Computer computing hjælper os med at gøre, hvad vi ikke ønsker eller ikke kan gøre hovedsageligt på grund af kompleksitet på grund af sandsynligheden for ufrivillige fejl og på grund af tiden. For eksempel hæve et tal til den 128. grad i sindet.

Formålet med og brugen af ​​en kvantecomputer.

Hvad er en kvantecomputer?

Den mest magtfulde kvantecomputer (QC) er - eller snarere ville være - en helt anden mekanisme, forskellig fra alt, der nogensinde er skabt af mennesket. De mest magtfulde servere i dag ligner kun en lille del af, hvad en fuldstrøget kvantecomputer i sidste ende kan gøre.

Simpelthen er målet med forskning inden for kvantemåling at finde frem til midler til at fremskynde udførelsen af ​​langbølgeinstruktioner. Det ville være forkert at sige, at CC kører programmer hurtigere end en pc eller x86-server. "Programmet" for QC er en helt anden kodningsordre end nogensinde eksisterende for en binær processor. Efter fødslen af ​​computere blev der udført komplekse fysiske beregninger, som i 1940'erne hjalp USA til at skabe en atombombe. Efter transistorens opfindelse blev dimensionerne af disse systemer signifikant reduceret. Så kom ideen om parallelle processorer til at arbejde på opgaver samtidigt.

Quantum computing er bare det næste skridt. Der er mange problemer, at moderne computere kræver lang tid at løse, for eksempel at løse et lineært system af ligninger, optimere parametre for støttevektorer, finde den korteste vej gennem en vilkårlig sektion eller søge i den ustrukturerede liste. Disse er ret abstrakte problemer nu, men hvis du ved lidt om algoritmer eller programmering, kan du se, hvor nyttigt dette kan være. For eksempel blev grafikprocessorer (GPU'er) opfundet med det ene formål at gengive trekanter og derefter fusionere dem i en to- eller tredimensionel verden. Og nu er Nvidia et milliard dollar selskab. Er der nogen teknologier til kvantemetode eller nogle af dens historiske derivater, som folk nu finder god brug? Med andre ord, hvad gør en kvante faktisk og til hvem tjener den direkte?

Hvad er en kvantecomputer til?

Navigation. Dette er en af ​​de vigtigste anvendelser af kvantecomputere. GPS-systemet kan ikke fungere overalt på planeten, især under vand. QC kræver, at atomer er underkølet og suspenderet i en tilstand, der gør dem særligt følsomme. I et forsøg på at udnytte dette søger konkurrerende forskergrupper at udvikle en slags kvanteaccelerometer, der kan give meget nøjagtige bevægelsesdata. De vigtigste bidrag til udviklingen af ​​industrien gør det franske laboratorium for fotonik og nanovidenskab. Et levende eksempel på dette er et forsøg på at oprette en hybrid komponent, der kombinerer et accelerometer med en klassisk en og bruger derefter et high-pass filter til at subtrahere klassiske data fra kvante data. Resultatet, hvis det gennemføres, vil være et yderst præcist kompas, der eliminerer forskydningen og driften af ​​skalafaktoren, som normalt er forbundet med gyroskopiske komponenter.

Seismologien. Den samme ekstreme følsomhed kan bruges til at detektere tilstedeværelsen af ​​olie- og gasaflejringer samt potentiel seismisk aktivitet på steder, hvor konventionelle sensorer endnu ikke er blevet anvendt. I juli 2017 viste QuantIC, hvordan et kvante gravimeter detekterer tilstedeværelsen af ​​dybt skjulte objekter ved at måle svingninger i et tyngdefelt. Hvis en sådan enhed ikke kun er praktisk, men også bærbar, mener teamet, at det kan blive uvurderligt i et tidligt varslingssystem til forudsigelse af seismiske hændelser og tsunamier. Pharmaceuticals. I forgrunden er der forskning i bekæmpelse af sygdomme som Alzheimers sygdom og multipel sklerose; forskere bruger software, som simulerer adfærd af kunstige antistoffer på molekylær niveau.

Fysik. Dette er faktisk grunden til selve eksistensen af ​​konceptet. Under sin tale i 1981 ved Caltech foreslog professor Richard Feynman, far til quantumelektrodynamik (QED), at den eneste måde at opbygge en vellykket simulering af den fysiske verden på quantumniveau er en maskine, der overholder kvantefysik og mekanikens love. Det var under denne tale, som professor Feynman forklarede, og resten af ​​verden indså, at det ikke ville være nok for en computer at generere et sandsynlighedsbord og hvordan man rullede terningerne. For at opnå resultater, som fysikerne selv ikke ville kalde apokriske, ville der kræves en mekanisme, der opførte sig i samme vene som den adfærd, som han havde til hensigt at efterligne.

Maskinindlæring. Den største teori for tilhængere er, at sådanne systemer kan tilpasses til "studere" statsmønstre i store parallelle bølger og ikke i efterfølgende scanninger. Almindelig matematik kan beskrive et sæt sandsynlige resultater i form af vektorer i et vildkonfigurationsrum. Afkodning. Her er endelig det gennembrud, der kastede det første lyse lys på sådanne beregninger. Hvad gør krypteringskoder så komplekse, selv for moderne klassiske computere, er, at de er baseret på ekstremt mange faktorer, der kræver en stor mængde tid at gætte ved matchende metode. En fungerende QC skal isolere og identificere sådanne faktorer inden for få minutter, hvilket gør RSA-kodningssystemet effektivt forældet.

Kryptering. Konceptet, kaldet quantum key distribution (QKD), giver et teoretisk håb om, at de typer af offentlige og private nøgler, som vi bruger i dag til at kryptere meddelelser, kan erstattes af nøgler, der er genstand for entanglementeffekter. I teorien vil enhver tredjepart, der knækkede nøglen og forsøgte at læse meddelelsen, straks ødelægge meddelelsen for alle. Det kan naturligvis være nok. Men QKD-teorien er baseret på en enorm antagelse, der endnu ikke er testet i den virkelige verden: at de værdier, der er opnået ved hjælp af indviklede qubits, selv er sammenfaldende og udsat for effekter, uanset hvor de går.

Hvad er forskellen mellem en kvantecomputer og en almindelig?

En klassisk computer udfører beregninger ved hjælp af bits, der er 0 ("off") og 1 ("on"). Det bruger transistorer til at behandle information i form af sekvenser af nuller og såkaldte computer binære sprog. Flere transistorer, flere behandlingsmuligheder - dette er den største forskel. QC bruger kvante mekanikernes love. Ligesom en klassisk computer, der bruger nuller og dem. Disse tilstande kan nås i partikler på grund af deres indre vinkelmoment, kaldet spin. To tilstande 0 og 1 kan repræsenteres i bagpartiklerne. For eksempel repræsenterer en uret rotation 1 og en mod uret repræsenterer 0. Fordelen ved at bruge QC er at en partikel kan være i flere tilstande på samme tid. Dette fænomen kaldes superposition. På grund af dette fænomen kan QC samtidig nå tilstand 0 og 1. Således er information i en klassisk computer udtrykt i form af et tal 0 eller 1. QC bruger udgange, der beskrives som 0 og 1 på samme tid, hvilket giver større beregningsevne.

Hvordan gør en kvantecomputer

Quantum computing er computing ved hjælp af kvantemekaniske fænomener som superposition og entanglement. QC er en enhed, der udfører quantum computing og består af mikroprocessorer. En sådan computer er helt forskellig fra binære digitale elektroniske computere baseret på transistorer og kondensatorer. Mens konventionelle digitale beregninger kræver, at dataene indkodes til binære cifre (bits), som hver især altid er i en af ​​to specifikke tilstande (0 eller 1), bruger kvanteberegning bit eller qubits, som kan være i en superposition. Enheden af ​​quantum Turing-maskine er en teoretisk model af en sådan computer og er også kendt som den universelle QC. Området med kvantecomputere blev startet af værkerne Paul Benioff og Yuri Manin i 1980, Richard Feynman i 1982 og David Deutsch i 1985.

Princippet om kvantecomputeren

Siden 2018 er princippet om drift af kvantecomputere stadig i sin barndom, men eksperimenter er blevet udført, hvor kvante beregningsoperationer blev udført med et meget lille antal kvantebiter. Både praktisk og teoretisk forskning pågår, og mange nationale regeringer og militære agenturer finansierer forskning i kvantemåling i yderligere bestræbelser på at udvikle kvantecomputere til civile, forretningsmæssige, handelsmæssige, miljømæssige og nationale sikkerhedsmål, såsom kryptanalyse. Storskalige kvantecomputere kan teoretisk arbejde for at løse bestemte problemer meget hurtigere end nogen klassisk computer, der til dato bruger de bedste algoritmer, såsom integerfaktorisering ved hjælp af Shore-algoritmen (som er en kvantealgoritme) og modellering af kvantesættet af systemkroppe.

Der er kvantehandlinger, såsom Simon algoritmen, der løber hurtigere end enhver mulig probabilistisk klassisk algoritme. En klassisk computer kan i princippet (med eksponentielle ressourcer) model en kvantealgoritme, da kvantecomputering ikke overtræder Church-Turing-afhandlingen. På den anden side kan kvantecomputere effektivt løse problemer, der ikke er praktisk muligt på klassiske computere.