▷ Что такое квантовый процессор и как он работает?

Вам может быть интересно, что такое квантовый процессор и как он работает ? В этой статье мы углубимся в этот мир и попытаемся узнать больше об этом странном существе, которое, возможно, однажды станет частью нашего прекрасного RGB-корпуса, конечно, кванта.

Указатель содержания

Как и все в этой жизни, вы либо приспосабливаетесь, либо умираете. И это именно то, что происходит с технологиями, и не точно в течение миллионов лет, как живые существа, но в течение нескольких лет или месяцев. Технологии развиваются в головокружительном темпе, и крупные компании постоянно вводят новшества в свои электронные компоненты. Больше энергии и меньше потребления для защиты окружающей среды - вот те помещения, которые сегодня модны. Мы достигли точки, когда миниатюризация интегральных микросхем почти достигает физического предела. Intel говорит, что это будет 5 нм, кроме этого не будет никакого действующего закона Мура. Но другая фигура набирает силу, и это квантовый процессор. Вскоре мы начинаем объяснять все его преимущества.

С IBM в качестве предшественника крупные компании, такие как Microsoft, Google, Intel и NASA, уже воодушевлены тем, чтобы выяснить, кто может создать самый надежный и мощный квантовый процессор. И это, безусловно, ближайшее будущее. Мы видим, что это за квантовый процессор

Нужен ли нам квантовый процессор?

Современные процессоры основаны на транзисторах. Используя комбинацию транзисторов, логические вентили создаются для обработки электрических сигналов, которые проходят через них. Если мы присоединяемся к серии логических элементов, мы получим процессор.

Проблема тогда в его основной единице, транзисторах. Если мы миниатюризируем их, мы можем разместить больше в одном месте, обеспечивая большую вычислительную мощность. Но, разумеется, существует физический предел всему этому: когда мы достигаем транзисторов настолько малых, что они имеют порядок нанометров, мы находим проблемы для электронов, циркулирующих внутри них, чтобы сделать это правильно. Существует вероятность того, что они выскользнут из своего канала, столкнутся с другими элементами внутри транзистора и вызовут сбои цепи.

И это как раз та проблема, что мы в настоящее время достигаем предела безопасности и стабильности при производстве процессоров с использованием классических транзисторов.

Квантовые вычисления

Первое, что мы должны знать, это что такое квантовые вычисления, и это нелегко объяснить. Эта концепция отличается от того, что мы знаем сегодня как классические вычисления, которые используют биты или двоичные состояния «0» (0, 5 вольт) и «1» (3 вольт) электрического импульса для формирования логических цепочек вычислимой информации.

Шрифт Uza.uz

Квантовые вычисления, со своей стороны, используют термин кубит или кубит для обозначения полезной информации. Кубит не только содержит два состояния, таких как 0 и 1, но он также может одновременно содержать 0 и 1 или 1 и 0, то есть он может иметь эти два состояния одновременно. Это подразумевает, что у нас нет элемента, который принимает дискретные значения 1 или 0, но, поскольку он может содержать оба состояния, он имеет непрерывную природу и внутри него определенные состояния, которые будут более и менее стабильными.

Чем больше кубитов, тем больше информации может быть обработано

Именно в способности иметь более двух состояний и иметь несколько из них одновременно лежит его сила. Мы можем сделать больше вычислений одновременно и за меньшее время. Чем больше кубитов, тем больше информации может быть обработано, в этом смысле оно похоже на традиционные процессоры.

Как работает квантовый компьютер

Операция основана на квантовых законах, которые управляют частицами, которые образуют квантовый процессор. Все частицы имеют электроны в дополнение к протонам и нейтронам. Если мы возьмем микроскоп и увидим поток электронных частиц, мы увидим, что они ведут себя подобно поведению волн. Волна характеризуется тем, что она является переносом энергии без переноса материи, например звука, это вибрации, которые мы не можем видеть, но мы знаем, что они путешествуют по воздуху, пока не достигнут наших ушей.

Ну, электроны - это частицы, которые способны вести себя как частица или как волна, и это то, что заставляет состояния перекрываться, и 0 и 1 могут возникать одновременно. Это как если бы тени объекта проецировались, под одним углом мы находим одну форму, а другую - другую. Соединение двух формирует форму физического объекта.

Таким образом, вместо двух значений 1 или 0, которые мы знаем как биты, которые основаны на электрических напряжениях, этот процессор может работать с большим количеством состояний, называемых квантами. Квант, помимо измерения минимального значения, которое может принимать величина (например, 1 вольт), также способен измерять наименьшее возможное отклонение, которое может испытывать этот параметр при переходе из одного состояния в другое (например, способность различать форму объекта с помощью двух одновременных теней).

Мы можем иметь 0, 1 и 0 и 1 одновременно, то есть биты накладываются друг на друга

Чтобы было ясно, мы можем иметь 0, 1 и 0 и 1 одновременно, то есть биты накладываются друг на друга. Чем больше кубитов, тем больше битов мы можем располагать друг над другом, и тем больше значений мы можем иметь одновременно. Таким образом, в 3-битном процессоре нам придется выполнять задачи, которые имеют одно из этих 8 значений, но не более одного за раз. с другой стороны, для 3-кубитного процессора у нас будет частица, которая может принимать восемь состояний одновременно, и тогда мы сможем выполнять задачи с восемью операциями одновременно

Чтобы дать нам представление, самый мощный процессор, когда-либо созданный в настоящее время, имеет пропускную способность 10 терафлопс или то же, что и те же 10 миллиардов операций с плавающей запятой в секунду. 30-кубитный процессор сможет выполнять такое же количество операций. У IBM уже есть 50-битный квантовый процессор, и мы все еще находимся в экспериментальной фазе этой технологии. Представьте, как далеко мы можем продвинуться, поскольку вы видите, что производительность намного выше, чем у обычного процессора. По мере увеличения кубитов квантового процессора операции, которые он может выполнять, умножаются экспоненциально.

Как вы можете создать квантовый процессор

Благодаря устройству, которое способно работать с непрерывными состояниями вместо двух возможностей, можно переосмыслить проблемы, которые до сих пор было невозможно решить. Или также решить текущие проблемы более быстрым и эффективным способом. Все эти возможности открываются квантовой машиной.

Чтобы «квантовать» свойства молекул, мы должны привести их к температурам, близким к абсолютному нулю.

Чтобы достичь этих состояний, мы не можем использовать транзисторы, основанные на электрических импульсах, которые в конце будут равны 1 или 0. Чтобы сделать это, нам придется взглянуть дальше, в частности, на законы квантовой физики. Нам нужно будет убедиться, что эти кубиты, физически образованные частицами и молекулами, способны делать что-то похожее на то, что делают транзисторы, то есть устанавливать отношения между ними контролируемым образом, чтобы они предлагали нам информацию, которую мы хотим.

Это то, что действительно сложно, и предмет для преодоления в квантовых вычислениях. Чтобы «квантовать» свойства молекул, составляющих процессор, мы должны довести их до температур, близких к абсолютному нулю (-273, 15 градусов Цельсия). Чтобы машина знала, как отличить одно состояние от другого, нам нужно сделать их разными, например, током 1 В и 2 В, если мы подадим напряжение 1, 5 В, машина не будет знать, одно из двух. И это то, что должно быть достигнуто.

Недостатки квантовых вычислений

Основным недостатком этой технологии является именно то, что она контролирует различные состояния, через которые может проходить материя. При одновременных состояниях очень трудно выполнять стабильные вычисления с использованием квантовых алгоритмов. Это называется квантовой несостоятельностью, хотя мы не будем вдаваться в ненужные сады. Мы должны понимать, что чем больше у нас будет кубитов, тем больше будет состояний, и чем больше число состояний, тем больше будет скорость, но также сложнее будет контролировать ошибки в изменениях материи, которые происходят.

Кроме того, правила, управляющие этими квантовыми состояниями атомов и частиц, говорят о том, что мы не сможем наблюдать за вычислительным процессом, пока он происходит, поскольку, если мы вмешаемся в него, наложенные состояния будут полностью разрушены.

Квантовые состояния чрезвычайно хрупки, и компьютеры должны быть полностью изолированы в вакууме и при температурах, близких к абсолютному нулю, чтобы достичь частоты ошибок порядка 0, 1%. Либо производители жидкостного охлаждения ставят батареи, либо у нас кончается квантовый компьютер на Рождество. Из-за всего этого, по крайней мере, в среднесрочной перспективе появятся квантовые компьютеры для пользователей, возможно, их будет несколько по всему миру в требуемых условиях, и мы сможем получить к ним доступ через Интернет.

приложений

Благодаря своей вычислительной мощности эти квантовые процессоры будут в основном использоваться для научных расчетов и для решения ранее неразрешимых проблем. Первой из областей применения, возможно, является химия, именно потому, что квантовый процессор является элементом, основанным на химии частиц. Благодаря этому можно было изучать квантовые состояния материи, которые сегодня невозможно решить с помощью обычных компьютеров.

• Мы рекомендуем читать лучшие процессоры на рынке

После этого у него могут появиться приложения для изучения генома человека, исследования заболеваний и т. Д. Возможности огромны и претензии реальны, поэтому мы можем только ждать. Будем готовы к обзору квантового процессора!