▷ Що таке квантовий процесор і як він працює?

Вам може бути цікаво, що таке квантовий процесор і як він працює ? У цій статті ми поглибимось у цей світ і спробуємо дізнатися більше про цю дивну істоту, яка, можливо, одного дня стане частиною нашого прекрасного шасі RGB, кванта, звичайно.

Зміст індексу

Як і все в цьому житті, ти або адаптується, або помираєш. І саме те, що відбувається з технологією, відбувається не в межах мільйонів років, як живих істот, а в лічені роки чи місяці. Технологія просувається із запаморочливими темпами, і великі компанії постійно впроваджують інновації у своїх електронних компонентах. Більше енергії та менше споживання для охорони навколишнього середовища - це приміщення, які сьогодні модні. Ми дійшли до точки, коли мініатюризація інтегральних мікросхем майже досягає фізичної межі. Intel каже, що це буде 5 нм, крім того, що не буде діючого Закону Мура. Але ще одна цифра набирає сили, і це квантовий процесор. Незабаром ми починаємо пояснювати всі його переваги.

Якщо IBM є попередником, великі компанії, такі як Microsoft, Google, Intel і NASA, вже посилюються в боротьбі, щоб зрозуміти, хто може створити найнадійніший і потужний квантовий процесор. І це, безумовно, найближче майбутнє. Ми бачимо, що це за квантовий процесор

Чи потрібен нам квантовий процесор

Поточні процесори засновані на транзисторах. За допомогою комбінації транзисторів побудовані логічні ворота для обробки електричних сигналів, що проходять через них. Якщо ми приєднаємось до ряду логічних воріт, отримаємо процесор.

Тоді проблема полягає в його базовій одиниці, транзисторах. Якщо ми мініатюризуємо їх, ми можемо розмістити більше в одному місці, забезпечивши більшу потужність обробки. Але, звичайно, є все фізичне обмеження у всьому цьому, коли ми досягаємо настільки малих транзисторів, що вони є нанометрів, ми маємо проблеми з електронами, які циркулюють всередині них, щоб зробити це правильно. Існує ймовірність, що вони вислизнуть зі свого каналу, зіткнуться з іншими елементами всередині транзистора і спричинить зрив ланцюга.

І саме в цьому полягає проблема в тому, що ми зараз досягаємо межі безпеки та стабільності у виробництві процесорів із використанням класичних транзисторів.

Квантові обчислення

Перше, що ми повинні знати, - це що є квантовими обчисленнями, і це не просто пояснити. Ця концепція відходить від того, що ми знаємо сьогодні, як класичного обчислення, яке використовує біти, або двійкові стани електричного імпульсу "0" (0, 5 вольт) і "1" (3 вольта) для формування логічних ланцюгів обчислювальної інформації.

Шрифт Uza.uz

Квантові обчислення зі своєї сторони використовують термін кубіт або кубіт для позначення діючої інформації. Кубіт не тільки містить два стани, такі як 0 і 1, але він також може одночасно містити 0 і 1 або 1 і 0, тобто він може мати ці два стани одночасно. Це означає, що у нас немає елемента, який приймає дискретні значення 1 або 0, але, оскільки він може містити обидва стани, він має безперервний характер і всередині нього певні стани, які будуть більш і менш стабільними.

Чим більше кубітів, тим більше інформації може бути оброблено

Саме в здатності мати більше двох станів і мати кілька таких одночасно, полягає його сила. Ми можемо зробити більше обчислень одночасно і за менший час. Чим більше кубітів, тим більше інформації може бути оброблено, в цьому сенсі вона схожа на традиційні процесори.

Як працює квантовий комп'ютер

Операція заснована на квантових законах, які керують частинками, що утворюють квантовий процесор. Усі частинки крім протонів та нейтронів мають електрони. Якщо взяти мікроскоп і побачити потік частинок електронів, ми могли б побачити, що вони мають поведінку, подібну до поведінки хвиль. Що характеризує хвилю, це те, що це транспорт енергії без транспорту матерії, наприклад, звуку, це вібрації, які ми не можемо побачити, але ми знаємо, що вони мандрують повітрям, поки не доходять до наших вух.

Ну, електрони - це частинки, які здатні вести себе як частинка, або як хвиля, і саме це призводить до перекриття станів і одночасно можуть виникати 0 і 1. Наче проеціюються тіні предмета, під одним кутом ми знаходимо одну форму, а іншу іншу. Сполучення двох утворює форму фізичного об'єкта.

Отже, замість двох значень 1 або 0, які ми знаємо як біти, які засновані на електричних напругах, цей процесор здатний працювати з більшою кількістю станів, званих квантами. Квант, крім вимірювання мінімального значення, яке може приймати величина (наприклад, 1 вольт), також здатний вимірювати найменші можливі зміни, які може зазнати цей параметр при переході з одного стану в інший (наприклад, можливість диференціювати форму предмета за допомогою двох одночасних тіней).

Ми можемо мати 0, 1 і 0 і 1 одночасно, тобто біти, накладені один на одного

Щоб було зрозуміло, ми можемо мати 0, 1 і 0 і 1 одночасно, тобто біти, накладені один на одного. Чим більше кубітів, тим більше бітів ми можемо мати один над одним, і тоді більше значень ми можемо мати одночасно. Таким чином, в 3-бітовому процесорі нам доведеться виконувати завдання, які мають одне з цих 8 значень, але не більше одного за один раз. з іншого боку, для 3-кубітного процесора у нас буде частинка, яка може приймати вісім станів одночасно, і тоді ми зможемо виконувати завдання з восьми операцій одночасно

Щоб дати нам уявлення, найпотужніший процесорний блок, який коли-небудь створений, наразі має потужність 10 терафлопс або що таке ж 10 мільярдів операцій з плаваючою комою в секунду. 30-кубітний процесор міг би робити таку ж кількість операцій. У IBM вже є 50-бітний квантовий процесор, і ми все ще перебуваємо в експериментальній фазі цієї технології. Уявіть, як далеко ми можемо пройти, як ви бачите, продуктивність набагато вища, ніж у звичайного процесора. У міру збільшення кубітів квантового процесора операції, які він може виконувати, розмножуються експоненціально.

Як можна створити квантовий процесор

Завдяки пристрою, який здатний працювати з безперервними станами, а не мати лише дві можливості, можливо переосмислити проблеми, які до цього часу неможливо було вирішити. Або також вирішувати поточні проблеми більш швидким та ефективним способом. Усі ці можливості відкриваються за допомогою квантової машини.

Для «квантування» властивостей молекул ми повинні довести їх до температури, близької до абсолютного нуля.

Для досягнення цих станів ми не можемо використовувати транзистори, засновані на електричних імпульсах, які в кінцевому підсумку будуть або 1, або 0. Для цього нам доведеться вивчити далі, конкретно закони квантової фізики. Нам доведеться переконатися, що ці кубіти, фізично утворені частинками і молекулами, здатні зробити щось подібне до того, що роблять транзистори, тобто встановити зв’язки між ними контрольованим чином, щоб вони пропонували нам потрібну нам інформацію.

Це те, що справді складне, і предмет, який потрібно подолати в квантових обчисленнях. Для «квантування» властивостей молекул, що складають процесор, ми повинні довести їх до температури, близької до абсолютного нуля (-273, 15 градусів Цельсія). Щоб машина знала, як відрізняти один стан від іншого, нам потрібно зробити їх різними, наприклад, струм 1 В і 2 В, якщо ми поставимо напругу 1, 5 В, машина не буде знати, що це той чи інший. І саме цього треба досягти.

Недоліки квантових обчислень

Основним недоліком цієї технології є саме управління цими різними станами, через які матерія може пройти. При одночасних станах дуже важко виконати стабільні обчислення, використовуючи квантові алгоритми. Це називається квантовою непослідовністю, хоча ми не підемо у зайві сади. Що ми маємо розуміти, це те, що чим більше кубітів у нас буде більше станів, і чим більша кількість станів, тим більша швидкість ми матимемо, але також складніше контролювати будуть помилки в зміні речовини, що відбуваються.

Крім того, правила, що керують цими квантовими станами атомів і частинок, говорять про те, що ми не зможемо спостерігати за процесом обчислень, поки він відбувається, оскільки, якщо ми будемо втручатися в нього, накладені стани були б повністю знищені.

Квантові стани надзвичайно крихкі, і комп'ютери повинні бути повністю ізольованими під вакуумом і при температурі, близькій до абсолютного нуля, щоб досягти частоти помилок порядку 0, 1%. Або виробники рідкого охолодження ставлять акумулятори, або у нас закінчується квантовий комп'ютер на Різдво. Завдяки всьому цьому, принаймні в середньостроковій перспективі з'являться квантові комп’ютери для користувачів, можливо, їх може бути кілька, поширюваних по всьому світу в необхідних умовах, і ми можемо отримати доступ до них через Інтернет.

Використання

Завдяки своїй потужності обробки ці квантові процесори будуть використовуватися в основному для наукового розрахунку та вирішення раніше нерозв'язних задач. Перша з областей застосування - це, можливо, хімія саме тому, що квантовий процесор є елементом, заснованим на хімії частинок. Завдяки цьому можна було б вивчити квантові стани речовини, які сьогодні неможливо вирішити звичайними комп'ютерами.

• Ми рекомендуємо прочитати найкращі процесори на ринку

Після цього він міг мати додатки для вивчення геному людини, дослідження захворювань тощо. Можливості величезні, а претензії реальні, тому ми можемо лише чекати. Ми будемо готові до огляду квантового процесора!