Какво е квантов процесор и как работи?

Може би се чудите какво е квантов процесор и как работи ? В тази статия ще се задълбочим в този свят и ще се опитаме да научим повече за това странно същество, че може би един ден ще бъде част от нашето красиво RGB шаси, квант, разбира се.

Индекс на съдържанието

Както всичко в този живот, или се адаптирате, или умирате. И точно това се случва с технологията и не точно в диапазон от милиони години като живи същества, а за въпрос на години или месеци. Технологията напредва със зашеметяваща скорост и големите компании непрекъснато иновации в своите електронни компоненти. Повече мощност и по-малко консумация за опазване на околната среда са модните помещения, които са модерни днес. Стигнахме до момент, в който миниатюризацията на интегралните схеми почти достига физическата граница. Intel казва, че ще бъде 5 nm, освен че няма да има валиден закон на Мур. Но друга фигура набира сила и това е квантовият процесор. Скоро започваме да обясняваме всичките му предимства.

С IBM като предшественик, големи компании като Microsoft, Google, Intel и NASA вече са усилени в борбата да видят кой може да изгради най-надеждния и мощен квантов процесор. И това със сигурност е близкото бъдеще. Виждаме за какво става въпрос в този квантов процесор

Имаме ли нужда от квантов процесор

Настоящите процесори са базирани на транзистори. С помощта на комбинация от транзистори се изграждат логически порти за обработка на електрическите сигнали, които преминават през тях. Ако се присъединим към поредица от логически порти, ще получим процесор.

Проблемът е тогава в основната му единица, транзисторите. Ако ги миниатюризираме, можем да поставим повече на едно място, осигурявайки повече мощност на обработка. Но разбира се, има физическо ограничение за всичко това, когато достигнем толкова малки транзистори, че те са от порядъка на нанометри, откриваме проблеми за електроните, които циркулират вътре в тях, за да го направят правилно. Има вероятност те да се изплъзнат от канала си, да се сблъскат с други елементи в транзистора и да причинят повреди във веригата.

И точно в това е проблемът, че в момента достигаме границата на безопасност и стабилност при производството на процесори, използващи класически транзистори.

Квантови изчисления

Първото нещо, което трябва да знаем, е какво е квантовото изчисление и не е лесно да се обясни. Тази концепция се отклонява от това, което днес знаем като класически изчисления, които използват битове или двоични състояния от "0" (0, 5 волта) и "1" (3 волта) на електрически импулс, за да образуват логически вериги на изчислима информация.

Шрифт Uza.uz

Квантовите изчисления от своя страна използват термина кубит или лакът за обозначаване на информация, която може да се изпълни. Кубитът не само съдържа две състояния като 0 и 1, но също така е способен едновременно да съдържа 0 и 1 или 1 и 0, тоест може да има тези две състояния едновременно. Това означава, че нямаме елемент, който приема дискретни стойности 1 или 0, но тъй като може да съдържа и двете състояния, той има непрекъснат характер и в него, определени състояния, които ще бъдат все по-малко и по-малко стабилни.

Колкото повече кубити, толкова повече информация може да бъде обработена

Именно в способността да има повече от две състояния и да има няколко от тях едновременно, се крие неговата сила. Възможно е да можем да правим повече изчисления едновременно и за по-малко време. Колкото повече кубити, толкова повече информация може да бъде обработена, в този смисъл тя е подобна на традиционните процесори.

Как работи квантовият компютър

Операцията се основава на квантовите закони, които управляват частиците, които образуват квантовия процесор. Всички частици имат в допълнение към протоните и неутроните и електрони. Ако вземем микроскоп и видим поток от електронни частици, бихме могли да видим, че те имат поведение, подобно на това на вълните. Това, което характеризира една вълна е, че това е транспорт на енергия без транспорт на материя, например звук, те са вибрации, които не можем да видим, но знаем, че те пътуват през въздуха, докато стигнат до ушите ни.

Е, електроните са частици, които са способни да се държат или като частица, или като вълна и това е причината състоянията да се припокриват и 0 и 1 могат да възникнат едновременно. Сякаш сенките на обект са проектирани, под един ъгъл намираме една форма, а друга - друга. Съединението на двете образува формата на физическия обект.

Така че вместо две стойности 1 или 0, които познаваме като битове, които се базират на електрически напрежения, този процесор е в състояние да работи с повече състояния, наречени кванти. Квантът, в допълнение към измерването на минималната стойност, която може да приеме величина (например 1 волт), е способен да измерва и най-малката възможна промяна, която този параметър може да изпита при преминаване от едно състояние в друго (например, да може да диференцира формата на обект с помощта на две едновременни сенки).

Можем да имаме едновременно 0, 1 и 0 и 1, тоест битове, насложени един върху друг

За да е ясно, можем да имаме едновременно 0, 1 и 0 и 1, тоест битове, насложени един върху друг. Колкото повече кубити, толкова повече битове можем да имаме един върху друг и след това повече стойности, които можем да имаме едновременно. По този начин в 3-битов процесор ще трябва да правим задачи, които имат една от тези 8 стойности, но не повече от една наведнъж. от друга страна, за 3-кубитен процесор ще имаме частица, която може да поеме осем състояния наведнъж и тогава ще можем да правим задачи с осем операции едновременно

За да ни даде идея, най-мощният процесор, създаван някога, има капацитет от 10 терафлопа или какъв е същите 10 милиарда операции с плаваща запетая в секунда. 30-кубитен процесор би могъл да извърши същия брой операции. IBM вече има 50-битов квантов процесор и ние все още сме в експерименталната фаза на тази технология. Представете си колко далеч можем да стигнем, тъй като можете да видите, че производителността е много по-висока, отколкото в нормален процесор. С увеличаването на кубитите на квантовия процесор, операциите, които той може да изпълнява, се размножават експоненциално.

Как можете да създадете квантов процесор

Благодарение на устройство, което е в състояние да работи с непрекъснати състояния, вместо да има само две възможности, е възможно да се преосмислят проблеми, които до този момент бяха невъзможни за разрешаване. Или също да решавате текущите проблеми по по-бърз и ефективен начин. Всички тези възможности се отварят с помощта на квантова машина.

За да „квантираме“ свойствата на молекулите, трябва да ги доведем до температури, близки до абсолютната нула.

За да постигнем тези състояния, не можем да използваме транзистори, базирани на електрически импулси, които в крайна сметка ще бъдат или 1, или 0. За да направим това, ще трябва да разгледаме по-нататък, по-специално законите на квантовата физика. Ще трябва да гарантираме, че тези кубити, образувани физически от частици и молекули, са способни да направят нещо подобно на това, което правят транзисторите, тоест да установят взаимоотношения между тях по контролиран начин, така че да ни предлагат желаната от нас информация.

Това е наистина сложно и обектът за преодоляване при квантовите изчисления. За да „квантираме“ свойствата на молекулите, съставляващи процесора, трябва да ги доведем до температури, близки до абсолютна нула (-273, 15 градуса по Целзий). За да може машината да знае как да разграничава едно състояние от друго, трябва да ги направим различни, например ток от 1 V и 2 V, ако поставим напрежение 1, 5 V, машината няма да знае, че е едно или друго. И това е, което трябва да бъде постигнато.

Недостатъци на квантовите изчисления

Основният недостатък на тази технология е именно в контрола на тези различни състояния, през които материята може да премине. При едновременни състояния е много трудно да се извършват стабилни изчисления, като се използват квантови алгоритми. Това се нарича квантово несъответствие, въпреки че няма да навлизаме в излишни градини. Това, което трябва да разберем, е, че колкото повече кубити ще имаме повече състояния и колкото по-голям е броят състояния, толкова по-голяма скорост ще имаме, но и по-трудна за контрол ще бъдат грешките в промените на материята, които се случват.

Освен това нормите, които управляват тези квантови състояния на атоми и частици, казват, че няма да можем да наблюдаваме процеса на изчисление, докато той протича, тъй като ако се намесим в него, насложените състояния ще бъдат напълно унищожени.

Квантовите състояния са изключително крехки и компютрите трябва да бъдат напълно изолирани под вакуум и при температури, близки до абсолютна нула, за да се постигне степен на грешка от порядъка на 0, 1%. Или производителите на течно охлаждане слагат батериите, или ни свършва квантов компютър за Коледа. Поради всичко това, поне в средносрочен план ще има квантови компютри за потребители, може би може да има няколко от тях, разпространени по целия свят в необходимите условия и можем да имаме достъп до тях чрез интернет.

приложения

Със своята мощност на обработка тези квантови процесори ще се използват главно за научно изчисление и за решаване на по-рано нерешими проблеми. Първата от областите на приложение вероятно е химия, точно защото квантовият процесор е елемент, базиран на химията на частиците. Благодарение на това бихте могли да изучавате квантовите състояния на материята, днес невъзможни за разрешаване от конвенционалните компютри.

• Препоръчваме да прочетете най -добрите процесори на пазара

След това може да има приложения за изследване на човешкия геном, за изследване на заболявания и др. Възможностите са огромни, а претенциите са реални, така че можем само да чакаме. Ще бъдем готови за преглед на квантовия процесор!