Изазов квантног рачунања

Садржај

• Квантна стварност
• Израда квантног бита
• Без грешака, без стреса - Ваш корак по корак водич за креирање софтвера за промену живота без да вам уништи живот
• Колико смо близу?
• Закључак

Извор: Рцматхирај / Дреамстиме.цом

Одузети:

Погледајте детаљније квантно рачунање, како то функционише и његове будуће потенцијале.

„Ако мислите да разумете квантну физику, не разумете и квантну физику.“ Тај се цитат приписује физичару Рицхарду Феиману, али није јасно да ли је он то заиста рекао. Ево поузданијег Феинмановог цитата из МИТ публикације из 1995. године: „Мислим да са сигурношћу могу рећи да нико не разуме квантну механику.“

Квантна стварност

Сада када смо се извукли из овога, погледајмо да ли имамо ишта што знамо. Квантна механика је чудна. Те ситне честице на квантном нивоу једноставно се не понашају како се очекује. Тамо су ствари другачије.

Луде ствари се дешавају у квантном универзуму. Постоји унутрашња случајност, несигурност, заплетеност. Све се чини помало.

Сада знамо да атоми и субатомске честице делују као да су повезани. Ајнштајн је квантно заплетање назвао „сабласним деловањем на даљину.“ Замислите два објекта која су физички одвојена, али се понашају на исти начин, имају иста својства и делују као један. Замислите да су та два објекта удаљена 100.000 светлосних година. Заиста чудно.

Има више. Принцип несигурности у квантној механици каже да се одређена својства честица једноставно не могу знати. К томе додајте проблем декохеренције, који има неке везе са колапсом таласне функције. А верзије експеримента са двоструким прорезом сугеришу да један квантни објект може бити на два места истовремено, да опажање мења природу субатомских честица или се чини да су електрони путовали назад у време.

Сада видите зашто изградња квантног рачунара може бити такав изазов. Али то не спречава људе да покушавају. (Више о квантном рачунању потражите у чланку Зашто квантно рачунање може бити следеће скретање на аутопуту великих података.)

Израда квантног бита

Проблем са несигурношћу је што отежава рачунање. Циљ се увек креће. Чак и ако развијете неки математички систем, како исправити грешке? И мислили сте да је бинарно тешко.

"Кубит је квантни механички систем који се под неким погодним околностима може третирати као такав да има само два квантна нивоа", каже професорица Андреа Морелло са Универзитета у Новом Јужном Велсу у Аустралији. "А након што то имате, можете да га употребите за кодирање квантних информација."

Без грешака, без стреса - Ваш корак по корак водич за креирање софтвера за промену живота без да вам уништи живот

Не можете побољшати своје вештине програмирања када никога није брига за квалитет софтвера.

Лакше рећи него учинити. Садашњи квантни рачунари још нису веома моћни. Још увијек покушавају исправити блокове.

Квантни бит, такође познат и као кубит, има експоненцијално већи потенцијал од класичног бита у бинарном дигиталном рачунању. Елементарна честица може бити у више стања истовремено, квалитет познат као суперпозиција. Док класични бит може бити у било којем од два стања (једном или нули), кубит може бити у оба ова положаја истовремено.

Помислите на новчић. Има две стране: главе или репове. Кованица је бинарна. Али замислите да новчић бацате у ваздух и он се непрестано врти. Док се окреће, глава је или је реп? Шта ће бити ако икад слети? Како можете квантификовати лебдећи новчић? То је слаб покушај илустрације суперпозиције.

Па како направити кбит? Па, ако квантни физичари не разумеју квантну механику, овде тешко можемо да објаснимо адекватно објашњење. Пристанимо у ужем избору технологија које се тестирају за стварање кбита:

• Суперпреводни кругови
• Спин кубитс
• Јон замке
• Фотонски склопови
• Тополошке плетенице

Најпопуларније од њих су прве две. Остали су предмети универзитетског истраживања. У првој техници, суперпреводници се супер хладе да би се елиминисале електромагнетне сметње. Али времена кохеренције су релативно кратка и ствари се покваре. Професор Морелло ради на техници спиновања. Квантне честице имају електрични набој, баш као што раде и магнети. Помоћу микроталасних импулса, он може добити електрон да се окреће, а не доле, стварајући тако једно-електронски транзистор.

Тада остаје ствар толеранције грешака и исправљања грешака. Истраживачи са Калифорнијског универзитета у Санта Барбари успели су да досегну 99,4 одсто вјерности својим капијама. Постигли су 99,9 одсто вјерности капија на Универзитету у Окфорду. Па, јесмо ли већ тамо?

Колико смо близу?

Едвин Цартлидге ово питање поставља у чланку из октобра за Оптицс & Пхотоницс Невс из октобра 2016. године. Упозорење ЕТСИ-ја из 2015. године да би организације требало да пређу на „квантно сигурне“ технике шифровања требало би да вам говори да је нешто на хоризонту.

Гоогле, Мицрософт, Интел и ИБМ су сви у игри. Један од прагова које Гоогле следи је нешто што су назвали "квантна надмоћ". Користи се за описивање оне тачке у којој квантни рачунар ради нешто што класични рачунар не може.

ИБМ планира да уведе 2017. „универзални“ квантни рачунар, изјавио је Давид Цастелвеццхи из Сциентифиц Америцан. Под називом "ИБМ К", то ће бити услуга у облаку која је доступна преко интернета уз плаћање. Можете пробати шта раде на њима испробајући њихово Куантум Екпериенце, сада доступно на мрежи. Али Цастелвеццхи каже да ниједан од тих напора није снажнији од класичних рачунара. Надмоћ квантне још није утврђена.

Како је Тецхопедиа известио у 2013. години, Гоогле је развио много апликација за зрели квантни рачунар, једном када је развијен. Мицрософт ради на тополошком квантном рачунању. Неколико стартупа се повећава, а на терену се ради доста посла. Али неки стручњаци упозоравају да јело можда још није кувано у потпуности. „Не радим никаква саопштења за будућност о будућности“, каже Раинер Блатт са Универзитета у Инсбруцку у Аустрији. А физичар Давид Винеланд каже, „Дугорочно сам оптимистичан, али шта„ дугорочно “значи, не знам.“ (Погледајте 5 цоол ствари које би Гооглес Куантум Цомпутер могао да уради.)

Чак и када се постигне надмоћ квантног рачунања, не тражите да он ускоро замени ваш лаптоп. Квантни рачунари, попут њихових бинарних колега у раним данима, могу бити само специјализовани уређаји намењени одређеним сврхама. Једна од најчешћих употреба би била постојање квантног рачунара који симулира квантну механику. Поред интензивних рачунарских операција попут временске прогнозе, коришћење квантног рачунања може бити централизовано и ограничено на облак. Наравно, то би могло бити савршено место за то.

Закључак

Професор Морелло јасно је идентификовао основни изазов квантног рачунања. Пре него што почнете да кодирате информације, морате бити у могућности да успоставите два дискретна квантна нивоа помоћу кбита. Једном постигнуто, квантно рачунање „омогућава вам приступ експоненцијално већем простору за рачунање“ од класичног рачунара. Квантни рачунар, на пример, са 300 кубита (Н кубитс = 2^Н класични битови) могли би да обраде више делова информација него што има честица у универзуму.

То је пуно битова. Али долазак одавде ће потрајати.