Das Konzept und das Prinzip der Arbeit eines Quantencomputers

Das Thema eines Quantencomputer. Neue Begriffe brachen in einen Informationsstrom ein und nun nicht weniger gut als künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen. Obwohl die Forschung für nicht das erste Jahrzehnt durchgeführt wurde, war sie in Bezug auf die Entwicklungen besonders fruchtbar und die Reichen für Veranstaltungen waren letztes Jahr, als IBM der Welt den ersten kommerziellen Quantencomputer zeigte, und Google kündigte die Erreichung der Quantenüberlegenheit an.

Revolutionäre Entdeckungen in der modernen Physik, die eine neue Entwicklung von Computertechnologien sicherstellten, kann die Welt ohne Übertreibung verändern und mit ordnungsgemäßer Verwendung enorme Vorteile der Menschheit bringen. Wenn Sie an diesem Thema interessiert sind und verstehen möchten, was Quantencomputer sind, nach welchem ​​Prinzip sie arbeiten und warum sie überhaupt benötigt werden, werden wir in diesem Material so klar wie möglich darüber sprechen, ohne sich mit der Quantenstudie zu befassen Mechanik und Struktur der Quantenwelt.

Was ist ein Quantencomputer

Heute gibt es bereits Zweifel, ob es einen Quantencomputer gibt, es gibt keine. Wenn es bis vor kurzem nur die Frucht der Fantasie der Wissenschaftler wäre, ist er jetzt ein völlig greifbares Objekt geworden, und wir können sehen, wie die praktische Implementierung des Systems aussieht.

Wenn Sie einfach sprechen, was ein Quantencomputer ist, ist dies ein Mittel der Computertechnologie, das die Gesetze der Quantenmechanik in seiner Arbeit verwendet. Die Maschine führt bestimmte Aufgaben effizienter aus als ein einfacher Computer, der Daten in Bits speichert.

KK verwendet Quantenalgorithmen, die Effekte wie Überlagerung und Quantenverwirrung verwenden. Für Berechnungen werden Würfel (Quantenpartikel) verwendet, die sich gleichzeitig unter zwei Bedingungen befinden können. Das heißt, wenn das Bit einen von zwei möglichen Werten akzeptiert- 0 oder 1, ist der Würfel gleichzeitig sowohl 0 als auch 1, wodurch der KC tausende Male schneller als üblich verarbeitet und mathematische Aufgaben ausgeführt werden kann. Er muss die Kombinationen nicht wie er, einschließlich eines Supercomputers, eines Quantensystems, aussortieren. Die Antwort wird durch Blitzgeschwindigkeit berechnet. Diese Möglichkeiten eröffnen den Weg zur Lösung von Problemen, die heute unmöglich sind oder große Zeitkosten erfordern.

Die Geschichte der Schaffung von Computern der neuen Generation stammt aus dem Jahr 1981, als sie zum ersten Mal über die Verwendung von Quantensystemen für Berechnungen sprachen. Dann war es noch weit von der physischen Implementierung entfernt, der erste Arbeitsalgorithmus für das KK erschien erst 1994, und die erste 2-Kubikmaschine wurde 1998 an der University of California in Berkeley gegründet. Seit Jahrzehnten werden experimentelle Stichproben von Wissenschaftlern aus verschiedenen Ländern erstellt, aber IBM und Google haben die größten Erfolge in diesem Bereich erzielt.

Das Rennen der führenden Unternehmen ist in vollem Gange. Im Juni 2020 erhielt Honeywell eine Nachricht, dass der leistungsstärkste Quantencomputer für heute erstellt wurde. Das Unternehmen behauptet, dass das erstellte Gerät in wenigen Minuten die Lösungsaufgaben doppelt so stark ist wie IBM und Google Quantum Systems, für die gewöhnliche Computer Jahrtausende benötigen würden. Die Entwicklung von Honeywell ist beeindruckend mit einem Rekordleistungsindikator für 64 Quantenvolumina. Der Kern des Systems ist eine Stahlkugel von der Größe eines Basketballs, gekühlt mit flüssigem Helium auf eine Temperatur von -262,7 ° C. Es enthält Fallen von Ionen, die aus Atomen gebildet werden, sie stoppen die Bewegung unter dem Einfluss niedriger Temperaturen und werden durch Laserimpulse gesteuert.

Warum brauchen Sie einen Quantencomputer?

Eine schnelle Verarbeitung großer Datenarrays mit neuen Technologien kann dazu beitragen, viele Probleme zu lösen und eine Vielzahl von Bereichen zu beeinflussen. Zum Beispiel wird der KC in nur wenigen Sekunden mit der Zersetzung von Zahlen fertig werden, die aus einer großen Anzahl von Anzeichen bestehen, für einfache Faktoren (der Prozess selbst ist nicht kompliziert, erfordert jedoch große Zeitkosten. Hier basiert die moderne Kryptographie) und auch eine Reihe ähnlicher Probleme lösen. Darüber hinaus eignet sich die Technologie auch für die Modellierung schwieriger Situationen, einschließlich der Berechnung der physikalischen Eigenschaften von Elementen auf molekularer Ebene.

Die Hauptanwendungsbereiche von Quantencomputern:

• globale Optimierung;
• Modellierung von DNA -Molekülen;
• Schaffung neuer Materialien;
• Schaffung von Drogen;
• Verbesserung des maschinellen Lernens;
• Aufgaben der Kryptographie und Verschlüsselung (einschließlich Hacking -Verschlüsselungsalgorithmen und Zugriff auf alle Informationen).

Zu diesem Zeitpunkt unterscheiden sich Quantencomputer durch die Komplexität der Produktion und Instabilität der Arbeit, so dass es so weit möglich ist, nur Hochleistungssysteme zu entwickeln, für einen einzelnen Algorithmus eingesperrt und für einen sehr engen Aufgabenkreis ausgelegt ist.

Was ist der Unterschied zwischen einem Quantencomputer von einem regulären

Seit dem Konzept der „Quantenberechnungen“ 30 Jahre lang ermöglichte wissenschaftliche Entwicklungen Rechensysteme dieses Typs, obwohl sie für einen gewöhnlichen Benutzer nicht zugänglich sind. Quantencomputer basieren auf einem einzigartigen Verhalten, das sich grundlegend von der Arbeit von Standardautomaten für uns unterscheidet und von der Quantenmechanik beschrieben wird.

Geräte können in Sekundenschnelle mathematische Probleme lösen. Laut Google hat die Sycamore Quantenmaschine mehr als drei Minuten Berechnungen abgeschlossen, über die der Standard -Supercomputer 10.000 Jahre lang eingestuft hätte - dies wird als lauter Begriff "Quantenüberlegenheit" bezeichnet.

Der übliche Computer, mit dem jede moderne Person bekannt ist, sowie ein Smartphone, ein Tablet oder ein Laptop, Informationen in Bits, die den Wert von 0 oder 1 akzeptieren, und Sie können alle Informationen vorlegen, sei es Text oder Bild sein, Seins und Elemente sein und Einheiten. Der grundlegende Unterschied und den Vorteil des Quantencomputers in der verwendeten Betriebseinheit, als Cube (oder Quantenbit) bezeichnet. Kubit kann in einem Zustand der Unsicherheit sein, mit anderen Worten, gleichzeitig in verschiedenen Zuständen, durch Analogie zur Katze von Schrödinger (Überlagerungsphänomen).

Der Quantencomputer ist um ein Vielfaches schneller und leistungsfähiger als gewöhnlich, obwohl er für die meisten alltäglichen Aufgaben nicht geeignet ist, da sein Betriebsprinzip sehr unterschiedlich sein wird.

Wie ist ein Computer der Zukunft?

Lassen Sie uns nun ausführlicher betrachten, aus welchem ​​Hoch -Tech -System besteht. Wie wir bereits gefunden haben. Gleichzeitig hängen die Quantenpartikel von der Messung ab, was bedeutet, dass die mangelnden Informationen über den Würfel bis zum Moment seiner Messung fehlen. Der Messprozess beeinflusst auch den Wert des Quantenbits, was seltsam erscheinen mag, dies ist jedoch genau der Fall der Fall.

Dank dieser Eigenschaft der Würfel (gleichzeitiger Aufenthalt unter allen Bedingungen) überwindet der Computer, bis das Teilchen gemessen wurde, die wahrscheinlichen Lösungsoptionen aufgrund der verfügbaren Verbindung zwischen den Würfel sofort. Somit ist die Entscheidung so schnell wie die anfänglichen Daten bekannt, dh die Überlagerung bestimmt die Parallelität der Berechnungen, die die Funktionsweise der Algorithmen zuweilen beschleunigt.

Das Gerät des Quantencomputers umfasst:

• Computer verwalten;
• Impulsgenerator, der die Würfel beeinflusst;
• Staatsregister;
• CPU;
• Kubet -Messvorrichtung.

Um zwischen Atomen zu arbeiten, wird eine Quantenverbindung bereitgestellt, und je mehr die Würfel bilden, desto geringer wird die Stabilität des Systems sein. Für die Quantenüberlegenheit über einem Standardcomputer benötigt es mindestens 49 Würfel, und in diesem Fall ist die Stabilität des Systems bereits in Frage gestellt. Wenn zahlreiche Abhängigkeiten erzeugt werden, können alle externen Einflüsse sie beeinflussen.

Aufgrund der Fragilität der KC -Beziehungen, bestehend aus mehreren Hauptstufen, umfasst die Kühlung von Atomen auf nahezu absolutes Null, wodurch Sie vor externen Prozessen schützen können, aus diesem Grund das Gerät mit dem Schutz des Quantenprozessors ein großes Volumen einnimmt Raum.

Das Operationsprinzip des KK

Das übliche Schema der Arbeiten von Computern, Laptops, Smartphones oder Tablets unter Verwendung des digitalen Prinzips basiert auf der Verwendung klassischer Algorithmen, die sich radikal vom Betriebsprinzip des Quantencomputers unterscheiden. Ein regulärer Computer zeigt also dasselbe Ergebnis, unabhängig davon, wie oft die Berechnung ausführen, die Optionen nacheinander berechnet werden.

Der Quantencomputer verwendet ein völlig anderes - probabilistisches Betriebsprinzip. In gewissem Sinne enthält das System bereits alle möglichen Lösungen. Das Ergebnis von Berechnungen ist die wahrscheinlichste Antwort und nicht eindeutig, während jeder nachfolgende Start des Quantenalgorithmus die Wahrscheinlichkeit, die richtige Antwort zu erhalten richtige Entscheidung, zum Beispiel den Verschlüsselungsschlüssel.

In Quantensystemen, die Würfel in ihrer Arbeit verwenden, wächst sie exponentiell und die Anzahl der gleichzeitig verarbeiteten Werte.

Wenn Sie darüber sprechen, wie der Quantencomputer funktioniert, ist es erwähnenswert, die Verbindung von Würfeln zu erwähnen. In Gegenwart mehrerer Würfel im System bedeutet eine Änderung in einem auch eine Änderung des Restes der Partikel. Die Rechenleistung wird durch parallele Berechnungen erreicht.

Trotz millionenschwerer Investitionen entwickeln sich Quantum -Technologien ziemlich langsam. Dies ist auf eine große Anzahl von Schwierigkeiten zurückzuführen, auf die Wissenschaftler im Forschungsprozess begegnen mussten, einschließlich der Notwendigkeit, Sarkophagen mit niedrigemperaturen mit maximaler Isolierung der Kamera mit einem Prozessor aus möglichen externen Einflüssen aufzubauen. Darüber hinaus haben Forscher die Aufgabe, Fehler zu lösen.

Die Konstruktion stabiler Systeme ist auch weit vom Ideal entfernt. Bei der Implementierung eines Quantencomputers auf physischer Ebene werden mehrere Lösungen mit verschiedenen Technologien verwendet. Die Schaffung eines vollständigen universellen Quantencomputers ist also noch in der Zukunft, obwohl er nicht vor fünf Jahren schien. Die größten Unternehmen wie IBM, Google, Intel und Microsoft sind in der Gründung beteiligt, die einen großen Beitrag zur Entwicklung von Technologie sowie einige Staaten geleistet haben, für die dieses Problem von strategischer Bedeutung ist.