng 0 at 1. Ito ay may mga katangian ng buong spectrum at maaaring magkaroon ng mga halaga tulad ng 15 porsiyentong zero at 85 porsiyento ng isa. Sa teorya, pinapayagan ka nitong makatipid ng higit pang impormasyon o mapabilis ang mga kalkulasyon. Ngunit sa parehong oras, maraming mga problema ang lumitaw na mahirap kontrolin at kahit na maunawaan.
Ang isa pang tampok ng mga quantum computer, na nagpapahintulot sa karagdagang scaling ng computing power, ay ang paggamit ng quantum entanglement. Ito ay isang estado kung saan ang dalawang qubit ay konektado sa isa't isa, at sa tuwing mapapansin natin ang isa sa mga ito, ang isa ay nasa eksaktong parehong estado. Ang entanglement ay nagpapahintulot sa mga qubit na mapangkat sa mas mahusay na mga yunit para sa pag-record at pagproseso ng impormasyon.
Basahin din: Sino ang mga biohacker at bakit kusang-loob nilang i-chip ang kanilang sarili?
Quantum equipment
Ang isang quantum computer ay binubuo ng tatlong pangunahing bahagi: isang lugar para sa pag-iimbak ng mga qubit, isang paraan para sa pagpapadala ng mga signal sa mga qubit, at isang klasikal na computer para sa pagpapatakbo ng isang programa at pagpapadala ng mga tagubilin.
Ang quantum material na bumubuo sa mga qubit ay maselan at lubhang sensitibo sa mga impluwensya sa kapaligiran. Para sa ilang paraan ng pag-iimbak ng qubit, ang yunit na naglalaman ng mga qubit ay pinananatili sa isang temperatura na malapit sa absolute zero upang i-maximize ang kanilang pagkakaugnay. Ang ibang mga uri ng qubit storage ay gumagamit ng vacuum chamber para mabawasan ang vibration at patatagin ang qubits.
Mayroong iba't ibang mga paraan ng pagpapadala ng mga signal sa mga qubit, tulad ng mga microwave, laser, at boltahe ng kuryente.
Upang maitatag ang normal na operasyon ng mga quantum computer, kinakailangan upang malutas ang maraming mga problema. Ang isang malaking problema sa mga quantum computer ay ang pagwawasto ng error, at ang pag-scale (pagdaragdag ng higit pang mga qubit) ay higit na nagpapataas ng kanilang dalas. Dahil sa mga limitasyong ito, ang isang quantum personal computer sa iyong desk ay malayo pa rin sa hinaharap, ngunit ang mga komersyal na quantum computer ay maaaring maging available sa malapit na hinaharap. Pag-usapan natin ito nang mas detalyado.
Mga problema ng quantum computer
Gayunpaman, ang mga quantum computer ay may isang malaking problema. Iyon ay, ang mga siyentipiko ay may malaking problema sa kanilang paggamit, dahil, salamat sa kanilang mga espesyal na katangian, ang mga qubit ay nangangailangan ng isang sapat na kalmado na kapaligiran upang tumpak na basahin ang anumang data mula sa kanila. Bawat, kahit na ang pinakamaliit na paglabag ay gagawing imposibleng tumpak na basahin ang impormasyon.
Sa kaso ng mga klasikal na computer, ang isang katulad na problema ay gumanap din ng isang mahalagang papel sa nakaraan, ngunit ngayon ito ay napakaliit na ito ay madalas na napapansin kahit na sa akademikong agham. Pinag-uusapan natin ang rate ng error. Ito ay isang tagapagpahiwatig na tumutukoy kung anong proporsyon ng mga bit o qubit ng impormasyon ang maaaring masira. Ito ay maaaring mangyari, halimbawa, sa oras ng overvoltage o iba pang mga kaguluhan.
Para sa mga classic na device, ang posibilidad ng error ay humigit-kumulang isa hanggang 1017 bit Sa kaso ng mga quantum computer, isa pa rin ito sa ilang daan. At ito ay nasa isang sitwasyon kung saan gumagana ang mga quantum computer sa pinakahiwalay na mga kondisyon at sa temperatura na -272 degrees Celsius, i.e. bahagyang mas mataas sa absolute zero. Ang anumang mga pagbabago sa temperatura, mga pagbabago sa electromagnetic field, at kahit na paggalaw ay sumisira sa buong pagkalkula.
Ang isa pang problema ay ang "katatagan" ng quantum states. Sa bawat oras na sinusukat natin o gustong istorbohin ang isang quantum state, bumabalik ito sa isa sa dalawang posisyon, zero at isa. Sa kasong ito, ang quantum state ay mabubulok. Ang prosesong ito ay tinatawag na quantum decoherence.
Isipin ito sa ganitong paraan: ang isang quantum computer ay isang dalubhasang mathematician na nagsasagawa ng mga kumplikadong kalkulasyon, at ang mga resulta nito ay nasa pagitan ng 0 at 1 milyon. Tayo naman ay isang bata na naiintindihan lamang na ang isang bagay ay maaaring sobra o kulang. Sa tuwing ang isang mathematician ay maaaring magkaroon ng iba't ibang mga resulta, tulad ng 356 o 670,23, ayon sa aming pag-unawa sa mundo, ang bawat isa sa mga resultang ito ay mauuri bilang ilang (1) o marami (846), nang hindi tinukoy ang isang tiyak na pagkakaiba sa pagitan ng dalawa. Ito ay quantum decoherence. Ang tanging paraan upang makagawa ng tamang pagkalkula ay ang paggarantiya ng gawain sa matematika bago ito matapos.
Basahin din: Ano ang gagawin ng Perseverance at Ingenuity sa Mars?
Para saan natin gagamitin ang mga quantum computer?
Ngayon, ang tanong ay lumitaw kung para saan ang mga quantum computer ay maaaring gamitin, tulad ng 20 taon na ang nakakaraan, kung ano ang magagamit ng isang smartphone. Siyempre, mayroon nang ilang mga plano at pagpapalagay, ngunit ang pinaka-kagiliw-giliw na mga direksyon para sa paggamit ng mga qubit ay malamang na maging malinaw kapag ang mga quantum computer ay naging laganap.
Ang kriptograpiya ay isa sa mga pinakasikat na larangan kung saan kadalasang ginagamit ang quantum computing. Ang bagay ay ito ay isang paraan ng pagpapadala ng impormasyon sa isang napaka-secure na paraan, at ang seguridad ay hindi batay sa pagiging kumplikado ng mga proseso ng pag-compute, ngunit sa mga batas ng pisika, na magbibigay ng kumpiyansa na ang ilang mga bagay ay imposible lamang. At sa sandaling ito imposibleng makinig, mag-espiya, mag-hack.
Ang seguridad sa kasong ito ay ginagarantiyahan ng mga pisikal na katangian ng mga qubit, na, tulad ng ipinaliwanag ko kanina, ay huminto sa pagpapakita ng mga tampok na superposisyon sa sandaling maobserbahan ang mga ito. Kaya't ang anumang pagtatangka na hadlangan o kopyahin ang naka-encode na mensahe ay sisirain lamang ito.
Ang mga quantum computer ay maaari ding magbigay-daan sa amin na mas maunawaan ang mga natural na proseso. Ang "gulo" ng superposisyon ay mas mahusay na sumasalamin sa paraan, halimbawa, mga mutasyon sa DNA, at samakatuwid ay ang pag-unlad ng sakit at ebolusyon. Ginagamit na ngayon ang quantum computing upang lumikha ng mga bagong gamot.
Marahil ay makatuwirang pag-usapan ang paggamit ng mga quantum computer para sa data teleportation. Oo, tiyak ang teleportation ng data, at posibleng isang tao. Magagawa naming mag-teleport ng impormasyon mula sa isang lugar patungo sa lugar nang hindi ito pisikal na inililipat. Ito ay parang pantasiya, ngunit posible, dahil ang pagkalikido ng mga quantum na particle ay maaaring maging gusot sa oras at espasyo, upang ang isang pagbabago sa isang particle ay maaaring makaapekto sa isa pa, at ito ay lumilikha ng isang channel para sa teleportation. Naipakita na ito sa mga lab at maaaring maging bahagi ng quantum internet ng hinaharap. Wala pa kaming ganoong network, ngunit ginagawa na ng ilang siyentipiko ang mga posibilidad na ito, na ginagaya ang isang quantum network sa isang quantum computer. Nakagawa na sila at nagpatupad ng mga kawili-wiling bagong protocol, tulad ng teleportasyon sa pagitan ng mga gumagamit ng network at mahusay na paglilipat ng data, at maging ang secure na pagboto.
Dapat ding sabihin na ang mga quantum computer ay dapat gamitin upang gayahin ang iba't ibang mga sitwasyon at makahanap ng mga solusyon sa mga problema, kabilang ang mga gamot at bakuna. Halimbawa, sa panahon ng mga pandemya tulad ng coronavirus, kapag kailangan ang mas mabilis na pagkalkula at pagkalkula ng mga opsyon. Dito maaari mong gamitin ang posibilidad ng quantum modeling, na hindi maaaring gumanap sa isang klasikal na computer. Kapag lumitaw ang isang bagong sakit, ang proseso ng paghahanap ng lunas ay tumatagal ng humigit-kumulang 15 taon at maaaring nagkakahalaga ng hanggang $2,6 bilyon. Sa ilang mga sakit, kinakailangang mag-filter sa milyun-milyong molekula upang matukoy lamang ang daan-daang mga promising na indibidwal na malamang na maging mga donor. Pagkatapos, sa panahon ng pagsubok, humigit-kumulang 99% ng mga molekula ang nahuhulog dahil sa, bukod sa iba pang mga bagay, maling hula sa pag-uugali at mga limitasyon sa sampling. Dito mauuna ang mga quantum computer.
At ito ay ilan lamang sa mga magagandang ideya kung ano ang maaaring makamit gamit ang quantum physics. Sa kasalukuyan, pinamamahalaan namin sa ilang mga lawak upang paamuin ang kanyang pabagu-bagong karakter, ngunit ang lahat ng mga pag-unlad ay nasa paunang antas pa rin. Ang paglikha ng isang tunay na quantum computer at ang mass application nito ay medyo malayo pa, ngunit ang pag-unlad ay hindi tumitigil. Samakatuwid, marahil sa loob ng halos sampung taon ay babasahin mo ang artikulong ito sa tulong ng isang quantum computer at mapapangiti nang may pagkukunwari.
Basahin din:
Sa ngayon, muellimin bize modernong memory device