▷ Što je kvantni procesor i kako radi?

Možda se pitate što je kvantni procesor i kako to funkcionira ? U ovom ćemo članku zaviriti u ovaj svijet i pokušati saznati više o tom čudnom biću koje će možda jednog dana biti dio naše prekrasne RGB šasije, kvantno, naravno.

Sadržaj indeks

Kao i sve u ovom životu, ili se prilagođavate ili umirete. I upravo se to događa s tehnologijom, i to ne točno kroz niz milijuna godina kao živa bića, već za nekoliko godina ili mjeseci. Tehnologija napreduje vrtoglavim tempom i velike tvrtke neprestano uvode inovacije u svoje elektroničke komponente. Više energije i manje potrošnje za zaštitu okoliša prostori su koji su danas u modi. Došli smo do točke kada minijaturizacija integriranih krugova gotovo doseže fizičku granicu. Intel kaže da će biti 5 nm, a osim toga neće postojati valjani Mooreov zakon. Ali još jedan lik dobiva snagu, a to je kvantni procesor. Ubrzo počinjemo objašnjavati sve njegove prednosti.

S IBM-om kao prethodnikom, velike tvrtke poput Microsofta, Googlea, Intel-a i NASA-e već su osnažene u borbi za utvrđivanje tko može izgraditi najpouzdaniji i najmoćniji kvantni procesor. A to je sigurno bliska budućnost. Vidimo o čemu se radi u ovom kvantnom procesoru

Trebamo li kvantni procesor

Trenutni procesori temelje se na tranzistorima. Pomoću kombinacije tranzistora grade se logička vrata koja obrađuju električne signale koji prolaze kroz njih. Ako se pridružimo nizu logičkih vrata, dobit ćemo procesor.

Problem je tada u njegovoj osnovnoj jedinici, tranzistorima. Ako ih minijaturiziramo, možemo ih smjestiti na više mjesta, pružajući veću moć obrade. Ali naravno, za sve to postoji fizička granica, kada dođemo do tranzistora toliko malih da su redom nanometara, pronalazimo probleme za elektrone koji kruže unutar njih da to ispravno odrade. Postoji mogućnost da oni iskoče iz svog kanala, sudaraju se s drugim elementima unutar tranzistora i uzrokuju kvarove u lancu.

Upravo je u tome problem što trenutno postižemo granicu sigurnosti i stabilnosti za proizvodnju procesora pomoću klasičnih tranzistora.

Kvantno računanje

Prvo što moramo znati je što je kvantno računanje, a nije lako objasniti. Ovaj se koncept razlikuje od onoga što danas poznajemo kao klasično računanje, koje koristi bite ili binarna stanja električnog impulsa od "0" (0, 5 volti) i "1" (3 volta) da bi formirali logičke lance računskih podataka.

Uza.uz font

Kvantno računanje sa svoje strane koristi izraz kbit ili lakat da bi se odnosilo na djelotvorne informacije. Qubit ne sadrži samo dva stanja kao što su 0 i 1, već također može istovremeno sadržavati 0 i 1 ili 1 i 0, to jest, može ta dva stanja istovremeno. To znači da nemamo element koji uzima diskretne vrijednosti 1 ili 0, ali, budući da može sadržavati oba stanja, ima kontinuiranu prirodu i unutar njega, određena stanja koja će biti više i manje stabilna.

Što više qubita više informacija može biti obrađeno

Upravo u sposobnosti da postoje više od dva stanja i da se imaju nekoliko takvih istovremeno, leži i njegova moć. Možda ćemo moći istovremeno izvršiti više izračuna i za manje vremena. Što više qubita može biti obrađeno više informacija, u tom je smislu slično tradicionalnim procesorima.

Kako funkcionira kvantno računalo

Operacija se temelji na kvantnim zakonima koji upravljaju česticama koje tvore kvantni procesor. Sve čestice osim protona i neutrona imaju i elektrone. Ako uzmemo mikroskop i vidimo tok čestica elektrona, mogli bismo vidjeti da imaju ponašanje slično kao u valovima. Ono što karakterizira val je da je to prijenos energije bez transporta materije, na primjer, zvuka, to su vibracije koje ne možemo vidjeti, ali znamo da oni putuju zrakom dok ne dođu do naših ušiju.

Pa, elektroni su čestice koje se mogu ponašati ili kao čestica ili kao val i to je ono što uzrokuje da se stanja preklapaju i da se 0 i 1 mogu pojaviti u isto vrijeme. Kao da su se projicirale sjene nekog predmeta, pod jednim kutom pronalazimo jedan oblik, a drugi oblik drugog. Spoj dviju formira oblik fizičkog objekta.

Dakle, umjesto dvije vrijednosti 1 ili 0 koje znamo kao bitove, a temelje se na električnim naponima, ovaj procesor može raditi s više stanja koja se nazivaju kvantima. Kvant, osim mjerenja minimalne vrijednosti koju veličina može potrajati (na primjer 1 volt), također je sposoban mjeriti i najmanju moguću varijaciju koju ovaj parametar može doživjeti prilikom prelaska iz jednog stanja u drugi (na primjer, moći razlikovati oblik objekta pomoću dvije istodobne sjene).

Možemo istovremeno imati 0, 1 i 0 i 1, to jest bitove jedan na drugi

Da budemo jasni, možemo istovremeno imati 0, 1 i 0 i 1, to jest bitove jedan na drugi. Što više qubita imamo više bita jedan nad drugim, a tada možemo imati i više vrijednosti. Na ovaj ćemo način u 3-bitnom procesoru morati obaviti zadatke koji imaju jednu od ovih 8 vrijednosti, ali ne više od jedne. s druge strane, za procesor od 3 kbita imat ćemo česticu koja može oduzeti osam stanja odjednom i tada ćemo moći obavljati zadatke s osam operacija istovremeno

Da bismo nam dali ideju, trenutno najmoćnija procesorska jedinica ikad stvorena je s kapacitetom od 10 teraflopa ili što je isto operacija s pomičnom točkom od 10 milijardi u sekundi. Procesor od 30 kbita mogao bi obaviti isti broj operacija. IBM već ima 50-bitni kvantni procesor i još uvijek smo u eksperimentalnoj fazi ove tehnologije. Zamislite koliko možemo ići jer možete vidjeti kako su performanse mnogo veće nego u normalnom procesoru. Kako se povećavaju kiti kvantnog procesora, operacije koje on može izvoditi eksponencijalno se množe.

Kako možete stvoriti kvantni procesor

Zahvaljujući uređaju koji može raditi s neprekidnim stanjima, umjesto da ima samo dvije mogućnosti, moguće je preispitati probleme koje do sada nije bilo moguće riješiti. Ili također riješiti trenutne probleme na brži i učinkovitiji način. Sve ove mogućnosti otvaraju se kvantnim strojem.

Da bismo „kvantizirali“ svojstva molekula, moramo ih dovesti do temperature blizu apsolutne nule.

Da bismo postigli ova stanja, ne možemo koristiti tranzistore temeljene na električnim impulsima koji će na kraju biti ili 1 ili 0. Da bismo to postigli, morat ćemo se pozabaviti dalje, posebno zakonima kvantne fizike. Morat ćemo osigurati da ovi kbit fizički formirani od čestica i molekula mogu učiniti nešto slično onome što rade tranzistori, odnosno uspostaviti međusobne odnose na kontrolirani način, tako da nam nude informacije koje mi želimo.

To je ono što je doista komplicirano i što treba svladati u kvantnom računanju. Da bismo „kvantizirali“ svojstva molekula koje čine procesor, moramo ih dovesti do temperature blizu apsolutne nule (-273, 15 stupnjeva Celzija). Da bi stroj znao razlikovati jedno stanje od drugog, moramo ih razlikovati, na primjer, strujom od 1 V i 2 V, ako stavimo napon od 1, 5 V, stroj neće znati da je to jedno ili drugo. I to se mora postići.

Nedostaci kvantnog računanja

Glavni nedostatak ove tehnologije je upravo u kontroli tih različitih stanja kroz koja materija može proći. S istodobnim stanjima vrlo je teško izvesti stabilne proračune koristeći kvantne algoritme. To se zove kvantna nedosljednost, iako nećemo ići u nepotrebne vrtove. Ono što moramo razumjeti je da što ćemo više kita imati više stanja i što je veći broj država to ćemo imati veću brzinu, ali i teže kontrolirati bit će pogreške u promjenama materije koje se događaju.

Nadalje, norme koje upravljaju ovim kvantnim stanjima atoma i čestica kažu da nećemo moći promatrati proces računanja dok se on odvija, jer ako se u njega miješamo, nanesena stanja bi bila u potpunosti uništena.

Kvantna stanja su izuzetno krhka, a računala moraju biti u potpunosti izolirana pod vakuumom i na temperaturama blizu apsolutne nule da bi se postigla stopa pogreške od 0, 1%. Ili proizvođači tekućeg hlađenja stave baterije ili nam ponestane kvantnog računala za Božić. Zbog svega toga, barem u srednjem roku postojat će kvantna računala za korisnike, možda će ih biti nekoliko distribuiranih širom svijeta u traženim uvjetima, a mi im možemo pristupiti putem interneta.

aplikacije

Svojom procesorskom snagom ovi će se kvantni procesori koristiti uglavnom za znanstveni proračun i za rješavanje prethodno nerešivih problema. Prvo od područja primjene moguća je kemija, upravo zato što je kvantni procesor element koji se temelji na kemiji čestica. Zahvaljujući ovome moglo bi se proučavati kvantna stanja materije, koja su danas nemoguća za rješavanje konvencionalnim računalima.

• Preporučujemo čitanje najboljih procesora na tržištu

Nakon toga mogla bi imati aplikacije za proučavanje ljudskog genoma, istraživanje bolesti itd. Mogućnosti su ogromne, a tvrdnje stvarne, tako da samo možemo čekati. Bit ćemo spremni za pregled kvantnog procesora!