Quantum Computing Forklart (Som Du Er En 5 år gammel)

Konseptet "Quantum Computing" har nylig gått viralt - takket være en bestemt statsminister - er et av de mange ukjente områdene av vitenskap av oss ikke-vitenskapelige peeps.

Årsaken til at de fleste av oss ikke har hørt om det ennå, til tross for at det har eksistert i flere tiår, er det for det meste det er teoretisk og de som eksperimenterte på det i begynnelsen var veldig hush-hush om det på grunn av Behovet for militær og bedriftshemmelighet.

Ikke desto mindre vet vi nå at en kvantemekanikk og datakombinasjon eksisterer, og plutselig er dette innenfor alle interesser. Hvis du ikke vet hva en kvantecomputer, men ikke vil bli utelatt, les videre for å finne ut hvorfor det er bedre enn de tradisjonelle datamaskinene vi jobber med i dag.

Av tradisjonelle datamaskiner og biter

Datamaskiner er for det meste digital-elektroniske og vil samhandle med data representert i binære sifre kjent som biter (0 og 1). Det er bilder, tekst, lyd eller andre data - det er alt lagret i biter.

Fysisk kan de binære tallene 0 og 1 være representert ved hjelp av en to-statlig enhet som en mynt (hodet og halen) eller en bryter (på eller av). I datamaskiner er biter den tilstedeværelse eller fravær av spenning (1 eller 0), eller endring eller bevaring av magnetisk retning i magnetiske harddisker.

Data manipuleres ved å beregne de lagrede bitene. Beregning skjer ved hjelp av logiske porte som vanligvis består av transistorer som styrer passeringen av elektronisk signal. Hvis det tillater signalet å passere gjennom, er det bit 1 og hvis signalet er avskåret, er det 0.

Grensene til transistorer

Med den stadig krympende chipstørrelsen og voksende antall komponenter kan elektroniske enheter komme med millioner av transistorer som kan være så små som 7nm (som er 1000 ganger mindre enn en rød blodcelle og bare 20 ganger større enn noen atomer).

Størrelsen på transistorer kan fortsette å krympe, men til slutt kommer de til å treffe en fysisk grense der elektroner bare vil tunnelere gjennom dem og Det vil ikke være noen kontroll over den elektroniske signalstrømmen.

For det stadig voksende behovet for kraftig beregning og mindre enheter, en størrelsesgrense på en grunnleggende elektronisk komponent er en fremskritt. Forskere leter etter nye måter som ta mindre tid og plass til å beregne og lagre data, og en av måtene vi kan bruke er kvantumberegning.

Qubits, Superposition og Entanglement

Quantum computing bruker qubits i stedet for biter for å representere data. Qubits er representert ved bruk av kvantepartikler som elektroner og fotoner.

Kvantumpartikler har egenskaper som spin og polarisering som kan brukes til å representere data. For eksempel kan en qubit-spinn oppover være 1 og nedover 0.

Men kraften i kvanteberegning kommer fra det faktum at i motsetning til biter som er enten 1 eller 0, qubits kan være 1 og 0 samtidig, på grunn av en eiendom som kalles super, hvor kvantepartikler er i flere stater samtidig.

Dette øker beregningskraften til qubit, siden den kan brukes til både 1 og 0 under beregning og til slutt, en gang målt, det blir enten 1 eller 0.

Overordnet eiendom kan lett forklares med et berømt tankeeksperiment gjort på en imaginær katt av Schrödinger, en østerriksk fysiker.

I kvanteverdenen er det også en annen egenskap som kan utnyttes i databehandling quantum entanglement. Det refererer i utgangspunktet til quantum partikler 'egenskaper som blir entangled og bli avhengig av hverandre og kan derfor ikke endres separat.

De oppfører seg som et enkelt system med en total tilstand.

La oss si at 2 qubits gjennomgår entanglement, hvis en av kvittens tilstand er forandret, vil den andre endres også. Dette fører til ekte parallellbehandling eller databehandling som kan kutte beregningstiden betydelig sammenlignet med tradisjonelle datamaskiner.

Vanskeligheter og bruksområder

Det er mange praktiske hindringer som skal overvinnes av forskerne og ingeniører, som skaper et kontrollert miljø for qubits og finne måter å manipulere sine egenskaper på, å produsere et ønsket utfall.

Men når kvante datamaskiner med høy beregnende kraft til slutt er opprettet, kan de brukes til å løse problemer som ellers ville ta veldig lang tid skal fylles ut av tradisjonelle datamaskiner.

Finne hovedfaktorer av store tall, det reisende selgerproblemet for et stort antall byer og andre lignende problemer krever et eksponentielt antall sammenligninger for å få resultats. Også, å søke gjennom kolossale databaser er fortsatt en svært tidkrevende prosess for likestrøm digitale datamaskiner.

Disse problemene kan løses med kvante datamaskiner, som kan løse problemer som kan ta århundrer i tradisjonelle datamaskiner, om noen minutter.

(H / T: IBM)