▷ Vad är en kvantprocessor och hur fungerar den?

Du undrar kanske vad som är en kvantprocessor och hur fungerar det ? I den här artikeln kommer vi att fördjupa denna värld och försöka lära oss mer om denna konstiga varelse som kanske en dag kommer att vara en del av vårt vackra RGB-chassi, naturligtvis kvant.

Innehållsindex

Liksom allt i detta liv, anpassar du dig eller dör. Och det är exakt vad som händer med teknik och inte exakt inom en rad miljoner år som levande varelser, utan inom några år eller månader. Teknologin utvecklas i en svimlande takt och stora företag innoverar ständigt i sina elektroniska komponenter. Mer kraft och mindre förbrukning för att skydda miljön är de lokaler som är moderna idag. Vi har nått en punkt där miniatyriseringen av integrerade kretsar nästan når den fysiska gränsen. Intel säger att det kommer att vara 5nm, utöver att det inte kommer att finnas någon giltig Moore's Law. Men en annan siffra får styrka, och det är kvantprocessorn. Snart börjar vi förklara alla dess fördelar.

Med IBM som föregångare är stora företag som Microsoft, Google, Intel och NASA redan inbäddade i en kamp för att se vem som kan bygga den mest pålitliga och kraftfulla kvantprocessorn. Och det är säkert en nära framtid. Vi ser vad denna kvantprocessor handlar om

Behöver vi en kvantprocessor

De nuvarande processorerna är baserade på transistorer. Med hjälp av en kombination av transistorer är logiska grindar byggda för att bearbeta de elektriska signalerna som strömmar genom dem. Om vi ​​går med i en serie logiska grindar kommer vi att få en processor.

Problemet är då i dess basenhet, transistorerna. Om vi ​​miniatyriserar dessa kan vi placera mer på ett ställe och ge mer processorkraft. Men naturligtvis finns det en fysisk gräns för allt detta, när vi når transistorer så små att de är i storleksordningen nanometer, hittar vi problem för elektronerna som cirkulerar inuti dem för att göra det korrekt. Det finns en möjlighet att dessa kommer att glida ut ur sin kanal, kollidera med andra element i transistorn och orsaka kedjefel.

Och detta är just problemet, att vi för närvarande når gränsen för säkerhet och stabilitet för att tillverka processorer med klassiska transistorer.

Kvantberäkning

Det första vi måste veta är vad som är kvantberäkning, och det är inte lätt att förklara. Detta koncept avviker från vad vi idag känner som klassisk beräkning, som använder bitar, eller binära tillstånd av "0" (0, 5 volt) och "1" (3 volt) av en elektrisk impuls för att bilda logiska kedjor av beräkningsbar information.

Uza.uz-teckensnitt

Kvantberäkning för sin del använder termen qubit eller cubit för att hänvisa till handlingsbar information. En kvbit innehåller inte bara två tillstånd som 0 och 1 utan den kan också samtidigt innehålla 0 och 1 eller 1 och 0, det vill säga den kan ha dessa två tillstånd samtidigt. Detta innebär att vi inte har ett element som tar diskreta värden 1 eller 0, men eftersom det kan innehålla båda tillstånden har det en kontinuerlig karaktär och inom det, vissa tillstånd som kommer att vara mer och mindre stabila.

Ju fler bitar desto mer information kan behandlas

Precis i förmågan att ha mer än två tillstånd och att ha flera av dessa samtidigt, ligger dess makt. Vi kan kanske göra fler beräkningar samtidigt och på kortare tid. Ju fler bitar desto mer information kan bearbetas, i denna mening liknar det traditionella CPU: er.

Hur en kvantdator fungerar

Operationen är baserad på kvantelagarna som styr de partiklar som bildar kvantprocessorn. Alla partiklar har elektroner utöver protoner och neutroner. Om vi ​​tar ett mikroskop och får se ett flöde av elektronpartiklar, kunde vi se att de har ett beteende som liknar det med vågor. Det som kännetecknar en våg är att det är en transport av energi utan transport av materia, till exempel ljud, de är vibrationer som vi inte kan se, men vi vet att de reser genom luften tills de når våra öron.

Tja, elektroner är partiklar som kan bete sig antingen som en partikel eller som en våg, och det är detta som får tillstånd att överlappa varandra och 0 och 1 kan uppstå samtidigt. Det är som om skuggorna för ett objekt projiceras, i en vinkel hittar vi en form och en annan en annan. De två sammanslutningen bildar formen på det fysiska objektet.

Så istället för två värden 1 eller 0 som vi känner som bitar, som är baserade på elektriska spänningar, kan denna processor arbeta med fler tillstånd som kallas kvanta. Ett kvantum, förutom att mäta det minsta värde som en storlek kan ta (till exempel 1 volt), kan också mäta den minsta möjliga variation som denna parameter kan uppleva vid övergång från ett tillstånd till ett annat (till exempel att kunna differentiera formen av ett objekt med hjälp av två samtidiga skuggor).

Vi kan ha 0, 1 och 0 och 1 samtidigt, det vill säga bitar överlagrade ovanpå varandra

För att vara tydlig kan vi ha 0, 1 och 0 och 1 på samma gång, det vill säga bitar överlagrade ovanpå varandra. Ju fler bitar, desto fler bitar kan vi ha ovanpå varandra och sedan fler värden kan vi ha samtidigt. På detta sätt måste vi i en 3-bitars processor utföra uppgifter som har ett av dessa 8 värden, men inte mer än en åt gången. å andra sidan, för en 3-bitars processor kommer vi att ha en partikel som kan ta åtta tillstånd i taget och sedan kommer vi att kunna utföra uppgifter med åtta operationer samtidigt

För att ge oss en idé har den mest kraftfulla processorenhet som någonsin skapats för närvarande en kapacitet på 10 teraflops eller vad är samma 10 miljarder flyttalsoperationer per sekund. En 30-bitars processor skulle kunna utföra samma antal operationer. IBM har redan en 50-bitars kvantprocessor och vi är fortfarande i den experimentella fasen för denna teknik. Föreställ dig hur långt vi kan gå, eftersom du ser att prestandan är mycket högre än i en vanlig processor. När kvantbitarnas kvbits ökar ökar de operationer den kan utföra exponentiellt.

Hur kan du skapa en kvantprocessor

Tack vare en enhet som kan arbeta med kontinuerliga tillstånd istället för att bara ha två möjligheter, är det möjligt att tänka om problem som hittills var omöjliga att lösa. Eller också lösa aktuella problem på ett snabbare och mer effektivt sätt. Alla dessa möjligheter öppnas med en kvantmaskin.

För att ”kvantifiera” molekylernas egenskaper måste vi föra dem till temperaturer nära absolut noll.

För att uppnå dessa tillstånd kan vi inte använda transistorer baserade på elektriska impulser som i slutändan kommer att vara antingen 1 eller 0. För att göra detta måste vi titta vidare, specifikt på kvantfysikens lagar. Vi måste se till att dessa kvbitar fysiskt bildade av partiklar och molekyler kan göra något liknande vad transistorer gör, det vill säga att etablera förhållanden mellan dem på ett kontrollerat sätt så att de erbjuder oss den information vi vill ha.

Detta är vad som verkligen är komplicerat och ämnet att övervinna i kvantberäkning. För att ”kvantifiera” egenskaperna hos molekylerna som utgör processorn måste vi föra dem till temperaturer nära absolut noll (-273, 15 grader Celsius). För att maskinen ska kunna skilja ett tillstånd från ett annat måste vi göra dem annorlunda, till exempel en ström på 1 V och 2 V, om vi placerar en spänning på 1, 5 V kommer maskinen inte att veta att den är den ena eller den andra. Och det är detta som måste uppnås.

Nackdelar med kvantberäkning

Den största nackdelen med denna teknik är just det att kontrollera dessa olika tillstånd genom vilka materien kan passera. Med samtidiga tillstånd är det mycket svårt att utföra stabila beräkningar med hjälp av kvantealgoritmer. Detta kallas kvantinkonsekvens, även om vi inte kommer att gå in i onödiga trädgårdar. Vad vi måste förstå är att ju fler qubits vi kommer att ha fler tillstånd, och ju större antalet stater desto mer hastighet kommer vi att ha, men också svårare att kontrollera kommer att vara fel i förändringar av materia som inträffar.

Vidare säger reglerna för dessa kvanttillstånd av atomer och partiklar att vi inte kommer att kunna observera beräkningsprocessen medan den äger rum, eftersom om vi stör det skulle de överlagda tillstånden förstöras fullständigt.

Kvanttillstånd är extremt bräckliga, och datorer måste isoleras fullständigt under vakuum och vid temperaturer nära absolut noll för att uppnå en felfrekvens i storleksordningen 0, 1%. Antingen tillverkare av vätskekylning sätter batterierna eller så slutar vi med kvantdator till jul. På grund av allt detta kommer det åtminstone på medellång sikt att finnas kvantdatorer för användare, kanske kan det finnas några av dessa distribuerade över hela världen under de nödvändiga förhållandena och vi kan komma åt dem via internet.

tillämpningar

Med sin bearbetningskraft kommer dessa kvantprocessorer främst att användas för vetenskaplig beräkning och för att lösa tidigare olösliga problem. Det första av tillämpningsområdena är möjligen kemi, precis för att kvantprocessorn är ett element baserat på partikelkemi. Tack vare detta kunde man studera materiens kvanttillstånd, idag omöjligt att lösa med konventionella datorer.

• Vi rekommenderar att du läser de bästa processorerna på marknaden

Efter detta kan det ha applikationer för att studera det mänskliga genomet, utredningen av sjukdomar etc. Möjligheterna är enorma och påståenden är verkliga, så vi kan bara vänta. Vi kommer att vara redo för översynen av kvantprocessorn!