▷ Ce este un procesor cuantic și cum funcționează?

Este posibil să vă întrebați ce este un procesor cuantic și cum funcționează ? În acest articol ne vom adânci în această lume și vom încerca să aflăm mai multe despre această ființă ciudată, care poate că într-o zi va face parte din șasiul nostru frumos RGB, cuant, desigur.

Indice de conținut

Ca orice în această viață, fie te adaptezi, fie mori. Și este exact ceea ce se întâmplă cu tehnologia și nu tocmai într-o gamă de milioane de ani ca ființe vii, ci într-o chestiune de ani sau luni. Tehnologia avansează într-un ritm amețitor, iar companiile mari inovează constant în componentele lor electronice. Mai multă energie și mai puțin consum pentru a proteja mediul sunt premisele care sunt la modă astăzi. Am ajuns într-un punct în care miniaturizarea circuitelor integrate ajunge aproape la limita fizică. Intel spune că va fi 5 nm, dincolo de faptul că nu va exista Legea lui Moore valabilă. Dar o altă cifră câștigă forță și este procesorul cuantic. În curând vom începe să explicăm toate beneficiile sale.

Cu IBM ca precursor, companii importante precum Microsoft, Google, Intel și NASA sunt deja încurajate într-o luptă pentru a vedea cine poate construi cel mai fiabil și puternic procesor cuantic. Și este cu siguranță viitorul apropiat. Vedem despre ce este vorba acest procesor cuantic

Avem nevoie de un procesor cuantic

Procesoarele actuale se bazează pe tranzistoare. Folosind o combinație de tranzistoare, porțile logice sunt construite pentru a procesa semnalele electrice care curg prin ele. Dacă alăturăm o serie de porți logice vom obține un procesor.

Problema este apoi în unitatea sa de bază, tranzistoarele. Dacă le miniaturizăm, putem plasa mai multe într-un singur loc, oferind mai multă putere de procesare. Dar, desigur, există o limită fizică la toate acestea, atunci când ajungem la tranzistoare atât de mici încât sunt de ordinul nanometrelor, ne aflăm cu probleme pentru ca electronii care circulă în interiorul lor să o facă corect. Există posibilitatea ca acestea să alunece din canalul lor, să se ciocnească cu alte elemente din tranzistor și să producă defecțiuni ale lanțului.

Și tocmai aceasta este problema, că în prezent atingem limita de siguranță și stabilitate pentru fabricarea procesoarelor folosind tranzistoare clasice.

Calcularea cuantică

Primul lucru pe care trebuie să-l cunoaștem este ce este calculul cuantic și nu este ușor de explicat. Acest concept se îndepărtează de ceea ce cunoaștem astăzi drept calcul clasic, care folosește biți sau stări binare de „0” (0, 5 volți) și „1” (3 volți) dintr-un impuls electric pentru a forma lanțuri logice de informații computabile.

Font Uza.uz

Calculul cuantic din partea sa folosește termenul qubit sau cubit pentru a se referi la informații acționabile. Un qubit nu numai că conține două stări precum 0 și 1, dar este, de asemenea, capabil să conțină simultan 0 și 1 sau 1 și 0, adică poate avea aceste două stări în același timp. Aceasta implică faptul că nu avem un element care să ia valori discrete 1 sau 0, dar, întrucât poate conține ambele stări, are o natură continuă și în cadrul acesteia, anumite stări care vor fi din ce în ce mai puțin stabile.

Cu cât mai multe butoane cu atât mai multe informații pot fi procesate

Este exact puterea sa de a avea mai mult de două state și de a avea mai multe dintre acestea în același timp. Este posibil să putem face mai multe calcule simultan și în mai puțin timp. Cu cât mai multe butoane cu atât mai multe informații pot fi procesate, în acest sens sunt similare cu procesoarele tradiționale.

Cum funcționează un computer cuantic

Operația se bazează pe legile cuantice care guvernează particulele care formează procesorul cuantic. Toate particulele au electroni în plus față de protoni și neutroni. Dacă luăm un microscop și ajungem să vedem un flux de particule de electroni, am putea vedea că acestea au un comportament similar cu cel al undelor. Ceea ce caracterizează o undă este că este un transport de energie fără transportul de materie, de exemplu, sunet, sunt vibrații pe care nu le putem vedea, dar știm că acestea călătoresc prin aer până ajung la urechile noastre.

Ei bine, electronii sunt particule care sunt capabile să se comporte fie ca o particulă, fie ca o undă, iar acest lucru provoacă suprapunerea statelor și în același timp pot apărea 0 și 1. Este ca și cum s-ar proiecta umbrele unui obiect, într-un unghi găsim o formă și alta. Conjuncția celor două formează forma obiectului fizic.

Deci, în loc de două valori 1 sau 0 pe care le cunoaștem ca biți, care se bazează pe tensiuni electrice, acest procesor este capabil să funcționeze cu mai multe stări numite quanta. O cuantă, pe lângă măsurarea valorii minime pe care o poate lua o mărime (de exemplu, 1 volt), este de asemenea capabilă să măsoare cea mai mică variație posibilă pe care acest parametru o poate experimenta atunci când trece de la o stare la alta (de exemplu, să poată diferenția forma a unui obiect prin intermediul a două umbre simultane).

Putem avea 0, 1 și 0 și 1 în același timp, adică biți suprapuse unul peste altul

Pentru a fi clar, putem avea 0, 1 și 0 și 1 în același timp, adică biți suprapuse unul peste altul. Cu cât mai multe qubits, cu atât mai mulți biți putem avea unul peste altul și apoi mai multe valori putem avea simultan. În acest fel, într-un procesor pe 3 biți, va trebui să facem sarcini care să aibă una dintre aceste 8 valori, dar nu mai mult de una câteodată. pe de altă parte, pentru un procesor cu 3 qubit vom avea o particulă care poate lua opt stări simultan și atunci vom putea face sarcini cu opt operații simultan

Pentru a ne face o idee, cea mai puternică unitate de procesare creată vreodată are o capacitate de 10 teraflops sau ceea ce reprezintă aceleași operațiuni cu 10 miliarde de puncte flotante pe secundă. Un procesor de 30 de qubit ar putea face același număr de operații. IBM are deja un procesor cuantic de 50 de biți și suntem încă în faza experimentală a acestei tehnologii. Imaginați-vă cât de departe putem ajunge, deoarece puteți vedea performanța este mult mai mare decât într-un procesor normal. Pe măsură ce debitele unui procesor cuantic cresc, operațiile pe care le poate efectua se înmulțesc exponențial.

Cum puteți crea un procesor cuantic

Datorită unui dispozitiv care este capabil să funcționeze cu stări continue, în loc să aibă doar două posibilități, este posibil să regândiți probleme care până acum erau imposibil de rezolvat. Sau, de asemenea, rezolvați problemele actuale într-un mod mai rapid și mai eficient. Toate aceste posibilități sunt deschise cu o mașină cuantică.

Pentru a „cuantifica” proprietățile moleculelor, trebuie să le aducem la temperaturi aproape de zero absolut.

Pentru a atinge aceste stări, nu putem folosi tranzistoarele bazate pe impulsuri electrice, care până la urmă vor fi 1 sau 0. Pentru a face acest lucru, va trebui să analizăm mai departe legile fizicii cuantice. Va trebui să ne asigurăm că aceste qubit, formate fizic din particule și molecule, sunt capabile să facă ceva similar cu ceea ce fac tranzistorii, adică să stabilească relații între ele într-un mod controlat, astfel încât să ne ofere informațiile pe care le dorim.

Aceasta este ceea ce este cu adevărat complicat și subiectul de depășit în calculul cuantic. Pentru a „cuantifica” proprietățile moleculelor care compun procesorul, trebuie să le aducem la temperaturi apropiate de zero absolut (-273, 15 grade Celsius). Pentru ca mașina să știe să diferențieze o stare de alta, trebuie să le facem diferite, de exemplu, un curent de 1 V și 2 V, dacă plasăm o tensiune de 1, 5 V, mașina nu va ști că este una sau alta. Și aceasta este ceea ce trebuie realizat.

Dezavantaje ale calculării cuantice

Principalul dezavantaj al acestei tehnologii este tocmai acela de a controla aceste stări diferite prin care materia poate trece. Cu stări simultane, este foarte dificil să se efectueze calcule stabile utilizând algoritmi cuantici. Aceasta se numește inconsecvență cuantică, deși nu vom intra în grădini inutile. Ceea ce trebuie să înțelegem este faptul că, cu cât mai multe qubits vom avea mai multe stări și cu cât este mai mare numărul de state, cu atât vom avea mai multă viteză, dar și mai dificil de controlat vor fi erorile din schimbările de materie care apar.

Mai mult, normele care guvernează aceste stări cuantice de atomi și particule spun că nu vom putea observa procesul de calcul în timp ce acesta are loc, deoarece, dacă am interveni în el, stările suprapuse ar fi complet distruse.

Stările cuantice sunt extrem de fragile, iar calculatoarele trebuie izolate complet sub vid și la temperaturi apropiate de zero absolut pentru a obține o rată de eroare de ordinul 0, 1%. Fie producătorii de răcire lichidă pun bateriile, fie rămânem fără computer pentru Crăciun. Datorită tuturor acestor lucruri, cel puțin pe termen mediu vor exista computere cuantice pentru utilizatori, poate că există câteva dintre acestea distribuite în întreaga lume în condițiile cerute și le putem accesa prin internet.

aplicații

Odată cu puterea lor de procesare, aceste procesoare cuantice vor fi utilizate în principal pentru calculul științific și pentru rezolvarea problemelor nesolvabile anterior. Prima dintre domeniile de aplicare este posibil chimia, tocmai pentru că procesorul cuantic este un element bazat pe chimia particulelor. Datorită acestui fapt, am putut studia stările cuantice ale materiei, astăzi imposibil de rezolvat de calculatoarele convenționale.

• Vă recomandăm să citiți cele mai bune procesoare de pe piață

După aceasta, ar putea avea aplicații pentru studiul genomului uman, investigarea bolilor etc. Posibilitățile sunt uriașe și pretențiile sunt reale, așa că nu putem decât să așteptăm. Vom fi gata pentru revizuirea procesorului cuantic!