Računalniško računalništvo nam pomaga, da naredimo to, kar ne želimo ali ne, predvsem zaradi kompleksnosti, zaradi verjetnosti neprostovoljnih napak in zaradi časa. Na primer, dvig števila na 128. stopnjo v mislih.

Namen in uporaba kvantnega računalnika.

Kaj je kvantni računalnik?

Najmočnejši kvantni računalnik (QC) je - ali pa bi bil - popolnoma drugačen mehanizem, drugačen od vsega, kar je človek kdaj ustvaril. Najmočnejši strežniki danes izgledajo le kot majhen del tega, kar lahko na koncu doseže polnopravni kvantni računalnik.

Enostavno rečeno, cilj raziskav na področju kvantnega računalništva je odkriti sredstva za pospeševanje izvajanja dolgoročnih navodil. Napačno bi bilo reči, da CC izvaja programe hitreje kot PC ali x86 strežnik. "Program" za QC je popolnoma drugačen vrstni red kodiranja kot doslej za binarni procesor. Po rojstvu računalnikov so bili izvedeni kompleksni fizični izračuni, ki so v 40. letih prejšnjega stoletja pomagali Združenim državam, da ustvarijo atomsko bombo. Po izumu tranzistorja so se dimenzije teh sistemov bistveno zmanjšale. Nato je nastala zamisel o vzporednih procesorjih, ki so delali na nalogah hkrati.

Kvantno računalništvo je le naslednji korak. Obstaja veliko težav, s katerimi sodobni računalniki potrebujejo precej časa, da rešijo, na primer, reševanje linearnega sistema enačb, optimizacijo parametrov za podporne vektorje, iskanje najkrajše poti skozi poljuben odsek ali iskanje nestrukturiranega seznama. To so zdaj precej abstraktne težave, toda če veste malo o algoritmih ali programiranju, lahko vidite, kako koristno je to. Kot primer so bili grafični procesorji (GPU) izumljeni samo z namenom upodabljanja trikotnikov in nato združitve v dvo- ali tridimenzionalni svet. In zdaj je Nvidia podjetje, vredno milijarde dolarjev. Ali obstajajo tehnologije za kvantno računalništvo ali nekatere njene zgodovinske izpeljanke, ki jih ljudje zdaj uporabljajo? Z drugimi besedami, kaj kvant dejansko počne in komu neposredno služi?

Za kaj je kvantni računalnik?

Navigacija To je ena od glavnih aplikacij kvantnih računalnikov. Sistem GPS ne more delovati nikjer na planetu, zlasti pod vodo. QC zahteva, da so atomi nadhlajeni in suspendirani v stanju, zaradi katerega so še posebej občutljivi. V poskusu, da bi to izkoristili, si tekmovalne skupine znanstvenikov prizadevajo razviti nekakšen kvantni merilnik pospeška, ki lahko zagotovi zelo natančne podatke o gibanju. Najpomembnejši prispevek k razvoju industrije je Francoski laboratorij za fotoniko in nanoznanost. Dober primer tega je poskus ustvarjanja hibridne komponente, ki združuje merilnik pospeška s klasičnim in nato uporabi visokoprepustni filter za odštevanje klasičnih podatkov iz kvantnih podatkov. Rezultat, če bo izveden, bo izjemno natančen kompas, ki bo odpravil premik in premik faktorja lestvice, običajno povezan z žiroskopskimi komponentami.

Seizmologija. Enaka izjemna občutljivost se lahko uporabi za zaznavanje prisotnosti naftnih in plinskih usedlin ter potencialne seizmične aktivnosti na mestih, kjer konvencionalni senzorji še niso bili uporabljeni. Julija 2017 je QuantIC pokazal, kako kvantni gravimeter zazna prisotnost globoko skritih predmetov z merjenjem nihanj v gravitacijskem polju. Če takšna naprava ni le praktična, ampak tudi prenosna, skupina verjame, da lahko postane neprecenljiva v sistemu zgodnjega opozarjanja za napovedovanje potresnih dogodkov in cunamijev. Farmacevtski izdelki. V ospredju so raziskave v boju proti boleznim, kot so Alzheimerjeva bolezen in multipla skleroza; znanstveniki uporabljajo programsko opremo, ki simulira obnašanje umetnih protiteles na molekularni ravni.

Fizika To je pravzaprav razlog za sam obstoj koncepta. Profesor Richard Feynman, oče kvantne elektrodinamike (QED), je v svojem govoru leta 1981 v Caltechu predlagal, da je edini način za uspešno simulacijo fizičnega sveta na kvantni ravni stroj, ki se drži zakonov kvantne fizike in mehanike. V tem govoru, ki ga je pojasnil profesor Feynman, je preostali svet spoznal, da ne bo dovolj, da računalnik ustvari verjetnostno tabelo in kako zavrti kocke. Poleg tega bi za pridobitev rezultatov, ki jih fiziki sami ne bi imenovali apokrifni, potreboval mehanizem, ki bi se obnašal v istem smislu kot vedenje, ki ga je nameraval oponašati.

Strojno učenje. Glavna teorija zagovornikov je, da je mogoče takšne sisteme prilagoditi tako, da »preučujejo« vzorce stanja v velikih vzporednih valovih in ne v zaporednih pregledih. Navadna matematika lahko opiše niz verjetnih rezultatov v obliki vektorjev v prostoru proste konfiguracije. Dešifriranje Tu je končno preboj, ki je na takšne izračune sprožil prvo svetlo luč. Šifrirne kode, ki so tako zapletene, tudi pri modernih klasičnih računalnikih, so, da temeljijo na izredno velikem številu dejavnikov, ki zahtevajo prekomerno časovno obdobje za ujemanje po metodi ujemanja. Delovni QC mora v nekaj minutah izolirati in prepoznati te dejavnike, zaradi česar je kodirni sistem RSA dejansko zastarel.

Šifriranje Koncept, imenovan kvantna distribucija ključev (QKD), daje teoretično upanje, da lahko vrste javnih in zasebnih ključev, ki jih danes uporabljamo za šifriranje sporočil, zamenjamo s ključi, ki so predmet učinkov prepletenosti. V teoriji bi vsaka tretja oseba, ki je razbila ključ in poskusila prebrati sporočilo, takoj uničila sporočilo za vse. Seveda je to lahko dovolj. Toda teorija QKD temelji na veliki predpostavki, ki jo je treba še preizkusiti v resničnem svetu: da so vrednote, pridobljene s pomočjo zapletenih qubitov, same zapletene in podvržene učinkom povsod.

Kakšna je razlika med kvantnim računalnikom in navadnim?

Klasični računalnik izvaja izračune z uporabo bitov, ki so 0 (“off”) in 1 (“on”). Uporablja tranzistorje za obdelavo informacij v obliki zaporedij ničel in tako imenovanih računalniških binarnih jezikov. Več tranzistorjev, več možnosti obdelave - to je glavna razlika. QC uporablja zakone kvantne mehanike. Tako kot klasični računalnik, ki uporablja ničle in tiste. Ta stanja je mogoče doseči v delcih zaradi notranjega momenta, imenovanega spin. Dva stanja 0 in 1 sta lahko predstavljena v hrbtnih delcih. Na primer, rotacija v smeri urinega kazalca predstavlja 1 in nasprotna smerna kazalnika predstavlja 0. Prednost uporabe QC je, da je lahko delček v več stanjih hkrati. Ta pojav se imenuje superpozicija. Zaradi tega pojava QC lahko hkrati doseže stanje 0 in 1. Tako je v klasičnem računalniku informacija izražena z enim številom 0 ali 1. QC uporablja izhode, ki so opisani kot 0 in 1 hkrati, kar daje večjo računsko moč.

Kako kvantni računalnik

Kvantno računalništvo se izračuna z uporabo kvantno mehanskih pojavov, kot sta superpozicija in zapletanje. QC je naprava, ki izvaja kvantno računalništvo in je sestavljena iz mikroprocesorjev. Takšen računalnik je popolnoma drugačen od binarnih digitalnih elektronskih računalnikov, ki temeljijo na tranzistorjih in kondenzatorjih. Medtem ko običajni digitalni izračuni zahtevajo, da se podatki kodirajo v binarne številke (bitov), ​​od katerih je vsaka vedno v enem od dveh specifičnih stanj (0 ali 1), kvantni račun uporablja bite ali kubite, ki so lahko v superpoziciji. Naprava kvantnega Turingovega stroja je teoretični model takšnega računalnika in je znana tudi kot univerzalni QC. Področje kvantnega računanja so začeli delati Paul Benioff in Yuri Manin leta 1980, Richard Feynman leta 1982 in David Deutsch leta 1985.

Načelo kvantnega računalnika

Od leta 2018 je načelo delovanja kvantnih računalnikov še v povojih, vendar so bili izvedeni poskusi, v katerih so bile izvedene kvantne računske operacije z zelo majhnim številom kvantnih bitov. V teku so praktične in teoretične raziskave, številne nacionalne vlade in vojaške agencije pa financirajo raziskave o kvantnem računalništvu v dodatnih prizadevanjih za razvoj kvantnih računalnikov za civilne, poslovne, trgovinske, okoljske in nacionalne varnostne cilje, kot je kriptoanaliza. Veliki kvantni računalniki bi teoretično lahko reševali določene probleme veliko hitreje kot kateri koli klasični računalnik, ki uporablja doslej najboljše algoritme, kot je na primer celotna faktorizacija z uporabo Shore algoritma (ki je kvantni algoritem) in modeliranje kvantnega niza sistemskih teles.

Obstajajo kvantni ukrepi, kot je Simonov algoritem, ki teče hitreje kot katerikoli možni verjetni klasični algoritem. Klasični računalnik lahko načeloma (z eksponentnimi viri) modelira kvantni algoritem, saj kvantno računanje ne krši teze Cerkve-Turinga. Po drugi strani pa lahko kvantni računalniki učinkovito rešujejo probleme, ki jih na klasičnih računalnikih praktično ni mogoče.