Zawartość
- Rzeczywistość kwantowa
- Wytwarzanie bitu kwantowego
- Bez błędów, bez stresu - Twój przewodnik krok po kroku do tworzenia oprogramowania zmieniającego życie bez niszczenia życia
- Jak blisko jesteśmy?
- Wniosek
Źródło: Rcmathiraj / Dreamstime.com
Na wynos:
Przyjrzyj się bliżej informatyki kwantowej, jej działaniu i jej przyszłemu potencjałowi.
„Jeśli uważasz, że rozumiesz fizykę kwantową, nie rozumiesz fizyki kwantowej.” Ten cytat przypisuje się fizykowi Richardowi Feynmanowi, ale nie jest jasne, czy on to powiedział. Oto bardziej wiarygodny cytat Feynmana z publikacji MIT z 1995 r .: „Myślę, że mogę spokojnie powiedzieć, że nikt nie rozumie mechaniki kwantowej”.
Rzeczywistość kwantowa
Teraz, kiedy już to zrobiliśmy, sprawdźmy, czy jest coś, co wiemy. Mechanika kwantowa jest dziwna. Te małe cząsteczki na poziomie kwantowym po prostu nie zachowują się zgodnie z oczekiwaniami. Tam jest inaczej.
W kosmosie kwantowym dzieją się szalone rzeczy. Istnieje wewnętrzna przypadkowość, niepewność, uwikłanie. Wszystko wydaje się trochę za dużo.
Wiemy teraz, że atomy i cząsteczki subatomowe działają tak, jakby były ze sobą połączone. Einstein nazwał splątanie kwantowe „upiornym działaniem na odległość”. Wyobraź sobie dwa obiekty, które są fizycznie od siebie oddalone, ale zachowują się w ten sam sposób, mają te same właściwości i działają jak jeden. Teraz wyobraź sobie, że te dwa obiekty dzieli 100 000 lat świetlnych. Rzeczywiście dziwne.
Jest więcej. Zasada nieoznaczoności w mechanice kwantowej mówi, że niektórych właściwości cząstek po prostu nie można poznać. Dodaj do tego problem dekoherencji, który ma coś wspólnego z załamaniem funkcji falowej. A wersje eksperymentu z podwójną szczeliną wydają się sugerować, że jeden obiekt kwantowy może znajdować się w dwóch miejscach jednocześnie, że obserwacja zmienia naturę cząstek subatomowych lub że elektrony wydają się podróżować w czasie.
Teraz rozumiesz, dlaczego zbudowanie komputera kwantowego może być takim wyzwaniem. Ale to nie powstrzymuje ludzi przed próbowaniem. (Aby uzyskać więcej informacji na temat obliczeń kwantowych, zobacz Dlaczego obliczenia kwantowe mogą być następnym zakrętem na autostradzie dużych zbiorów danych).
Wytwarzanie bitu kwantowego
Problem niepewności polega na tym, że utrudnia to obliczenia. Cel zawsze się porusza. A nawet jeśli rozwiniesz jakiś system matematyczny, jak naprawisz błędy? I myślałeś, że binarne jest trudne.
„Kubit to układ mechaniki kwantowej, który w pewnych odpowiednich okolicznościach może być traktowany jako posiadający tylko dwa poziomy kwantowe” - mówi profesor Andrea Morello z University of New South Wales w Australii. „A kiedy już to masz, możesz użyć go do kodowania informacji kwantowej.”
Bez błędów, bez stresu - Twój przewodnik krok po kroku do tworzenia oprogramowania zmieniającego życie bez niszczenia życia
Nie możesz poprawić swoich umiejętności programistycznych, gdy nikt nie dba o jakość oprogramowania.
Łatwiej powiedzieć niż zrobić. Obecne komputery kwantowe nie są jeszcze zbyt potężne. Nadal starają się naprawić odpowiednie elementy.
Bit kwantowy, znany również jako kubit, ma wykładniczo większy potencjał niż klasyczny bit w binarnym przetwarzaniu cyfrowym. Cząstka elementarna może znajdować się jednocześnie w wielu stanach, co jest znane jako superpozycja. Podczas gdy klasyczny bit może znajdować się w jednym z dwóch stanów (jeden lub zero), kubit może znajdować się w obu tych pozycjach jednocześnie.
Pomyśl o monecie. Ma dwie strony: głowy lub ogony. Moneta jest binarna. Ale wyobraź sobie, że rzucasz monetą w powietrze, a ona wciąż przewraca się w nieskończoność. Podczas gdy się przewraca, czy to główka czy ogon? Co będzie, jeśli kiedykolwiek wyląduje? Jak obliczyć monetę? To słaba próba zilustrowania superpozycji.
Jak więc zrobić qubit? Cóż, jeśli fizycy kwantowi nie rozumieją mechaniki kwantowej, trudno byłoby tutaj znaleźć odpowiednie wyjaśnienie. Postawmy na krótką listę testowanych technologii w celu stworzenia kubitów:
- Obwody nadprzewodzące
- Wiruj kubity
- Pułapki jonowe
- Obwody fotoniczne
- Warkocze topologiczne
Najpopularniejsze z nich to pierwsze dwa. Pozostałe są przedmiotem badań uniwersyteckich. W pierwszej technice nadprzewodniki są przechładzane w celu wyeliminowania zakłóceń elektromagnetycznych. Ale czasy spójności są stosunkowo krótkie i wszystko się psuje. Profesor Morello pracuje nad techniką spinową. Cząstki kwantowe mają ładunek elektryczny, podobnie jak magnesy. Pobierając impulsy mikrofalowe, jest w stanie skłonić elektron do obracania się w górę zamiast w dół, tworząc w ten sposób tranzystor jednoelektronowy.
Pozostaje jeszcze kwestia tolerancji błędów i korekcji błędów. Naukowcom z University of California w Santa Barbara udało się osiągnąć 99,4 procent wierności dzięki bramkom kubitowym. Osiągnęli 99,9 procent wierności bramki na University of Oxford. Więc już tam jesteśmy?
Jak blisko jesteśmy?
Edwin Cartlidge zadaje to pytanie w artykule z optyki i fotoniki z października 2016 r. Ostrzeżenie od ETSI w 2015 r., Że organizacje powinny przejść na techniki szyfrowania „bezpiecznego kwantowo”, powinno powiedzieć, że coś jest na horyzoncie.
Google, Microsoft, Intel i IBM są w grze. Jednym z progów, które Google osiąga, jest coś, co nazwali „supremacją kwantową”. Służy do opisania momentu, w którym komputer kwantowy robi coś, czego nie potrafi klasyczny komputer.
Według Davida Castelvecchi w Scientific American, IBM planuje wprowadzić „uniwersalny” komputer kwantowy w 2017 roku. Nazwany „IBM Q”, będzie to usługa w chmurze dostępna za opłatą w Internecie. Możesz spróbować tego, nad czym pracują, wypróbowując swoje Quantum Experience, teraz dostępne online. Ale Castelvecchi mówi, że żaden z tych wysiłków nie jest tak potężny jak konwencjonalne komputery - jeszcze. Supremacja kwantowa nie została jeszcze ustalona.
Jak donosi Techopedia w 2013 r., Google ma wiele aplikacji dla dojrzałego komputera kwantowego, który został opracowany. Microsoft pracuje nad topologicznym obliczeniem kwantowym. Rozrasta się kilka startupów i wiele pracy jest wykonywanych w terenie. Ale niektórzy eksperci ostrzegają, że danie może nie być jeszcze w pełni ugotowane. „Nie publikuję żadnych informacji prasowych na temat przyszłości” - mówi Rainer Blatt z Uniwersytetu w Innsbrucku w Austrii. A fizyk David Wineland mówi: „Jestem optymistą w dłuższej perspektywie, ale nie wiem, co to znaczy„ w dłuższej perspektywie ”. (Zobacz 5 fajnych rzeczy, które może zrobić komputer kwantowy Googles).
Nawet po osiągnięciu przewagi obliczeń kwantowych nie szukaj jej w najbliższej przyszłości. Komputery kwantowe, podobnie jak ich binarne odpowiedniki na początku, mogą być tylko specjalistycznymi urządzeniami dedykowanymi do określonych celów. Jednym z najbardziej powszechnych zastosowań byłoby symulowanie mechaniki kwantowej przez komputer kwantowy. Oprócz intensywnych operacji komputerowych, takich jak prognozowanie pogody, korzystanie z obliczeń kwantowych może być scentralizowane i ograniczone do chmury. Oczywiście może to być idealne miejsce na to.
Wniosek
Profesor Morello wyraźnie wskazał główne wyzwanie obliczeń kwantowych. Zanim zaczniesz kodować informacje, musisz być w stanie ustanowić dwa odrębne poziomy kwantowe za pomocą kubitu. Po osiągnięciu obliczenia kwantowe „zapewniają dostęp do wykładniczo większej przestrzeni obliczeniowej” niż klasyczny komputer. Na przykład komputer kwantowy z 300 kubitami (N kubitów = 2N. klasyczne bity) byłyby w stanie przetworzyć więcej bitów informacji niż cząstek we wszechświecie.
To dużo bitów. Ale przejście z miejsca na miejsce zajmie trochę czasu.