Pengkomputeran Kuantum Dijelaskan (Seperti Anda Adakah 5 Tahun Lama)

Konsep "Pengkomputeran Kuantum" baru-baru ini akan menjadi virus - terima kasih kepada Perdana Menteri tertentu - adalah salah satu daripada banyak sains sains yang belum diterokai oleh kami peeps bukan saintifik.

Alasan kebanyakan kita belum pernah mendengarnya walaupun walaupun selama beberapa dekad, adalah sebahagian besarnya itu teori dan mereka yang bereksperimen di atasnya pada permulaannya sangat hush-hush kira-kira kerana keperluan kerahsiaan ketenteraan dan korporat.

Walau bagaimanapun, sekarang kita tahu bahawa satu mekanik kuantum dan gabungan pengkomputeran wujud dan tiba-tiba ini berada di dalam skop minat semua orang. Sekiranya anda tidak tahu apa yang ada dalam komputer kuantum tetapi tidak mahu ditinggalkan dari gelung, bacalah untuk mengetahui mengapa ia lebih baik daripada komputer tradisional yang kami bekerjasama dengan hari ini.

Komputer Tradisional dan Bit

Komputer kebanyakannya digital-elektronik dan akan berinteraksi dengan data yang diwakili dalam digit binari yang dikenali sebagai bit (0 dan 1). Sama ada imej, teks, audio atau apa-apa data lain - ia semua disimpan dalam bit.

Secara fizikal, nombor binari 0 dan 1 boleh diwakili menggunakan mana-mana entiti dua negeri seperti syiling (kepala dan ekor) atau suis (hidup atau mati). Dalam komputer, bit adalah kehadiran atau ketiadaan voltan (1 atau 0), atau perubahan atau pemeliharaan arah magnet dalam cakera keras magnetik.

Data dimanipulasi dengan mengira bit tersimpan. Pengiraan dilakukan oleh pintu logik yang biasanya terdiri daripada transistor yang mengawal laluan isyarat elektronik. Jika ia membenarkan isyarat untuk melewati, ia adalah bit 1 dan jika isyarat itu terputus, ia adalah 0.

Had Transistor

Dengan saiz cip yang semakin mengecil dan semakin banyak komponen, alat elektronik boleh datang dengan berjuta-juta transistor yang boleh sekecil 7nm (iaitu 1000 kali lebih kecil daripada sel darah merah dan hanya 20 kali lebih besar daripada beberapa atom).

Saiz transistor boleh terus mengecil tetapi akhirnya, mereka akan memukul had fizikal di mana elektron akan terowong melalui mereka dan tidak akan ada kawalan ke atas aliran isyarat elektronik.

Untuk keperluan yang semakin meningkat pengiraan yang kuat dan peranti yang lebih kecil, had saiz pada komponen elektronik asas adalah kemunculan kemajuan. Para saintis mencari cara baru itu mengambil masa dan ruang untuk mengira dan menyimpan data, dan salah satu cara yang boleh kita gunakan ialah pengkomputeran kuantum.

Qubits, Superposition and Entanglement

Pengkomputeran kuantum menggunakan qubit bukan bit untuk mewakili data. Qubit diwakili menggunakan zarah kuantum seperti elektron dan foton.

Zarah kuantum mempunyai sifat seperti spin dan polarisasi yang boleh digunakan untuk mewakili data. Sebagai contoh, qubit berputar ke atas boleh menjadi 1 dan ke bawah 0.

Tetapi kuasa pengkomputeran kuantum datang dari fakta bahawa tidak seperti bit yang sama ada 1 atau 0, qubit boleh 1 dan 0 pada masa yang sama, kerana harta yang dipanggil superposisi, di mana zarah kuantum berada dalam pelbagai negeri pada masa yang sama.

Ini meningkatkan kuasa pengiraan qubit, kerana ia boleh digunakan untuk kedua-dua 1 dan 0 semasa pengiraan dan pada akhirnya, sekali diukur, ia menjadi sama ada 1 atau 0.

Hartanah superposisi dapat dengan mudah dijelaskan oleh percobaan pemikiran yang terkenal yang dilakukan pada kucing khayalan oleh Schrödinger, ahli fizik Austria.

Di dunia kuantum, terdapat juga harta lain yang boleh dimanfaatkan dalam pengkomputeran kekeliruan kuantum. Ia pada dasarnya merujuk kepada sifat zarah kuantum yang tersumbat dan menjadi bergantung pada satu sama lain dan dengan itu tidak boleh diubah secara berasingan.

Mereka bertindak seperti satu sistem dengan keadaan keseluruhan.

Katakan 2 qubits mengalami gangguan, jika salah satu keadaan qubit berubah, yang lain akan berubah juga. Ini membawa kepada pemprosesan atau pengkomputeran yang sejajar yang dapat mengurangkan masa pengkomputeran dengan ketara berbanding dengan komputer tradisional.

Kesukaran dan Kegunaan

Terdapat banyak rintangan praktikal untuk diatasi oleh saintis dan jurutera, seperti mewujudkan persekitaran terkawal untuk qubit dan mencari jalan untuk memanipulasi harta benda mereka, untuk menghasilkan hasil yang diingini.

Tetapi apabila komputer kuantum dengan kuasa pengkomputeran yang tinggi akhirnya dicipta, mereka boleh digunakan untuk menyelesaikan masalah yang sebaliknya mengambil masa yang lama untuk disiapkan oleh komputer tradisional.

Menemukan faktor utama bilangan besar, masalah jualan jurujual untuk sebilangan besar bandar raya, dan masalah lain yang serupa memerlukan bilangan perbandingan yang tinggi untuk mendapatkan hasils. Juga, mencari melalui pangkalan data kolosal masih merupakan proses yang sangat memakan waktu untuk komputer digital yang ada sekarang.

Isu-isu ini boleh ditangani dengan komputer kuantum, yang boleh menyelesaikan masalah yang boleh berabad-abad dalam komputer tradisional, dalam masa beberapa minit.

(H / T: IBM)