Понятие и принцип работы квантового компьютера. Чем квантовые компьютеры отличаются от обычных

Все эти процессы значительно преобразуются благодаря вычислительной мощности квантовых компьютеров. Работа решается немедленно, в течение нескольких часов или дней.

Что такое квантовый компьютер и когда он будет изобретен

Компьютеры, используемые сегодня, основаны на транзисторах. Транзисторы позволяют контролировать, производить и направлять электроэнергию в системах устройств. Έτσι, όλες οι εργασίες του υπολογιστή και η επεξεργασία των πληροφοριών λειτουργεί σε δυαδικό σύστημα, δηλαδή κρυπτογραφούνται σε συνδυασμό μονάδων και μηδενικών και με έναν τέτοιο δυαδικό κώδικα μπορεί να γραφτεί το «Σ’ αγαπώ». 00000100010001000101001010000111101100001101000100011000110001000100111111111111), αν και το см. письмо Татьяне (возможно, без приведения примеров).

Компьютерная двоичная система проходит через биты — наименьшую единицу информации, затем переходит к байтам (8 бит) и т.д., но сначала все хранится в битах. Действие Вся информация сбрасывается, и компьютер начинает новое задание.

В квантовом компьютере операционная система основана не на битах, а на кубитах. Этих единиц немного меньше; кубиты — это значения 0, 1 и промежуточные цены. Таким образом, более переменные цены используются свободно и являются активными и неактивными одновременно. Это как кот Шрейдера, который может быть жив и мертв одновременно, только в этом случае у него могут быть или не быть котята, и все они живы и мертвы одновременно.

Что дает эта кубитность?

Устройства, работающие в таких системах, могут выполнять задачи одновременно, так как транзисторный компьютер работает очень долго. Например, утверждается, что квантовая машина Sycamore была создана компанией Google в течение нескольких минут с использованием транзисторного компьютера возрастом 10 000 лет. Это означает, что многие операции и системы, обеспечивающие безопасность личных данных и платежной информации, могут быть раскрыты. Однако все не так страшно и драматично, чтобы мы спешили вытащить все деньги из газет и поднять их на Tyga.

Полностью автономный квантовый компьютер остается виртуальной моделью, а существующие сегодня конструкции называются квантовыми двигателями, подключенными к транзисторным компьютерам и работающими через них. И пока ученые сомневаются, что квантовые компьютеры завоюют рынок и станут доступны обычным пользователям. Технология точна в производстве и очень сложна в обслуживании. Одновременно во множестве ситуаций системы кубитов сложны и нестабильны, и чем больше кубитов, тем сложнее поддерживать систему.

Как вы понимаете, на таком компьютере, как у него, нельзя поставить старое окно, посмотреть интересный фильм или послушать подкаст. Но зачем его использовать?

Он выполняет сложные вычислительные задачи.

Например, квантовый компьютер может выполнять разложение на множители — функцию, используемую для шифрования платежных и банковских данных.

Изучите возможности механического обучения.

Квантовые компьютеры постепенно включаются в исследования в области машинного обучения, поскольку они могут одновременно изучать детали. В частности, квантовые компьютеры используются для обучения беспилотных автомобилей.

Моделирование и визуализация

Ожидается, что квантовые компьютеры можно будет использовать для построения моделей сложных природных процессов, происходящих на молекулярном уровне.

Например, квантовый компьютер может выполнять разложение на множители — функцию, используемую для шифрования платежных и банковских данных.

Что такое квантовый компьютер

Нет сомнений в том, что квантовые компьютеры существуют уже сегодня. Если недавно они были лишь плодом воображения ученых, то теперь это вполне осязаемые объекты, и мы можем увидеть, как будет выглядеть реальная реализация системы.

Проще говоря, квантовый компьютер — это вычислительная машина, использующая законы квантовой механики. Машина выполняет определенные задачи более эффективно, чем простой компьютер, который хранит данные бит за битом.

Квант.

КК использует квантовые алгоритмы, которые используют такие эффекты, как суперпозиция и квантовая запутанность. В расчетах используются квантовые биты (квантовые частицы), которые могут находиться в двух состояниях одновременно. Это означает, что если бит принимает одно из двух возможных значений, 0 или 1, то на кубите будет и 0, и 1. Это позволяет КК обрабатывать данные и выполнять математические задачи в тысячи раз быстрее, чем обычно. Вместо того, чтобы выполнять комбинации, как это делают суперкомпьютеры, квантовые системы вычисляют ответы со сверхбыстрой скоростью. Эти возможности открывают путь к решению проблем, которые сегодня невозможны или требуют значительных временных затрат.

История компьютеров нового поколения уходит корнями в 1981 год, когда впервые заговорили об использовании квантовых систем для вычислений. В то время до физических реализаций было еще далеко, первые практические алгоритмы для КК появились только в 1994 году, а первая двухбитная машина была создана в Калифорнийском университете Беркли в 1998 году. Экспериментальные модели создавались на протяжении десятилетий группами ученых в разных странах, наиболее успешными в этой области были IBM и Google.

Квантовый компьютер IBM.

Конкуренция среди ведущих компаний в самом разгаре. В июне 2020 года компания Honeywell объявила о создании самого мощного на сегодняшний день квантового компьютера. По словам компании, устройство в два раза мощнее квантовых систем IBM и Google и может решать задачи, на которые у обычных компьютеров ушли бы тысячи лет, за считанные минуты. Разработка Honeywell была впечатлена рекордной производительностью 64 квантовых объемов. Ядром системы является стальной шар размером с баскетбольный мяч, охлажденный до -262,7°C жидким гелием. В нем содержатся захваченные ионы, образованные из атомов, которые перестают двигаться под воздействием низких температур и управляются лазерными импульсами.

Для чего нужен квантовый компьютер

Быстрая обработка больших массивов данных с помощью новых технологий помогает решить множество проблем и затрагивает самые разные области. Например, QC занимается разложением чисел, состоящих из многих цифр, на простые числа всего за несколько секунд (сам процесс не сложен, но требует много времени. Это основа современной криптографии), а также решение ряда аналогичных задач. Кроме того, технология хорошо подходит для моделирования сложных ситуаций, например, для расчета физических свойств элементов на молекулярном уровне.

Основные применения квантовых компьютеров:.

На данном этапе квантовые компьютеры нестабильны и сложны в производстве, поэтому в настоящее время могут быть разработаны только высокопроизводительные системы, использующие один алгоритм, предназначенный для очень узкого круга задач.

Чем отличается квантовый компьютер от обычного

За 30 лет, прошедших с момента появления концепции «квантового компьютера», научные разработки сделали этот тип вычислительной системы реальностью, но недоступной для обычного пользователя. Квантовые компьютеры основаны на уникальном поведении, которое принципиально отличается от обычных привычных машин, что объясняется квантовой механикой.

Различия между квантовыми и обычными компьютерами

Эти устройства могут решать математические задачи за секунды, в то время как обычным компьютерам требуются миллиарды лет. Компания Sycamore Quantum Machines утверждала, что типичный суперкомпьютер может выполнить расчет за три минуты, зарабатывая 10 000 лет. Это явление называется «квантовое превосходство».

Функциональные различия между КК и ПК

Привычные компьютеры, которые знают все современные люди, а также смартфоны, планшеты и ноутбуки, хранят информацию в битах, которые получают значение 0 или 1, и могут представлять любую информацию, будь то текст или картинки, с помощью нулей и единиц. Фундаментальное отличие и преимущество квантовых компьютеров заключается в используемом операционном блоке, который называется кубитом (или квантовым битом). Кубит находится в состоянии неопределенности. Это означает, что они могут находиться в разных ситуациях одновременно, пропорционально коту Шредингера.

Квантовые компьютеры зачастую быстрее и мощнее обычных компьютеров, но принципы их работы настолько отличаются, что они не подходят для решения большинства повседневных задач.

Ученые еще не определили, какие квантовые объекты лучше всего подходят для новой технологии в качестве кубитов. Они рассматривают фотоны, электроны и другие частицы. Другой вопрос — волатильность кубитов. Для проверки этих частиц необходимо очень сильное охлаждение.

Проблемы квантовых компьютеров

У квантовых компьютеров есть серьезные проблемы. Из-за своих особых возможностей кубиты нуждаются в достаточно спокойной среде для считывания данных. Каждое, даже самое незначительное возмущение делает невозможным точное определение положения.

Для классических компьютеров такие проблемы также играли важную роль в прошлом, но сегодня они не настолько важны, чтобы их часто игнорировали, даже в академической науке.

Для классических устройств вероятность ошибки составляет примерно 1 к 10 17 битам. В случае с квантовыми компьютерами она исчисляется сотнями. Это означает, что квантовые компьютеры работают в условиях максимальной изоляции, функционируя при температуре -272 градуса Цельсия, то есть чуть выше абсолютного нуля. Колебания температуры, изменения в электромагнитном поле и даже движение могут разрушить весь расчет.

Другой проблемой является «нестабильность» квантовых ситуаций. Каждый раз, когда вы хотите посчитать или нарушить квантовую ситуацию, вы возвращаетесь в одну из двух позиций. Квантовая ситуация растворяется. Этот процесс называется квантовым распадом.

Рассмотрим следующее. Квантовые компьютеры — это компетентные математики, выполняющие сложные вычисления, результаты которых варьируются от 0 до 1 миллиона. Мы, в свою очередь, дети, которые понимают, что чего-то слишком много или слишком мало. Математик может каждый раз получать разные результаты, например 184662 или 356670, но в отличие от нашего понимания мира, каждый из них классифицируется в один из двух «мешков». Это и есть квантовое разложение.

Для чего мы будем использовать квантовые компьютеры?

Уже есть некоторые планы и проблемы, но если квантовые компьютеры получат широкое распространение, то наиболее интересное направление для использования кубитов, вероятно, будет известно.

Одним из самых популярных методов и наиболее обсуждаемым аспектом квантовой информационной технологии является шифрование. Этот метод передачи информации очень безопасен, а безопасность основана на законах физики, а не на вычислительных трудностях, утверждая, что некоторые вещи просто невозможны.

Безопасность в этом случае гарантируется естественными свойствами самих кубитов. Это предотвращает остановку суперкомпаратора сразу после получения результата, как было сказано выше. Таким образом, любая попытка подсмотреть или скопировать закодированное сообщение приведет к его уничтожению.

Квантовые компьютеры также могут лучше понимать физические процессы. Наложение «хаоса» гораздо лучше, например, мутации ДНК и, следовательно, болезни и эволюционное развитие. Квантовые вычисления уже используются для создания новых лекарств.

Интересным квантовым приложением является телепортация информации с места на место без физической передачи. Это возможно потому, что квантовые частицы могут быть сложными в пространстве и времени, но это возможно потому, что изменение одной частицы может повлиять на другую, создавая таким образом канал «информационной телепортации». Это уже доказано в лабораториях и может стать частью будущего квантового интернета.

И это лишь одна из великих идей о том, что можно сделать с помощью квантовой физики. Но сначала мы должны создать его причудливый характер.

Оцените статью
club-cs.ru