我們聽說量子計算機至少有幾年了。 但它是什麼？ 量子計算機有什麼用？ 今天，這一切都是用簡單的話來說的。
量子 計算機 是許多研究人員寄予厚望的一項發明，期待它對科學的發展產生積極的影響。 然而，理解量子物理學的工作原理是非常困難的。 一些物理學家甚至懷疑當前的“量子計算機”是否應該這樣稱呼。 使用量子計算的最大障礙是大量的錯誤，即使是量子機器環境的最小變化也會影響。 到目前為止，我們還沒有成功地充分利用量子比特的潛力。 今天我們將嘗試找出這些非常量子比特的特別之處？
量子計算機存在嗎？
任何真正的科學家的本質是不要一直信任和檢查。 當我還是學生的時候，我就記得這些話。 他不止一次地確定這句話的正確性。 這也適用於“量子計算機”。 為什麼我引用這些計算機的名稱？ 讓我們來了解一下。
量子計算機是一個非常複雜的話題，但我會盡量讓它簡單，並以通俗易懂的方式談論它們。 即使在今天，科學家、物理學家和工程師仍可以就世界某處是否存在工作中的量子計算機這一看似簡單的問題展開辯論。 “但是，畢竟像 IBM 這樣的公司如何吹噓量子計算機！”——有人可能會說。 他會是對的。 IBM 是否真的創造了一台量子計算機，或者簡單地將其設備稱為“量子計算機”，這仍然是一個懸而未決的問題。
當我的一個朋友讓我用簡單的語言解釋量子計算機與我們習慣的計算機有何不同時，我通常會使用簡單的比較。 如果我們的經典計算機（例如 個人計算機, 手提電腦 那 智能手機) 是蠟燭，那麼量子計算機就是燈泡。 兩者的目的是相同的——對於白熾燈和蠟燭，它是發光的，而對於計算機來說，它是用於計算的。 然而，在這兩種情況下，實現的目標完全不同，結果也不同。 簡單地說，量子計算機不僅僅是現代計算機的改進版，就像燈泡不僅僅是一根更大的蠟燭一樣。 你不能通過製造越來越好的蠟燭來製造燈泡。 燈泡不一樣 技術，基於更深入的科學理解。 同樣，量子計算機是一種基於量子物理學的新型設備，正如燈泡改變社會一樣，量子計算機可以影響我們生活的方方面面，包括安全需求、醫療保健，甚至互聯網。
所以，如果我們堅持計算機與燈泡的比較，那麼“量子約瑟夫·斯旺”（第一個功能性白熾燈泡的創造者）還沒有出現，到目前為止，科學正在嘗試，簡單地說，通過檢查“紅色和熱的東西”，它發光了多少。 我們知道量子計算機如何工作的一些理論基礎，但它們的發展仍存在巨大的障礙等待解決。
世界各地的研究中心和公司都在進行進一步的測試和研究，量子物理學領域的專家一致認為，我們可以用來實現現階段不可能實現的目標的功能齊全的量子機器的創建顯然會超過幾十個。年。
我相信，許多科學家會同意我的觀點，目前被稱為量子計算機的機器根本不配擁有這樣的名稱。 他們缺乏執行計算或解決我們無法以正常、經典方式解決的問題的能力。
我們的技術發展還沒有達到這樣的程度，以至於我們能夠創建一個量子機器來解決目前經典計算機無法解決的問題。 當然，谷歌或 IBM 談論了一些或其他以經典方式難以完成的計算，但目前他們並沒有說服力。
另請閱讀： 中國也渴望探索太空。 那麼他們過得怎麼樣？
什麼是量子？
到底什麼是“量子”？ 它不是一個物理對象。 “量子”一詞在物理學中用於描述某物的最小可能部分。 所以你可以有一個“力量子”，一個“時間量子”或一個“粒子量子”。 沿著這條路徑，我們將到達諸如“量子物理學”和“量子力學”之類的術語，即處理最小可能相互作用或系統的科學分支——在原子甚至單個夸克的水平上。
而現在我們已經到了量子比特（quantum bit），也就是“量子信息的最小且不可分割的單位”。 同時，我們也來到了第一點，它告訴我們經典計算機（使用比特）和量子計算機（使用量子比特）如何進行計算的異同。
在經典計算機中，每條信息都存儲為一系列 和 。 此類信息由計算機、控制台、智能手機、 智能手錶 那 智能電視，類似於對此信息執行的操作。 無論我們是查看度假照片、與朋友聊天、玩最新遊戲還是執行高級密碼計算，一切都發生在二進制系統中，其中只有 0 或 1，沒有別的。 事實上，它更像是一個經典的yes or no。
當我們達到它的極限時，可以看出這個系統是多麼的低效。 無論是我們的智能手機空間不足，還是科學家們試圖建立流行病發展的數學模型，問題在於有太多的零和一，以及存儲它們的資源以及存儲它們的能力。計算它們不可用。
量子比特解決了這個問題。 這條信息使用了量子物理學的特性，使其保持在所謂的疊加狀態。 一個量子比特可以取 0 到 1 之間的任何值。它具有整個光譜的特性，可以有 15% 的零和 85% 的 等值。 從理論上講，這可以讓您保存更多信息或加快計算速度。 但與此同時，也出現了很多難以控制甚至難以理解的問題。
量子計算機的另一個特性是使用量子糾纏，它允許額外擴展計算能力。 這是兩個量子位相互連接的狀態，每次我們觀察其中一個，另一個將處於完全相同的狀態。 糾纏允許將量子比特組合成更有效的單元來記錄和處理信息。
另請閱讀： 誰是生物黑客，為什麼他們會自願對自己進行芯片化？
量子設備
量子計算機由三個主要部分組成：存儲量子比特的區域、將信號傳輸到量子比特的方法以及運行程序和發送指令的經典計算機。
構成量子比特的量子材料非常脆弱，對環境影響極為敏感。 對於某些量子位存儲方法，容納量子位的單元保持在接近絕對零的溫度下，以最大限度地提高它們的一致性。 其他類型的量子位存儲使用真空室來最小化振動並穩定量子位。
有多種方法可以將信號傳輸到量子比特，例如微波、激光和電壓。
為了建立量子計算機的正常運行，需要解決很多問題。 量子計算機的一個主要問題是糾錯，縮放（添加更多量子比特）進一步增加了它們的頻率。 由於這些限制，你辦公桌上的量子個人計算機仍然是一個遙遠的未來，但商業量子計算機可能會在不久的將來出現。 讓我們更詳細地討論一下。
量子計算機的問題
然而，量子計算機有一個巨大的問題。 也就是說，科學家們在使用它們時遇到了一個巨大的問題，因為由於它們的特殊屬性，量子比特需要一個足夠平靜的環境才能準確地讀取其中的任何數據。 每一次，即使是最小的違規行為都會導致無法準確讀取信息。
在經典計算機的情況下，類似的問題在過去也發揮了重要作用，但今天它是如此微不足道，甚至在學術科學中也經常被忽視。 我們正在談論錯誤率。 它是一個指標，用於確定有多少位或量子位的信息可以被破壞。 例如，這可能發生在過電壓或其他干擾時。
對於經典設備，錯誤概率約為 到 1017 少量在量子計算機的情況下，這仍然是數百個中的一個。 這是在量子計算機在最孤立的條件和-272攝氏度的溫度下工作的情況下，即略高於絕對零。 任何溫度波動、電磁場變化，甚至運動都會破壞整個計算。
另一個問題是量子態的“不穩定性”。 每次我們測量或想要干擾量子態時，它都會返回到兩個位置之一，零和一。 在這種情況下，量子態將衰減。 這個過程稱為量子退相干。
可以這樣想：量子計算機是執行複雜計算的熟練數學家，其結果在 0 到 1 萬之間。 反過來，我們是一個只知道某事可能太多或太少的孩子。 每當數學家可能有不同的結果時，例如 356 或 670,23，根據我們對世界的理解，這些結果中的每一個都會被分類為少 (1) 或多 (846)，而沒有定義兩者之間的具體差異。 這就是量子退相干。 進行正確計算的唯一方法是在完成之前保證數學工作。
另請閱讀： 毅力和獨創性將在火星上做什麼？
我們將使用量子計算機做什麼？
今天，量子計算機可以用來做什麼的問題出現了，就像 20 年前，智能手機可以用來做什麼一樣。 當然，已經有一些計劃和假設，但是當量子計算機普及時，最有趣的量子比特使用方向可能會變得清晰。
密碼學是最常用的量子計算領域之一。 問題是它將是一種以非常安全的方式傳輸信息的方法，並且安全性不是基於計算過程的複雜性，而是基於物理定律，這將使人們相信某些事情根本不可能發生。 而此時，將無法監聽、窺探、破解。
在這種情況下，安全性是由量子比特的物理特性保證的，正如我之前解釋的那樣，一旦觀察到它們就不再顯示疊加特徵。 因此，任何攔截甚至複製編碼消息的嘗試都會簡單地破壞它。
量子計算機還可以讓我們更好地理解自然過程。 疊加的“混亂”更好地反映了DNA突變的方式，因此疾病和進化的發展。 量子計算今天已經被用於製造新藥。
也許談論使用量子計算機進行數據隱形傳輸是有道理的。 是的，正是數據的傳送，可能還有一個人。 我們將能夠將信息從一個地方傳送到另一個地方，而無需物理傳輸。 這聽起來像是幻想，但這是可能的，因為量子粒子的這種流動性可以在時間和空間中糾纏在一起，因此一個粒子的變化可以影響另一個粒子，這就為隱形傳態創造了一個通道。 這已經在實驗室中得到證明，並可能成為未來量子互聯網的一部分。 我們還沒有這樣的網絡，但一些科學家已經在研究這些可能性，在量子計算機上模擬量子網絡。 他們已經開發並實施了有趣的新協議，例如網絡用戶之間的遠程傳輸和高效的數據傳輸，甚至是安全投票。
也應該說，量子計算機應該被用來模擬各種情況，找到問題的解決方案，包括藥物和疫苗。 例如，在冠狀病毒等大流行期間，需要更快地計算和計算選項。 在這裡，您可以使用無法在經典計算機上執行的量子建模的可能性。 當一種新疾病出現時，尋找治愈方法的過程大約需要 15 年，成本可能高達 2,6 億美元。 在某些疾病中，必須過濾數百萬個分子，才能僅識別出數百個有可能成為捐贈者的有前途的個體。 然後，在測試期間，大約 99% 的分子被丟棄，其中包括錯誤預測行為和採樣限制。 這就是量子計算機脫穎而出的地方。
這些仍然只是使用量子物理學可以實現的一些奇妙想法。 目前，我們設法在一定程度上馴服了她反复無常的性格，但一切發展仍處於初級水平。 真正的量子計算機的創建及其大規模應用還很遙遠，但進展不會停滯不前。 因此，也許大約十年後，您將在量子計算機的幫助下閱讀本文，並且會居高臨下地微笑。
另請閱讀：
Çoch sağ olun, muellimin bize 現代儲存設備