Эволюция вычислительной мощности

Эволюция вычислительной мощности.

Принцип работы квантового компьютера.

Назревает очередная технологическая революция, вызванная распространением постулатов квантовой механики на принцип работы компьютера. Чтобы воплотить гипотетическую модель квантового компьютера, задействуются свойства субатомных систем. Данное приложение квантовой механики позволит добиться от компьютера небывалой производительности.

Так что же такое квантовый компьютер и как он работает? Для последовательного осознания, которое не вызовет в голове когнитивный диссонанс, свойственный анализированию квантовой механики, начнем разбираться в этом со второй части вопроса. Принцип действия квантового компьютера основывается на работе кубита (англ. qubit – quantum bit). Чтобы понять, как работает кубит нужно обратиться к понятиям, которые в совокупности являются краеугольным камнем квантовой механики. Начнем с принципа суперпозиции состояний. Суть его достаточно проста: предполагается, что если система может находиться в двух различных состояниях, то существует такое состояние, которое образуется в результате наложения друг на друга двух этих, при отсутствии взаимодействия системы с внешним миром. Абстрактное определение не всегда способствует пониманию в полной мере, поэтому рассмотрим конкретный пример. Электрон может находиться в двух состояниях, и эти состояния определяются спином. Спин – это вращение, в каком-то смысле. Вращение может происходить как по направлению вверх, так и вниз. Принцип суперпозиции предполагает, что электрон может одновременно находиться в двух этих состояниях. По наитию невозможно представить, как такое осуществляется, правда? Полагаю, следующее понятие внесет немного ясности. Итак, Декогеренция. Это понятие означает потерю квантовых свойств частицей при взаимодействии с окружающим миром. Чтобы дать объяснение этим двум явлениям, вспомним опыт Шредингера с Котом.

Кот заперт в плотно закрытой железной коробке, где находится распылитель яда, действие которого не контролируется. Он может как сработать, так и не сработать за определенный промежуток времени. Когда коробка закрыта, мы не знаем, распылен ли яд, поэтому кот в это время одновременно и не жив, и не мертв. Эта часть опыта наглядно иллюстрирует принцип суперпозиции. Так вот, если мы откроем коробку, то сможем однозначно установить состояние кота, следовательно данная система потеряет свои квантовые свойства. Тут возникает декогеренция. Полагаю, этих знаний достаточно, чтобы понять принцип работы кубита.

Если компьютерный бит в привычном нашем понимании будет состоять из квантовых частиц, то к нему возможно будет применить принцип суперпозиции, и он будет уметь принимать одновременно значение и нуля, и единицы. Восемь кубитов будут образовывать кубайт, который благодаря квантовым свойствам сможет одновременно быть каждым числом от 0 до 255. Принципиальное отличие современного компьютера от квантового заключается в том, что современный обрабатывает эти 256 чисел, которыми может быть байт, последовательно. Квантовый же обрабатывает все возможные варианты параллельно: кубайт является каждым из них в определенный момент времени. Такой принцип действия позволит ускорить обработку информации, что выведет квантовые компьютеры на новый уровень вычислительной мощности, небывалый до этого. Такой компьютер сможет справляться с задачами, на решение которых современный компьютер не способен.

Сейчас достаточно сложно дать определение квантовому компьютеру, и объяснить из чего он состоит. Плеяда самых влиятельных и богатых компаний в IT-индустрии озабочена созданием этой машины исполинской мощности уже более десяти лет. Все необходимые принципы квантовой механики уже известны и разобраны, но основная проблема, по причине которой квантовый компьютер еще не реализован, заключается в отсутствии технологии, которая позволила бы изолировать кубиты как квантовую систему от внешнего мира. Явление квантовой когерентности в данный момент попросту невозможно реализовать.

Комментарии: