Περιεχόμενο
- Κβαντική Πραγματικότητα
- Κάνοντας ένα κβαντικό κομμάτι
- No Bugs, No Stress - Ο οδηγός σας βήμα προς βήμα για τη δημιουργία λογισμικού που αλλάζει τη ζωή χωρίς να καταστρέφει τη ζωή σας
- Πόσο κοντά είμαστε;
- συμπέρασμα
Πηγή: Rcmathiraj / Dreamstime.com
Πάρε μακριά:
Εξετάστε προσεκτικότερα τον κβαντικό υπολογισμό, τον τρόπο λειτουργίας του και τις μελλοντικές του δυνατότητες.
"Αν νομίζεις ότι καταλαβαίνεις την κβαντική φυσική, δεν καταλαβαίνεις την κβαντική φυσική." Αυτό το απόσπασμα αποδίδεται στον φυσικό Richard Feynman, αλλά δεν είναι σαφές αν το είπε πραγματικά. Ακολουθεί ένα πιο αξιόπιστο απόσπασμα Feynman από μια δημοσίευση του MIT του 1995: "Νομίζω ότι μπορώ να πω με ασφάλεια ότι κανείς δεν κατανοεί την κβαντική μηχανική".
Κβαντική Πραγματικότητα
Τώρα που έχουμε πάρει αυτό έξω από το δρόμο, ας δούμε αν υπάρχει κάτι που γνωρίζουμε. Η κβαντομηχανική είναι περίεργη. Αυτά τα μικροσκοπικά σωματίδια στο κβαντικό επίπεδο απλά δεν συμπεριφέρονται όπως αναμενόταν. Τα πράγματα είναι διαφορετικά εκεί.
Τρελά πράγματα συμβαίνουν στο κβαντικό σύμπαν. Υπάρχει η εγγενής τυχαία, η αβεβαιότητα, η εμπλοκή. Όλα φαίνονται λίγο πολύ.
Γνωρίζουμε τώρα ότι τα άτομα και τα υποατομικά σωματίδια λειτουργούν σαν να συνδέονται. Ο Αϊνστάιν αποκαλούσε την κβαντική εμπλοκή "τρομακτική δράση σε απόσταση." Φανταστείτε δύο αντικείμενα που είναι φυσικά χωριστά αλλά συμπεριφέρονται με τον ίδιο τρόπο, έχουν τις ίδιες ιδιότητες και ενεργούν σαν ένα. Τώρα φανταστείτε ότι τα δύο αυτά αντικείμενα απέχουν 100.000 έτη φωτός. Παράξενα πράγματι.
Υπάρχουν περισσότερα. Η αρχή της αβεβαιότητας στην κβαντική μηχανική λέει ότι ορισμένες ιδιότητες των σωματιδίων απλά δεν μπορούν να γίνουν γνωστές. Προσθέστε σε αυτό το πρόβλημα της αποκάλυψης, το οποίο έχει να κάνει με την κατάρρευση της λειτουργίας των κυμάτων. Και οι εκδοχές του πειράματος διπλής σχισμής φαίνεται να υποδηλώνουν ότι ένα κβαντικό αντικείμενο μπορεί να είναι σε δύο μέρη την ίδια στιγμή, ότι η παρατήρηση αλλάζει τη φύση των υποατομικών σωματιδίων ή ότι τα ηλεκτρόνια φαίνεται να έχουν ταξιδέψει πίσω στο χρόνο.
Τώρα βλέπετε γιατί η οικοδόμηση ενός κβαντικού υπολογιστή μπορεί να είναι μια τέτοια πρόκληση. Αλλά αυτό δεν εμποδίζει τους ανθρώπους να δοκιμάσουν. (Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τον κβαντικό υπολογισμό, ανατρέξτε στην ενότητα Για ποιο λόγο η κβαντική υπολογιστική μπορεί να είναι η επόμενη ενεργοποίηση της μεγάλης εθνικής οδού δεδομένων.)
Κάνοντας ένα κβαντικό κομμάτι
Το πρόβλημα με την αβεβαιότητα είναι ότι κάνει τον υπολογισμό δύσκολο. Ο στόχος κινείται πάντα. Και ακόμα κι αν αναπτύξετε κάποιο μαθηματικό σύστημα, πώς διορθώνετε τα λάθη; Και νομίζατε δυαδικό ήταν δύσκολο.
"Ένα qubit είναι ένα κβαντικό μηχανικό σύστημα που υπό ορισμένες κατάλληλες συνθήκες μπορεί να θεωρηθεί ότι έχει μόνο δύο κβαντικά επίπεδα", λέει ο καθηγητής Andrea Morello του Πανεπιστημίου της Νέας Νότιας Ουαλίας στην Αυστραλία. "Και μόλις το έχετε, μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε για να κωδικοποιήσετε κβαντικές πληροφορίες".
No Bugs, No Stress - Ο οδηγός σας βήμα προς βήμα για τη δημιουργία λογισμικού που αλλάζει τη ζωή χωρίς να καταστρέφει τη ζωή σας
Δεν μπορείτε να βελτιώσετε τις δεξιότητες προγραμματισμού σας όταν κανείς δεν ενδιαφέρεται για την ποιότητα του λογισμικού.
Ευκολότερο να το λες παρά να το κάνεις. Οι τρέχοντες κβαντικοί υπολογιστές δεν είναι ακόμα πολύ ισχυροί. Εξακολουθούν να προσπαθούν να βρουν σωστά τα δομικά στοιχεία.
Ένα κβαντικό bit, επίσης γνωστό ως qubit, έχει εκθετικά μεγαλύτερο δυναμικό από το κλασικό bit στο δυαδικό ψηφιακό computing. Ένα στοιχειώδες σωματίδιο μπορεί να είναι ταυτόχρονα σε πολλαπλές καταστάσεις, μια ποιότητα γνωστή ως υπέρθεση. Ενώ ένα κλασικό bit μπορεί να είναι σε μία από τις δύο καταστάσεις (ένα ή μηδέν), ένα qubit μπορεί να είναι και στις δύο αυτές θέσεις ταυτόχρονα.
Σκεφτείτε ένα νόμισμα. Έχει δύο πλευρές: κεφάλια ή ουρές. Ένα κέρμα είναι δυαδικό. Φανταστείτε όμως ότι αναποδογυρίζετε το νόμισμα και συνεχίζετε να ανεβαίνετε επ 'αόριστον. Ενώ είναι κτύπημα, είναι τα κεφάλια ή είναι ουρές; Τι θα είναι εάν θα έπρεπε ποτέ να προσγειωθεί; Πώς μπορείτε να ποσοτικοποιήσετε το κέρμα; Αυτή είναι μια αδύναμη προσπάθεια για την απεικόνιση της υπέρθεσης.
Λοιπόν, πώς κάνετε ένα qubit; Λοιπόν, αν οι κβαντοί φυσικοί δεν καταλάβουν την κβαντική μηχανική, τότε θα μπορούσαμε να διαχειριστούμε μόνο μια επαρκή εξήγηση εδώ. Ας καταλήξουμε σε μια λίστα με τις τεχνολογίες που δοκιμάζονται για να δημιουργήσουν qubits:
- Υπεραγωγικά κυκλώματα
- Περιστρέψτε τα qubits
- Ιόν παγίδες
- Φωτονικά κυκλώματα
- Τοπολογικά πλεξούδες
Τα πιο δημοφιλή από αυτά είναι τα πρώτα δύο. Τα υπόλοιπα είναι θέματα πανεπιστημιακής έρευνας. Στην πρώτη τεχνική, οι υπεραγωγοί υπερψύχονται για την εξάλειψη των ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών. Αλλά οι χρόνοι συνοχής είναι σχετικά σύντομοι και τα πράγματα καταρρέουν. Ο καθηγητής Morello εργάζεται για την τεχνική περιστροφής. Τα κβαντικά σωματίδια έχουν ηλεκτρικό φορτίο, ακριβώς όπως κάνουν οι μαγνήτες. Χάνοντας παλμούς μικροκυμάτων, είναι σε θέση να πάρει ένα ηλεκτρόνιο να περιστρέφεται μάλλον παρά κάτω, δημιουργώντας έτσι ένα τρανζίστορ ενός ηλεκτρονίου.
Στη συνέχεια παραμένει το ζήτημα της ανοχής σφάλματος και της διόρθωσης σφαλμάτων. Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας της Σάντα Μπάρμπαρα κατάφεραν να φτάσουν στο 99,4% με τις πύλες qubit. Έχουν επιτύχει πίστη πύλη 99,9 τοις εκατό στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης. Είμαστε λοιπόν εκεί;
Πόσο κοντά είμαστε;
Ο Edwin Cartlidge θέτει αυτή την ερώτηση σε άρθρο του Οκτωβρίου του 2016 για τα Νέα της Οπτικής και της Φωτονικής. Μια προειδοποίηση από το ETSI το 2015, σύμφωνα με την οποία οι οργανισμοί θα πρέπει να στραφούν σε τεχνικές κρυπτογράφησης "με κβαντική ασφάλεια", θα πρέπει να σας πω ότι κάτι είναι στον ορίζοντα.
Η Google, η Microsoft, η Intel και η IBM είναι όλα στο παιχνίδι. Ένα από τα κατώτατα όρια που ακολουθεί η Google είναι κάτι που ονόμασαν «κβαντική υπεροχή». Χρησιμοποιείται για να περιγράψει το σημείο στο οποίο ένας κβαντικός υπολογιστής κάνει κάτι που ένας κλασικός υπολογιστής δεν μπορεί.
Η IBM σκοπεύει να αναπτύξει έναν "καθολικό" κβαντικό υπολογιστή το 2017, σύμφωνα με τον David Castelvecchi στο Scientific American. Ονομάζεται "IBM Q", θα είναι μια υπηρεσία βασισμένη σε σύννεφο διαθέσιμη μέσω του Διαδικτύου έναντι αμοιβής. Μπορείτε να πάρετε μια γεύση από αυτό που εργάζονται για να δοκιμάσετε Quantum εμπειρία τους, τώρα διαθέσιμη στο διαδίκτυο. Αλλά ο Castelvecchi λέει ότι καμία από αυτές τις προσπάθειες δεν είναι πιο ισχυρή από τους συμβατικούς υπολογιστές - ακόμα. Η υπεροχή του κβαντικού δεν έχει ακόμη καθοριστεί.
Όπως ανακοίνωσε η Techopedia το 2013, η Google διαθέτει πολλές εφαρμογές για έναν ώριμο κβαντικό υπολογιστή, όταν αναπτυχθεί. Η Microsoft εργάζεται για την τοπολογική κβαντική υπολογιστική. Αρκετές νεοσύστατες επιχειρήσεις αναβαθμίζονται και εκτελείται πολλή δουλειά στον τομέα. Αλλά μερικοί ειδικοί προειδοποιούν ότι το πιάτο μπορεί να μην έχει μαγειρευτεί ακόμα. "Δεν εκδίδω δελτία τύπου για το μέλλον", λέει ο Rainer Blatt στο Πανεπιστήμιο του Innsbruck στην Αυστρία. Και ο φυσικός David Wineland λέει: «Είμαι αισιόδοξος μακροπρόθεσμα, αλλά τι σημαίνει« μακροπρόθεσμα », δεν ξέρω». (Δείτε 5 Cool Things Googles Quantum Computer θα μπορούσε να κάνει.)
Ακόμη και όταν επιτυγχάνεται η υπεροχή της κβαντικής πληροφορικής, μην την ψάχνετε να αντικαταστήσετε τον φορητό υπολογιστή σας οποιαδήποτε στιγμή σύντομα. Οι κβαντικοί υπολογιστές, όπως και οι δυαδικοί τους ομολόγοι στις πρώτες μέρες, μπορεί να είναι μόνο εξειδικευμένες συσκευές που προορίζονται για συγκεκριμένους σκοπούς. Μια από τις πιο συνηθισμένες χρήσεις θα ήταν να έχει ένας κβαντικός υπολογιστής προσομοίωση της κβαντικής μηχανικής. Εκτός από εντατικές λειτουργίες υπολογιστών όπως η πρόβλεψη καιρού, η χρήση κβαντικών υπολογιστών μπορεί να συγκεντρωθεί και να περιοριστεί στο σύννεφο. Φυσικά, αυτό μπορεί να είναι το ιδανικό μέρος για αυτό.
συμπέρασμα
Ο καθηγητής Morello αναγνώρισε σαφώς την πρωταρχική πρόκληση της κβαντικής πληροφορικής. Προτού μπορέσετε να αρχίσετε να κωδικοποιείτε πληροφορίες, θα πρέπει να είστε σε θέση να δημιουργήσετε δύο διακριτά επίπεδα κβαντικών με το qubit. Μόλις επιτευχθεί, ο κβαντικός υπολογισμός "σας δίνει πρόσβαση σε έναν εκθετικά μεγαλύτερο χώρο υπολογισμού" από έναν κλασικό υπολογιστή. Ένας κβαντικός υπολογιστής, για παράδειγμα, με 300 qubits (N qubits = 2Ν κλασικά bits) θα είναι σε θέση να επεξεργάζονται περισσότερα κομμάτια πληροφορίας από ό, τι υπάρχουν σωματίδια στο σύμπαν.
Αυτό είναι πολλά κομμάτια. Αλλά η μετάβαση από εδώ σε εκεί θα κάνει κάποια πράγματα.