Rzeczywistość wciąż poza naszą wiedzą - komputery kwantowe

W życiu każdego człowieka są chwile, których nie możemy wyjaśnić. Rzeczy, których nie możemy zrozumieć. Jeśli chodzi o komputery kwantowe, wszyscy jesteśmy w tym stanie, w tym największe umysły świata XX i XXI wieku.

Źródło: i.ytimg.com

Więc ludzie zbudowali komputery kwantowe, ale nie mogą tego zrozumieć?

Jak bardzo to kontrowersyjne? Faktem jest, że naukowcy znają działanie powierzchni komputerów kwantowych, ale podstawowa zasada rządząca całym zachowaniem komputera kwantowego jest nadal dyskusyjna.

Czym więc jest ta dziwna nauka i dziwne komputery?

„Bóg nie gra w kości ze wszechświatem”. - Albert Einstein
„Bóg nie tylko gra w kości, ale… czasami rzuca je tam, gdzie ich nie widać”. - Stephen Hawking

Oto jak największy umysł XX wieku i największy umysł XXI wieku opisuje tę tajemniczą naukę. Albert Einstein uważał, że przebieg wszystkich wydarzeń jest z góry ustalony. Ale Hawking mówi, że nie, nie jest. Czasami rzeczy dzieją się w sposób, który tylko Bóg może wyjaśnić. Dlaczego tyle debat? Czy nie mogą się na coś zgodzić? Faktem jest, że jak wspomniano, mechanika kwantowa jest naprawdę tajemnicza. To zachowanie kwantowe narusza większość ogólnych zjawisk fizycznych. Co więcej, tę naturę można zobaczyć tylko w bardzo małych cząstkach.

Witamy w świecie matematyki. Zachowanie kwantowe jest całkowicie wyjaśnione przez zestaw modeli matematycznych, a wyniki są naprawdę kontrowersyjne w świecie przyrody, którego doświadczamy na co dzień.

Zasadniczo ta fizyka kwantowa zależy od prawdopodobieństwa. Jako prosty przykład podczas czytania tego artykułu w autobusie, chociaż możesz w to nie wierzyć, według fizyki kwantowej istnieje prawdopodobieństwo, że będziesz w „białym domu”. I pamiętaj, że prawdopodobieństwo jest większe niż zero !! Ale będzie to prawie mała jak jedna miliardowa. Teoretycznie jest szansa! Kiedy cząstki stają się coraz mniejsze, prawdopodobieństwo to wzrasta. Gdy rozważa się elektron o masie 9.10938356 × 10–31 kilogramów, zgodnie z prawami fizyki kwantowej istnieje duże prawdopodobieństwo. Pośrednio mówi, że istnieje szansa, że ​​ten elektron może istnieć w obu miejscach. Mówiąc bardziej ogólnie, elektron może istnieć w więcej niż jednym stanie. To jest podstawowa koncepcja najwyższej mocy obliczeniowej komputerów kwantowych i do tego przejdziemy.

Pod koniec lat 90. nagradzany Noblem fizyk Richard Feynman po raz pierwszy wpadł na pomysł komputera kwantowego. Właściwie to był tylko pomysł. Ale to była pierwsza wyobraźnia komputera, który wykracza poza wszystkie tradycje.

Jaka jest więc duża różnica między dzisiejszymi komputerami a komputerami kwantowymi? Bezpośrednią odpowiedzią jest moc przetwarzania. Oszacowano, że przy uwzględnieniu mocy obliczeniowej odpowiednio zaprojektowany komputer kwantowy będzie w stanie wyprzedzić dowolny nowoczesny komputer. W rzeczywistości przewiduje się, że komputery binarne, których używamy dzisiaj, nigdy nie będą w stanie osiągnąć tej mocy przetwarzania. Skopmy więc głęboko, aby zobaczyć, jak ten komputer może działać tak szybko? Odpowiedź leży w mechanice kwantowej.

Podstawową jednostką używaną w dzisiejszym komputerze jest bit (cyfra binarna). Bit może zawierać tylko jedną wartość. 1 lub 0. Ale jeśli chodzi o komputery kwantowe, podstawowa jednostka znana jest jako „Qubit”. Qubit lub bit kwantowy to jednostka informacji kwantowej - kwantowy analog klasycznego bitu. Wiemy, że elementy kwantowe mogą istnieć jednocześnie w więcej niż jednym stanie. Qubit jest nałożony na „wartość 1” i „wartość 0”. (Obecność w więcej niż jednym stanie jednocześnie jest definiowana jako superpozycja.) Ta superpozycja jest przyczyną, dla której komputer kwantowy wyprzedza wszystkie komputery we współczesnym świecie binarnym. Ten mały Qubit może zawierać jednocześnie 1 i 0, co zwiększa moc obliczeniową w niewiarygodny sposób.

Źródło: quantumfrontiers.files.wordpress.com

Weźmy przykład. W komputerze binarnym, jeśli weźmiemy dwa bity, istnieją cztery możliwości 11, 10, 00, 01 ,. Ale te dwa bity mogą w danym momencie zająć tylko 1 z 4. Jeśli potrzebne są wszystkie cztery stany, potrzeba 4 operacji. Ale ponieważ Qubit może zawierać jednocześnie 1 i 0. Wszystkie te cztery stany można osiągnąć jednocześnie. Cztery operacje zostaną zredukowane do jednej. (Dzieje się tak, ponieważ Qubity mogą zawierać obie wartości. Dwa Qubity mogą zawierać te cztery stany naraz, gdy zwykłe bity potrzebują jednego stanu dla każdego.) Reszta to matematyka. Wystarczy wziąć 3 kubity, które mogą zawierać jednocześnie 8 stanów. Z 4 kubitami, 16 różnymi wartościami. Jest całkiem jasne, że ze względu na zjawisko superpozycji Qubitów komputer kwantowy będzie w stanie przetwarzać tysiące razy szybciej niż zwykłe komputery.

Zbudujmy więc komputer kwantowy, na co czekamy?

Podstępna część nadchodzi teraz. Budowa komputera kwantowego nie jest prostym zadaniem. Chociaż istnieją pewne udane wyniki, naukowcy wciąż walczą o wymyślenie wyrafinowanego modelu. Główny powód trudności znany jest jako inne zjawisko naturalne zwane „dekoherencją”.

Czym jest ta decoherence? Przede wszystkim, czy jesteś gotowy na podróż do tajemniczego świata kwantowego w celu znalezienia dekohezji?

Na początku wspomniano, że elementy kwantowe mogą istnieć jednocześnie w więcej niż jednym stanie i nazywa się to superpozycją. Decohernece oznacza naturalne zjawisko, w którym element kwantowy opuści inne stany i zacznie pozostawać w jednym stanie. Zasadniczo jest to czas, w którym ten element przestaje pokazywać swoją kwantową naturę. Te elementy decohernece są rządzone przez fizykę Newtona, a nie mechanikę kwantową. Gdy nie ma superpozycji, nie ma ekstremalnej mocy przetwarzania.

To, co najbardziej dziwne, to powód dekomancji. Zgodnie z fizyką kwantową, jeśli spróbujemy zmierzyć element kwantowy, który zostanie rozszyfrowany.

Jak wiemy w przestrzeni 3D, możemy zlokalizować dowolny obiekt według osi x, y, z. Podobnie, jeśli spróbujemy zlokalizować element kwantowy (np. Kubit), można go zlokalizować, ale w tym momencie nie pokazuje on natury kwantowej. Kiedy mierzymy lub przechwytujemy Qubit, nie będzie on już Qubitem, dopóki go nie wydamy. Jest to jedno z najbardziej niewiarygodnych i cudownych zjawisk w naturze, które utrzymuje największe umysły świata od lat trzydziestych XX wieku. Istnieje kilka modeli i teorii, które wyjaśniają to zjawisko, ale nadal są one dyskusyjne.

Z powodu tej upiornej natury świata kwantowego potrzebne są specjalne rodzaje algorytmów dla komputerów kwantowych. Algorytmy te powinny być zdefiniowane w taki sposób, aby można było wykonywać operacje bez mierzenia kubitów. W rzeczywistości istnieją również tego rodzaju algorytmy.

Jak wszyscy dzisiaj wiemy, najbardziej zaradne uniwersytety na świecie, takie jak MIT Cambridge i Max Plank, przeprowadzają wiele eksperymentów w tej dziedzinie. Według naukowców „Jeśli tajemnica decoherence zostanie właściwie rozwiązana, era przenośnych komputerów kwantowych nie będzie zbyt daleko”.