▷ Hvad er en kvanteprocessor, og hvordan fungerer den?

Du spekulerer måske på, hvad der er en kvanteprocessor, og hvordan fungerer det ? I denne artikel vil vi dykke ned i denne verden og forsøge at lære mere om dette mærkelige væsen, at en dag måske vil være en del af vores smukke RGB-chassis, selvfølgelig kvante.

Indholdsindeks

Som alt i dette liv tilpasser du dig eller dør. Og det er netop, hvad der sker med teknologi og ikke netop inden for en række millioner af år som levende væsener, men i løbet af et par år eller måneder. Teknologi går videre i et svimlende tempo, og store virksomheder innoverer konstant i deres elektroniske komponenter. Mere strøm og mindre forbrug for at beskytte miljøet er de lokaler, der er moderne i dag. Vi har nået et punkt, hvor miniaturiseringen af ​​integrerede kredsløb næsten når den fysiske grænse. Intel siger, at det vil være 5nm, ud over at der ikke vil være nogen gyldig Moore's Law. Men et andet tal vinder styrke, og det er kvanteprocessoren. Snart begynder vi at forklare alle dens fordele.

Med IBM som forløber er store virksomheder som Microsoft, Google, Intel og NASA allerede indbygget i en kamp for at se, hvem der kan bygge den mest pålidelige og kraftfulde kvanteprocessor. Og det er helt sikkert den nærmeste fremtid. Vi ser, hvad denne kvanteprocessor handler om

Har vi brug for en kvanteprocessor

De nuværende processorer er baseret på transistorer. Ved hjælp af en kombination af transistorer er logiske porte bygget til at behandle de elektriske signaler, der strømmer gennem dem. Hvis vi går sammen med en række logiske porte, får vi en processor.

Problemet ligger derefter i dens basisenhed, transistorer. Hvis vi minimerer disse, kan vi placere mere et sted og give mere behandlingskraft. Men selvfølgelig er der en fysisk grænse for alt dette, når vi når transistorer så små, at de er i størrelsesordenen nanometer, finder vi problemer for de elektroner, der cirkulerer inde i dem, for at gøre det korrekt. Der er en mulighed for, at disse glider ud af deres kanal, kolliderer med andre elementer i transistoren og forårsager kædesvigt.

Og det er netop problemet, at vi i øjeblikket når grænsen for sikkerhed og stabilitet til fremstilling af processorer ved hjælp af klassiske transistorer.

Kvanteberegning

Den første ting, vi skal vide, er hvad der er kvanteberegning, og det er ikke let at forklare. Dette koncept afviger fra det, vi i dag kender som klassisk computing, der bruger bit eller binære tilstande med "0" (0, 5 volt) og "1" (3 volt) af en elektrisk impuls til at danne logiske kæder af computbar information.

Uza.uz font

Kvanteberegning på sin side bruger udtrykket qubit eller alen til at henvise til handlingsmæssige oplysninger. En kvbit indeholder ikke kun to tilstande såsom 0 og 1, men den er også i stand til samtidig at indeholde 0 og 1 eller 1 og 0, det vil sige, den kan have disse to tilstande på samme tid. Dette indebærer, at vi ikke har et element, der tager diskrete værdier 1 eller 0, men da det kan indeholde begge tilstande, har det en kontinuerlig karakter, og inden i det er visse tilstande, der vil være mere og mindre stabile.

Jo flere qubits, jo mere information kan behandles

Netop i evnen til at have mere end to tilstande og at have flere af disse på samme tid, ligger dens magt. Vi kan muligvis udføre flere beregninger samtidig og på kortere tid. Jo flere qubits, jo mere information kan behandles, i denne forstand ligner de traditionelle CPU'er.

Sådan fungerer en kvantecomputer

Handlingen er baseret på kvantelovene, der styrer partiklerne, der danner kvanteprocessoren. Alle partikler har elektroner ud over protoner og neutroner. Hvis vi tager et mikroskop og får se en strøm af elektronpartikler, kunne vi se, at de har en opførsel, der ligner bølgenes. Det, der kendetegner en bølge, er, at det er en transport af energi uden transport af stof, for eksempel lyd, de er vibrationer, som vi ikke kan se, men vi ved, at de rejser gennem luften, indtil de når vores ører.

Nå, elektroner er partikler, der er i stand til at opføre sig enten som en partikel eller som en bølge, og det er dette, der får tilstande til at overlappe hinanden, og 0 og 1 kan forekomme på samme tid. Det er som om skyggerne af et objekt blev projiceret, i en vinkel finder vi en form og en anden en anden. Forbindelsen mellem de to danner formen af ​​det fysiske objekt.

Så i stedet for to værdier 1 eller 0, som vi kender som bits, der er baseret på elektriske spændinger, er denne processor i stand til at arbejde med flere tilstande kaldet quanta. Et kvantum ud over at måle den mindste værdi, som en størrelse kan tage (for eksempel 1 volt), er også i stand til at måle den mindste mulige variation, som denne parameter kan opleve, når den går fra en tilstand til en anden (for eksempel at være i stand til at differentiere formen af et objekt ved hjælp af to samtidige skygger).

Vi kan have 0, 1 og 0 og 1 på samme tid, det vil sige biter, der er lagt oven på hinanden

For at være tydelige kan vi have 0, 1 og 0 og 1 på samme tid, det vil sige bits, der er lagt oven på hinanden. Jo flere qubits, jo flere bit kan vi have oven på hinanden og derefter flere værdier kan vi have samtidig. På denne måde, i en 3-bit processor, bliver vi nødt til at udføre opgaver, der har en af ​​disse 8 værdier, men ikke mere end én ad gangen. på den anden side vil vi for en 3 qubit processor have en partikel, der kan tage otte tilstande ad gangen, og så vil vi være i stand til at udføre opgaver med otte operationer samtidig

For at give os en idé har den mest kraftfulde processorenhed, der nogensinde er oprettet, i øjeblikket en kapacitet på 10 teraflops eller hvad er de samme 10 milliarder flydepunktoperationer pr. Sekund. En 30-qubit processor ville være i stand til at udføre det samme antal operationer. IBM har allerede en 50-bit kvanteprocessor, og vi er stadig i den eksperimentelle fase af denne teknologi. Forestil dig, hvor langt vi kan gå, da du kan se, at ydelsen er meget højere end i en normal processor. Efterhånden som kvanteprocessorernes kvbits øges, multipliceres de operationer, den kan udføre, eksponentielt.

Hvordan kan du oprette en kvanteprocessor

Takket være en enhed, der er i stand til at arbejde med kontinuerlige tilstande i stedet for kun at have to muligheder, er det muligt at overveje problemer, der hidtil var umulige at løse. Eller også løse aktuelle problemer på en hurtigere og mere effektiv måde. Alle disse muligheder åbnes med en kvantemaskine.

For at "kvantificere" molekylernes egenskaber skal vi bringe dem til temperaturer tæt på absolut nul.

For at opnå disse tilstande kan vi ikke bruge transistorer baseret på elektriske impulser, som i sidste ende vil være enten en 1 eller en 0. For at gøre dette, bliver vi nødt til at se nærmere, specifikt på kvantefysikens love. Vi bliver nødt til at sikre, at disse qubit, fysisk dannet af partikler og molekyler, er i stand til at gøre noget, der ligner hvad transistorer gør, det vil sige at etablere forhold mellem dem på en kontrolleret måde, så de tilbyder os den information, vi ønsker.

Dette er hvad der virkelig er kompliceret og det emne, man skal overvinde i kvanteberegning. For at "kvantificere" egenskaberne for molekylerne, der udgør processoren, skal vi bringe dem til temperaturer tæt på absolut nul (-273, 15 grader celsius). For at maskinen skal vide, hvordan man adskiller en tilstand fra en anden, er vi nødt til at gøre dem forskellige, for eksempel en strøm på 1 V og 2 V, hvis vi placerer en spænding på 1, 5 V, vil maskinen ikke vide, at den er den ene eller den anden. Og det er dette, der skal opnås.

Ulemper ved kvanteberegning

Den største ulempe ved denne teknologi er netop den ved at kontrollere disse forskellige tilstande, gennem hvilke materie kan passere. Med samtidige tilstande er det meget vanskeligt at udføre stabile beregninger ved hjælp af kvantealgoritmer. Dette kaldes kvante inkonsekvens, selvom vi ikke vil gå i unødvendige haver. Det, vi skal forstå, er, at jo flere qubits vi har flere tilstande, og jo større antallet af stater, desto mere hastighed har vi, men også sværere at kontrollere vil fejlene i de ændringer af materie, der opstår, være.

Endvidere siger normerne, der styrer disse kvante tilstande af atomer og partikler, at vi ikke vil være i stand til at observere beregningsprocessen, mens den finder sted, da hvis vi blander os i den, ville de overlejrede tilstande blive fuldstændigt ødelagt.

Kvantetilstander er ekstremt skrøbelige, og computere skal isoleres fuldstændigt under vakuum og ved temperaturer tæt på absolut nul for at opnå en fejlrate i størrelsesordenen 0, 1%. Enten producerer væskekøling sætte batterierne, eller vi løber tør for kvantecomputer til jul. På grund af alt dette vil der i det mindste på mellemlang sigt være kvantecomputere til brugere, måske kan der være et par af disse fordelt over hele verden under de krævede betingelser, og vi kan få adgang til dem via internettet.

applikationer

Med deres processorkraft vil disse kvanteprocessorer hovedsageligt blive brugt til videnskabelig beregning og til at løse tidligere uløselige problemer. Det første af anvendelsesområderne er muligvis kemi, netop fordi kvanteprocessoren er et element baseret på partikelkemi. Takket være dette kunne man undersøge kvantetilstandene i materien, i dag umulig at løse med konventionelle computere.

• Vi anbefaler at læse de bedste processorer på markedet

Efter dette kunne det have applikationer til undersøgelse af det humane genom, undersøgelse af sygdomme osv. Mulighederne er enorme, og kravene er reelle, så vi kan kun vente. Vi er klar til gennemgang af kvanteprocessoren!