▷ Hva er en kvanteprosessor og hvordan fungerer den?

Du lurer kanskje på hva som er en kvanteprosessor, og hvordan fungerer den ? I denne artikkelen vil vi fordype oss i denne verden og prøve å lære mer om dette rare vesenet som kanskje en dag vil være en del av vårt vakre RGB-chassis, selvfølgelig kvantum.

Innholdsindeks

Som alt i dette livet, tilpasser du deg eller dør. Og det er nettopp det som skjer med teknologi og ikke nettopp i en rekke millioner år som levende vesener, men i løpet av år eller måneder. Teknologien utvikler seg i et svimlende tempo, og store selskaper nyter stadig inn elektroniske komponenter. Mer kraft og mindre forbruk for å beskytte miljøet er lokalene som er fasjonable i dag. Vi har nådd et punkt hvor miniatyriseringen av integrerte kretsløp nesten når den fysiske grensen. Intel sier det vil være 5nm, utover at det ikke vil være noen gyldig Moore's Law. Men et annet tall får styrke, og det er kvanteprosessoren. Snart begynner vi å forklare alle fordelene.

Med IBM som forløper er store selskaper som Microsoft, Google, Intel og NASA allerede innblandet i en kamp for å se hvem som kan bygge den mest pålitelige og kraftigste kvanteprosessoren. Og det er helt sikkert den nærmeste fremtiden. Vi ser hva denne kvanteprosessoren handler om

Trenger vi en kvanteprosessor

De nåværende prosessorene er basert på transistorer. Ved hjelp av en kombinasjon av transistorer er logiske porter bygget for å behandle de elektriske signalene som strømmer gjennom dem. Hvis vi blir med i en serie logiske porter, vil vi skaffe en prosessor.

Problemet ligger da i dens grunnleggende enhet, transistorene. Hvis vi minimerer disse, kan vi plassere flere på ett sted, og gi mer prosessorkraft. Men selvfølgelig er det en fysisk grense for alt dette, når vi når transistorer så små at de er i størrelsesorden nanometer, finner vi problemer for elektronene som sirkulerer inni dem for å gjøre det riktig. Det er en mulighet for at disse vil gli ut av kanalen deres, kollidere med andre elementer i transistoren og forårsake kjedefeil.

Og dette er nettopp problemet, at vi for øyeblikket når grensen for sikkerhet og stabilitet for å produsere prosessorer ved bruk av klassiske transistorer.

Kvanteberegning

Det første vi må vite er hva som er kvanteberegning, og det er ikke lett å forklare. Dette konseptet avviker fra det vi i dag kjenner som klassisk databehandling, som bruker biter, eller binære tilstander med "0" (0, 5 volt) og "1" (3 volt) av en elektrisk impuls for å danne logiske kjeder av beregbar informasjon.

Uza.uz font

Kvanteberegning bruker på sin side begrepet kvbit eller alen for å referere til handlingsrik informasjon. En kvbit inneholder ikke bare to tilstander som 0 og 1, men den kan også inneholde 0 og 1 eller 1 og 0, det vil si at den kan ha disse to tilstandene samtidig. Dette innebærer at vi ikke har et element som tar diskrete verdier 1 eller 0, men siden det kan inneholde begge tilstander, har det en kontinuerlig karakter og innenfor det er visse tilstander som vil være mer og mindre stabile.

Jo flere qubits, mer informasjon kan behandles

Nettopp i evnen til å ha mer enn to stater og å ha flere av disse samtidig, ligger dens makt. Vi kan kanskje gjøre flere beregninger samtidig og på kortere tid. Jo flere qubits, mer informasjon kan behandles, i denne forstand ligner den på tradisjonelle CPU-er.

Hvordan en kvantecomputer fungerer

Operasjonen er basert på kvantelovene som styrer partiklene som danner kvanteprosessoren. Alle partikler har elektroner i tillegg til protoner og nøytroner. Hvis vi tar et mikroskop og får se en strøm av elektronpartikler, kunne vi se at de har en oppførsel som den som bølger. Det som kjennetegner en bølge er at det er en transport av energi uten transport av materie, for eksempel lyd, de er vibrasjoner som vi ikke kan se, men vi vet at de reiser gjennom luften til de når ørene våre.

Vel, elektroner er partikler som er i stand til å oppføre seg enten som en partikkel eller som en bølge, og det er dette som får tilstander til å overlappe hverandre og 0 og 1 kan oppstå på samme tid. Det er som om skyggene til et objekt ble projisert, i en vinkel finner vi en form og en annen en annen. Konstruksjonen av de to danner formen til det fysiske objektet.

Så i stedet for to verdier 1 eller 0 som vi kjenner som biter, som er basert på elektriske spenninger, er denne prosessoren i stand til å jobbe med flere tilstander som kalles kvanta. Et kvantum, i tillegg til å måle minimumsverdien som en størrelsesorden kan ta (for eksempel 1 volt), er også i stand til å måle den minste mulige variasjonen som denne parameteren kan oppleve når den går fra en tilstand til en annen (for eksempel å kunne differensiere formen av et objekt ved hjelp av to samtidige skygger).

Vi kan ha 0, 1 og 0 og 1 på samme tid, det vil si biter som er lagt over hverandre

For å være tydelig, kan vi ha 0, 1 og 0 og 1 samtidig, det vil si biter som er lagt over hverandre. Jo flere qubits, jo flere biter kan vi ha oppå hverandre og så flere verdier vi kan ha samtidig. På denne måten, i en 3-bits prosessor, må vi gjøre oppgaver som har en av disse 8 verdiene, men ikke mer enn én om gangen. på den annen side, for en 3 qubit prosessor vil vi ha en partikkel som kan ta åtte tilstander om gangen, og så vil vi kunne gjøre oppgaver med åtte operasjoner samtidig

For å gi oss en ide, har den kraftigste prosessorenheten noensinne opprettet en kapasitet på 10 teraflops eller hva er de samme 10 milliardene flytende punktoperasjoner per sekund. En 30-kbit prosessor vil kunne utføre samme antall operasjoner. IBM har allerede en 50-bits kvanteprosessor, og vi er fortsatt i eksperimentell fase av denne teknologien. Tenk hvor langt vi kan gå, siden du kan se at ytelsen er mye høyere enn i en vanlig prosessor. Når kvbittene til en kvanteprosessor øker, multipliserer operasjonene den kan utføre eksponentielt.

Hvordan kan du lage en kvanteprosessor

Takket være et apparat som er i stand til å arbeide med kontinuerlige tilstander i stedet for bare å ha to muligheter, er det mulig å tenke nytt om problemer som til nå var umulige å løse. Eller også løse aktuelle problemer på en raskere og mer effektiv måte. Alle disse mulighetene åpnes med en kvantemaskin.

For å "kvantifisere" molekylenes egenskaper, må vi føre dem til temperaturer nær absolutt null.

For å oppnå disse tilstandene, kan vi ikke bruke transistorer basert på elektriske impulser som til slutt vil være enten en 1 eller en 0. For å gjøre dette, må vi se nærmere, nærmere bestemt på kvantefysikkens lover. Vi må sørge for at disse qubit fysisk dannet av partikler og molekyler er i stand til å gjøre noe som ligner det transistorer gjør, det vil si for å etablere forhold mellom dem på en kontrollert måte, slik at de tilbyr oss den informasjonen vi ønsker.

Dette er hva som er virkelig komplisert og emnet å overvinne i kvanteberegning. For å "kvantifisere" egenskapene til molekylene som utgjør prosessoren, må vi bringe dem til temperaturer nær absolutt null (-273, 15 grader celsius). For at maskinen skal vite hvordan man skiller en tilstand fra en annen, må vi gjøre dem forskjellige, for eksempel en strøm på 1 V og 2 V, hvis vi setter en spenning på 1, 5 V, vil ikke maskinen vite at den er den ene eller den andre. Og det er dette som må oppnås.

Ulemper ved kvanteberegning

Den største ulempen med denne teknologien er nettopp den ved å kontrollere disse forskjellige tilstandene som materien kan passere gjennom. Med samtidige tilstander er det veldig vanskelig å utføre stabile beregninger ved bruk av kvantealgoritmer. Dette kalles kvante inkonsekvens, selv om vi ikke vil gå inn i unødvendige hager. Det vi må forstå er at jo flere qubits vi vil ha flere stater, og jo større antall stater jo mer hastighet vi vil ha, men også vanskeligere å kontrollere vil være feilene i endringene av materien som oppstår.

Videre sier normene som styrer disse kvantetilstandene for atomer og partikler at vi ikke vil være i stand til å observere beregningsprosessen mens den finner sted, siden hvis vi blander oss inn i den, vil de overliggende tilstandene bli fullstendig ødelagt.

Kvantetilstander er ekstremt skjøre, og datamaskiner må være fullstendig isolert under vakuum og ved temperaturer nær absolutt null for å oppnå en feilrate i størrelsesorden 0, 1%. Enten produserer væskekjøling batteriene, eller så går vi tom for kvantecomputer til jul. På grunn av alt dette vil det i det minste på mellomlang sikt være kvantedatamaskiner for brukere, kanskje det kan være noen få av disse distribuert over hele verden under de nødvendige forhold, og vi kan få tilgang til dem via internett.

søknader

Med sin prosessorkraft vil disse kvanteprosessorene hovedsakelig brukes til vitenskapelig beregning og til å løse tidligere uløselige problemer. Det første av anvendelsesområdene er muligens kjemi, nettopp fordi kvanteprosessoren er et element basert på partikkelkjemi. Takket være dette kunne man studere kvantetilstandene i saken, i dag umulig å løse av konvensjonelle datamaskiner.

• Vi anbefaler å lese de beste prosessorene på markedet

Etter dette kan det ha applikasjoner for undersøkelse av det menneskelige genom, utredning av sykdommer, etc. Mulighetene er enorme og påstandene er reelle, så vi kan bare vente. Vi vil være klare for gjennomgang av kvanteprosessoren!