Квантовые компьютеры и как они работают?

Все чаще можно услышать упоминание, так называемых квантовых компьютеров. Но что это такое, знают далеко не все. Но станет ли для вас новостью то, что никто по большому счёту ещё не знает точно, что, же это такое и как они работают.

Давайте сначала разберёмся со словом "квантовый". Квант - это неделимая величина. Можно сказать, что во вселенной нет ничего, что было бы меньше кванта. Эти частицы до сих пор не изучены полностью и многие их принципы так и не нашли себе разумного объяснения. Например, принцип квантовой суперпозиции, тот, на чём и основана работа квантового компьютера, не перестаёт удивлять и сегодня. Он состоит в том, что квантовые частицы могут находиться в нескольких разных состояниях одновременно.

Компьютеры сегодня работают и выполняют операции с использованием классических битов, которые могут быть представлены в двух значениях: 0 и 1. КП используют так называемые КБ, которые так же известны, как кубиты. Их прелесть в том, что они могут принимать значение нуля, единицы одновременно и это то, благодаря чему, квантовые компьютеры считаются перспективными. Фотоны и электроны могут быть использованы, как кубиты.

Как же они работают?

Все электроны имеют своё магнитное поле. По сути, они просто подобны маленьким магнитам. Это свойство называют Спином (Spin - вращение с англ.). Если вы поместите их в магнитное поле, то они выровняются в этом магнитном поле, прямо как стрелка компаса. Когда они повёрнуты вниз, то это можно назвать самым слабым энергетическим состоянием. В двоичной системе, известное, как 0. Так же, как известно, вы можете повернуть стрелку компаса, применив силу и, в принципе, если вы сделаете это аккуратно и повернёте её непосредственно противоположно магнитному полю, то стрелка останется там. Это состояние можно назвать самым сильным энергетическим состоянием, или единицей в двоичной системе.

То есть, иными словами, если представить электрон в виде бита, то у него будет два состояния: повёрнутый вниз и повёрнутый вверх. Первое, обычно означает 1, второе - 0. Прелесть квантовых объектов в том, что они могут находиться в обоих этих состояниях одновременно. Когда вы измерите вращение в настоящий момент, оно будет либо верхним, либо нижним. Но до тех пор, пока вы не измерите его, электрон будет находиться в квантовой суперпозиции. То есть, по сути, пока вы не смотрите на него, он может двигаться одновременно во всех направлениях. У каждого состояния есть свой коэффициент, который обозначает относительную вероятность найти электрон в том или ином состоянии.

В чём же польза?

Так как электроны вращаются, двигаются во всех направлениях с очень высокой скоростью, это позволит выполнять гораздо больше процессов на очень большой скорости. Так же, так как для того, чтобы определить состояние конкретного кубита в данный момент, нам нужно минимум два измерения, чтобы сопоставить эти значения со стандартными значениями нуля и единицы, то рост мощности будет экспоненциальным. Простыми словами: один кубит говорит двум своим друзьям, те два говорят ещё двум и так далее до тех пор, пока у вас не будет около 500 кубитов. С таким количеством кубитов, у вас появляется больше "обработчиков информации" или процессоров, чем атомов в обозримой вселенной (2 в 500 степени).

Но не всё так радужно.

Квантовые компьютеры могут быть полезны, но далеко не везде. Они могут быть полезны лишь в некоторых видах операций, чтобы выполнять некоторые вычисления друг против друга. Да, это звучит немного странно, но примеры, где это может быть действительно полезно - это предсказание погоды или пробок на дорогах.

Источник: aworlds.com

Комментарии: