Saturs
- Kvantu realitāte
- Kvantu bitu izgatavošana
- Bez kļūdām, bez stresa - jūsu soli pa solim, kā izveidot programmatūru, kas maina dzīvi, neiznīcinot savu dzīvi
- Cik tuvu mēs esam?
- Secinājums
Avots: Rcmathiraj / Dreamstime.com
Izņemšana:
Sīkāk apskatiet kvantu skaitļošanu, tās darbību un nākotnes potenciālu.
“Ja domājat, ka saprotat kvantu fiziku, jūs nesaprotat kvantu fiziku.” Šis citāts tiek attiecināts uz fiziķi Ričardu Feinmanu, taču nav skaidrs, vai viņš to patiesībā teica. Šeit ir ticamāks Feinmana citāts no 1995. gada MIT publikācijas: “Es domāju, ka varu droši teikt, ka neviens nesaprot kvantu mehāniku.”
Kvantu realitāte
Tagad, kad mēs to esam ieguvuši, apskatīsimies, vai ir kaut kas, ko mēs zinām. Kvantu mehānika ir dīvaina. Šīs sīkās daļiņas kvantu līmenī vienkārši neuzvedas tā, kā paredzēts. Tur lietas ir atšķirīgas.
Traks lietas notiek kvantu Visumā. Tur ir raksturīga nejaušība, nenoteiktība, sapīšanās. Tas viss šķiet mazliet.
Tagad mēs zinām, ka atomi un subatomiskās daļiņas darbojas tā, it kā būtu savienotas. Einšteins kvantu iesaisti sauca par “spocīgu rīcību no attāluma”. Iedomājieties divus objektus, kas ir fiziski viens no otra, bet tie uzvedas vienādi, tiem ir vienādas īpašības un tie darbojas kā viens. Tagad iedomājieties, ka šie divi objekti atrodas 100 000 gaismas gadu attālumā viens no otra. Patiešām dīvaini.
Ir vēl vairāk. Nenoteiktības princips kvantu mehānikā saka, ka noteiktas daļiņu īpašības vienkārši nav zināmas. Pievienojiet tam vēl dekoherences problēmu, kurai ir kaut kas saistīts ar viļņu funkcijas sabrukumu. Un divkāršās spraugas eksperimenta versijas, šķiet, liek domāt, ka viens kvantu objekts var atrasties divās vietās vienlaikus, ka novērojums maina subatomisko daļiņu raksturu vai ka elektroni, šķiet, ir pārvietojušies atpakaļ laikā.
Tagad jūs redzat, kāpēc kvantu datora izveidošana var būt tik liels izaicinājums. Bet tas neattur cilvēkus no mēģināšanas. (Lai uzzinātu vairāk par kvantu skaitļošanu, skatiet sadaļu Kāpēc kvantu skaitļošana varētu būt nākamais pagrieziens uz Big Data Highway.)
Kvantu bitu izgatavošana
Neskaidrību problēma ir tā, ka tā apgrūtina aprēķināšanu. Mērķis vienmēr pārvietojas. Un pat ja jūs izstrādājat kādu matemātisku sistēmu, kā jūs izlabojat kļūdas? Un jūs domājāt, ka binārais ir grūti.
“Kvats ir kvantu mehāniskā sistēma, kuru dažos piemērotos apstākļos var uzskatīt par tādu, kurai ir tikai divi kvantu līmeņi,” saka profesore Andrea Morello no Austrālijas Jaunās Dienvidvelsas universitātes. "Un, kad tas jums ir, jūs varat to izmantot kvantu informācijas kodēšanai."
Bez kļūdām, bez stresa - jūsu soli pa solim, kā izveidot programmatūru, kas maina dzīvi, neiznīcinot savu dzīvi
Jūs nevarat uzlabot savas programmēšanas prasmes, kad nevienam nerūp programmatūras kvalitāte.
Vieglāk pateikt kā izdarīt. Pašreizējie kvantu datori vēl nav ļoti jaudīgi. Viņi joprojām cenšas sakārtot pamatus.
Kvantu bitiem, kas pazīstami arī kā kvadrāti, binārā digitālā skaitļošanā ir eksponenciāli lielāks potenciāls nekā klasiskajiem bitiem. Elementārā daļiņa var būt vairākos stāvokļos vienlaikus, kvalitāti sauc par superpozīciju. Kamēr klasiskais bits var būt vienā no diviem stāvokļiem (viens vai nulle), tad kvadrāts var būt abās šajās pozīcijās vienlaikus.
Padomājiet par monētu. Tam ir divas puses: galvas vai astes. Monēta ir bināra. Bet iedomājieties, ka jūs uzsist monētu gaisā, un tā turpina uzsist bezgalīgi. Kamēr tas svārstās, ir galvas vai astes? Kas tas būs, ja tam kādreiz vajadzētu nolaisties? Kā jūs varat kvantitatīvi noteikt flipping monētu? Tas ir neliels mēģinājums parādīt superpozīciju.
Tātad, kā jūs izveidojat kvadrātu? Ja kvantu fiziķi nesaprot kvantu mehāniku, tad šeit diez vai mēs varētu vadīt adekvātu skaidrojumu. Norēķināsimies par to tehnoloģiju sarakstu, kuras tiek pārbaudītas, lai izveidotu kvadrātu:
- Supravadošās shēmas
- Spin qubits
- Jonu slazdi
- Fotoniskās shēmas
- Topoloģiskās bizes
Populārākie no tiem ir pirmie divi. Pārējie ir universitāšu pētījumu priekšmeti. Pirmajā tehnikā supravadītāji tiek atdzesēti, lai novērstu elektromagnētiskos traucējumus. Bet saskaņotības laiki ir salīdzinoši īsi, un lietas sabojājas. Profesors Morello strādā pie griešanās tehnikas. Kvantu daļiņām ir elektriskais lādiņš, tāpat kā magnētiem. Izmantojot mikroviļņu impulsus, viņš var iegūt elektronu, lai grieztos nevis uz leju, bet uz augšu, tādējādi izveidojot viena elektrona tranzistoru.
Pēc tam paliek jautājums par kļūdu toleranci un kļūdu labošanu. Kalifornijas Santa Barbaras universitātes pētniekiem ir izdevies sasniegt 99,4 procentu uzticamību ar saviem kvadrātveida vārtiem. Viņi ir sasnieguši 99,9 procentu uzticamību vārtiem Oksfordas universitātē. Tātad vai mēs tur vēl esam?
Cik tuvu mēs esam?
Edvīns Kartlids uzdod šo jautājumu 2016. gada oktobra rakstā Optics & Photonics News. 2015. gada ETSI brīdinājumam, ka organizācijām vajadzētu pāriet uz “kvantu drošām” šifrēšanas metodēm, vajadzētu jums pateikt, ka kaut kas ir pie horizonta.
Google, Microsoft, Intel un IBM visi spēlē. Viens no sliekšņiem, ko Google ievēro, ir kaut kas, ko viņi dēvē par “kvantu pārākumu”. Tas tiek izmantots, lai aprakstītu to punktu, kurā kvantu dators dara kaut ko tādu, ko nevar klasiskais dators.
Saskaņā ar David American Castelvecchi teikto, IBM plāno 2017. gadā ieviest “universālu” kvantu datoru. Pārdēvēts par “IBM Q”, tas būs mākoņdatošanas pakalpojums, kas par maksu pieejams internetā. Jūs varat uzzināt, kā viņi strādā, izmēģinot viņu Quantum Experience, kas tagad ir pieejama tiešsaistē. Bet Castelvecchi saka, ka vēl neviens no šiem centieniem nav jaudīgāks par parastajiem datoriem. Kvantu pārākums vēl nav noskaidrots.
Kā Techopedia ziņoja 2013. gadā, Google ir daudz lietojumprogrammu nobriedušam kvantu datoram, kad tas ir izstrādāts. Microsoft strādā pie topoloģiskās kvantu skaitļošanas. Vairāki jaunuzņēmumi ir uzlecoši, un laukumā tiek veikts daudz darba. Bet daži eksperti brīdina, ka trauks, iespējams, vēl nav pilnībā pagatavots. “Es nesniedzu preses relīzes par nākotni,” saka Rainers Blatts Insbrukas universitātē Austrijā. Un fiziķis Deivids Vīlanlands saka: “Es ilgtermiņā esmu optimistisks, bet to, ko nozīmē“ ilgtermiņš ”, es nezinu.” (Skat. 5 lieliskas lietas, ko varētu darīt Googles Quantum Computer.)
Pat ja ir sasniegta kvantu skaitļošanas pārākums, nemeklējiet to, lai drīz nomainītu klēpjdatoru. Kvantu datori, tāpat kā to binārie datori pirmajās dienās, var būt tikai specializētas ierīces, kas paredzētas noteiktiem mērķiem. Viens no visizplatītākajiem lietojumiem būtu kvantu dators, kas imitētu kvantu mehāniku. Papildus intensīvām datora darbībām, piemēram, laika apstākļu prognozēšanai, kvantu skaitļošanu var izmantot centralizēti un aprobežoties ar mākoni. Protams, tā var būt perfekta vieta.
Secinājums
Profesors Morello skaidri identificēja kvantu skaitļošanas galveno izaicinājumu. Lai varētu sākt kodēt informāciju, jums jāprot izveidot divus diskrētus kvantu līmeņus ar kvadrātu. Kad kvantu skaitļošana ir sasniegta, tā “dod jums piekļuvi eksponenciāli lielākai skaitļošanas telpai” nekā klasiskais dators. Kvantu dators, piemēram, ar 300 kvitēm (N kviti = 2N klasiskie biti) spētu apstrādāt vairāk informācijas bitu, nekā Visumā ir daļiņas.
Tas ir ļoti daudz. Bet nokļūšana no šejienes uz turieni prasīs zināmu darbu.