Vsebina
- Kvantna resničnost
- Izdelava kvantnega bitja
- Brez napak, brez stresa - vaš korak za korakom vodnik za ustvarjanje programske opreme, ki spreminja življenje, ne da bi vam uničila življenje
- Kako blizu smo?
- Zaključek
Vir: Rcmathiraj / Dreamstime.com
Odvzem:
Pobližje si oglejte kvantno računalništvo, kako deluje in njegov prihodnji potencial.
"Če mislite, da razumete kvantno fiziko, ne razumete kvantne fizike." Ta citat je pripisan fiziku Richardu Feynmanu, ni pa jasno, ali je to dejansko povedal. Tu je zanesljivejši Feynmanov citat iz publikacije MIT iz leta 1995: "Mislim, da lahko z gotovostjo trdim, da kvantna mehanika nihče ne razume."
Kvantna resničnost
Zdaj, ko smo se tega spravili ven, poglejmo, če še kaj vemo. Kvantna mehanika je čudna. Ti drobni delci na kvantni ravni se ne obnašajo po pričakovanjih. Tam so stvari drugačne.
Nore stvari se dogajajo v kvantnem vesolju. Obstaja notranja naključnost, negotovost, zmedenost. Vse skupaj se zdi nekoliko.
Zdaj vemo, da atomi in subatomski delci delujejo, kot da so povezani. Einstein je kvantno zapletanje poimenoval »grozovito delovanje na daljavo.« Predstavljajte si dva predmeta, ki sta fizično narazen, vendar se obnašata enako, imata enake lastnosti in delujeta kot eno. Zdaj si predstavljajte, da sta ta dva predmeta narazen 100.000 svetlobnih let. Zares čudno.
Še več je Načelo negotovosti v kvantni mehaniki pravi, da nekaterih lastnosti delcev preprosto ni mogoče poznati. K temu dodajte še problem dekoherencije, ki ima nekaj povezave s propadom valovne funkcije. In verzije eksperimenta z dvojno režo kažejo, da je lahko en kvantni objekt hkrati na dveh mestih, da opazovanje spreminja naravo subatomskih delcev ali pa se zdi, da so elektroni potovali nazaj v čas.
Zdaj vidite, zakaj je lahko izgradnja kvantnega računalnika tako izziv. Toda to ljudi ne bo ustavilo. (Za več informacij o kvantnem računalništvu glejte, zakaj so kvantna računalništva naslednja križišča na avtocesti velikih podatkov.)
Izdelava kvantnega bitja
Težava z negotovostjo je v tem, da otežuje računanje. Cilj se vedno premika. In četudi razvijete kakšen matematični sistem, kako popravite napake? In mislili ste, da je binarnost težko.
"Kubit je kvantni mehanski sistem, ki ga lahko v nekaterih primernih okoliščinah obravnavamo kot le dva kvantna nivoja," pravi profesorica Andrea Morello z univerze v Novem Južnem Walesu v Avstraliji. "In ko ga prejmete, ga lahko uporabite za kodiranje kvantnih informacij."
Brez napak, brez stresa - vaš korak za korakom vodnik za ustvarjanje programske opreme, ki spreminja življenje, ne da bi vam uničila življenje
Ne morete izboljšati svojih programskih veščin, kadar nikogar ne skrbi za kakovost programske opreme.
Lazje reci, kot storiti. Trenutni kvantni računalniki še niso zelo močni. Še vedno poskušajo popraviti gradnike.
Kvantni bit, znan tudi kot qubit, ima eksponencialno več potenciala kot klasični bit v binarnem digitalnem računalništvu. Elementarni delec je lahko v več stanjih hkrati, kakovost, imenovana superpozicija. Medtem ko je lahko klasični bit v katerem koli od dveh stanj (eno ali nič), je kbit lahko v obeh položajih hkrati.
Pomislite na kovanec. Ima dve strani: glave ali repi. Kovanec je binarni. Predstavljajte pa si, da kovanec vrnete v zrak in ta se bo vrtel v nedogled. Medtem ko se vrti, je to glava ali repi? Kaj bo, če bo kdaj pristal? Kako lahko količinsko določite plavajoči kovanec? To je nemočen poskus ponazoritve superpozicije.
Kako torej narediti kbit? No, če kvantni fiziki ne razumejo kvantne mehanike, bi tukaj težko razložili ustrezno razlago. Določimo se za ožji izbor tehnologij, ki se testirajo za ustvarjanje kitov:
- Superprevodna vezja
- Spin qubits
- Ionske pasti
- Fotonska vezja
- Topološke pletenice
Najbolj priljubljena od teh sta prva dva. Drugi so predmet univerzitetnih raziskav. V prvi tehniki se superprevodniki superhladijo za odpravo elektromagnetnih motenj. Toda časi usklajenosti so razmeroma kratki in stvari se pokvarijo. Profesor Morello dela na tehniki vrtenja. Kvantni delci imajo električni naboj, tako kot magneti. Z mikrovalovnimi impulzi lahko doseže, da se elektron vrti navzgor in ne navzdol, s čimer ustvari enoelektronski tranzistor.
Potem ostaja vprašanje tolerance napak in odpravljanje napak. Raziskovalcem kalifornijske univerze v Santa Barbari je uspelo doseči 99,4-odstotno zvestobo s svojimi vratci. Na univerzi v Oxfordu so dosegli 99,9-odstotno zvestobo. Pa smo že tam?
Kako blizu smo?
Edwin Cartlidge to vprašanje postavlja v članku iz oktobra 2016 za novice Optics & Photonics. Leta 2015 je ETSI opozorilo, da naj se organizacije preklopijo na "kvantno varne" tehnike šifriranja, ki bi vam moralo povedati, da je nekaj na obzorju.
Google, Microsoft, Intel in IBM so v igri. Eden od pragov, ki jih zasleduje Google, je nekaj, kar so poimenovali "kvantna nadvlada". Uporablja se za opis točke, ko kvantni računalnik naredi nekaj, česar klasični računalnik ne more.
Po načrtu Davida Castelvecchija v Science American načrtuje, da bo leta 2017 uvedel "univerzalni" kvantni računalnik. Poimenovan "IBM Q", bo storitev v oblaku, ki je na voljo prek interneta za plačilo. Okusite, kaj delajo, lahko preizkusite v njihovi kvantni izkušnji, ki je zdaj na voljo v spletu. Toda Castelvecchi pravi, da nobeno od teh prizadevanj ni močnejše od običajnih računalnikov - še. Nadrejenost kvantne še ni bila ugotovljena.
Kot je leta 2013 poročala Techopedia, ima Google veliko aplikacij za zrel kvantni računalnik, ki je bil nekoč razvit. Microsoft dela na topološkem kvantnem računalništvu. Pojavlja se več zagonov in na terenu je veliko dela. Toda nekateri strokovnjaki opozarjajo, da jed morda še ni v celoti kuhana. "Ne pišem nobenih sporočil za javnost o prihodnosti," pravi Rainer Blatt z univerze v Innsbrucku v Avstriji. In fizik David Wineland pravi: "Dolgoročno sem optimističen, toda kaj" dolgoročno "pomeni, ne vem." (Glej 5 kul stvari Googles Quantum Computer Could Do.)
Tudi ko je dosežena prevlada nad kvantnim računanjem, ne iščite, da bo vaš prenosnik kmalu kmalu zamenjal. Kvantni računalniki, tako kot njihovi binarni kolegi v zgodnjih dneh, so morda le specializirane naprave, namenjene posebnim namenom. Ena najpogostejših uporab je uporaba kvantnega računalnika, ki simulira kvantno mehaniko. Poleg intenzivnih računalniških operacij, kot je vremensko napovedovanje, je uporaba kvantnih računskih sistemov lahko centralizirana in omejena na oblak. Seveda, to je morda idealno mesto za to.
Zaključek
Profesor Morello je jasno opredelil glavni izziv kvantnega računanja. Preden lahko začnete kodirati podatke, morate imeti možnost, da s kbitom vzpostavite dve diskretni kvantni ravni. Ko je doseženo, kvantno računalništvo "omogoča dostop do eksponencialno večjega prostora za računanje" kot klasični računalnik. Kvantni računalnik, na primer, s 300 kubiki (N qubits = 2N klasični biti) bi lahko obdelali več bitov informacij, kot so delci v vesolju.
To je veliko bitov. Toda od tu do tam bo potrebno nekaj narediti.