A kvantumszámítógép egy számítógépes terv, amely a következő elveket használja: kvantumfizika hogy növelje a számítási teljesítményt azon, ami a hagyományos számítógép által elérhető. A kvantumszámítógépeket kis méretben építették fel, és folytatják a munkát, hogy ezeket praktikusabb modellekre fejlesszék.
Hogyan működnek a számítógépek
A számítógépek úgy működnek, hogy adatokat tárolnak a bináris szám formátum, amely 1 és 0 sorozatot eredményez az olyan elektronikus alkatrészekben, mint a tranzisztorok. A számítógépes memória minden egyes elemét a-nak hívják bit és manipulálható a logikai logika lépésein keresztül úgy, hogy a bit a - a számítógépes program által alkalmazott algoritmusok az 1 és 0 üzemmódok között (néha "be" és "on" néven) "ki").
Hogyan működne egy kvantum számítógép?
A kvantumszámítógép viszont az információkat mind a két állapot 1, 0, vagy kvantum szuperpozíciójaként tárolja. Egy ilyen "kvantum bit" sokkal nagyobb rugalmasságot tesz lehetővé, mint a bináris rendszer.
Pontosabban, egy kvantumszámítógép sokkal nagyobb nagyságrendben képes elvégezni a számításokat, mint a hagyományos számítógépek... egy olyan koncepció, amely komoly aggodalmakkal és alkalmazásokkal bír a kriptográfia és a titkosítás területén. Egyesek attól tartanak, hogy egy sikeres és praktikus kvantumszámítógép tönkreteszi a világ pénzügyi rendszerét azáltal, hogy átmásolja számítógépük biztonságát titkosítások, amelyek nagy számú faktoringon alapulnak, amelyeket a hagyományos számítógépek szó szerint nem tudnak feltörni a világegyetem. A kvantumszámítógép viszont ésszerű időn belül képes tényezőket tenni a számokra.
Ha megérti, hogy ez miként gyorsítja a dolgokat, vegye figyelembe ezt a példát. Ha a qubit az 1 és a 0 állapot szuperpozíciójában van, és egy másik qubittel végzett számítást a Ugyanaz a szuperpozíció, akkor egy számítás valójában 4 eredményt kap: 1/1 eredmény, 1/0 eredmény, 0/1 eredmény és 0/0 eredmény. Ez annak a matematikanak a következménye, amelyet egy kvantumrendszerre alkalmaznak dekórencia állapotban, amely addig tart, amíg az állatok szuperpozíciója alatt áll, amíg egy állapotba nem esik. A kvantumszámítógép azon képességét, hogy egyidejűleg (vagy párhuzamosan, számítógépes szempontból) többszörös számításokat végezzen, kvantum-párhuzamosságnak nevezzük.
A kvantum számítógépben működő pontos fizikai mechanizmus kissé elméletileg összetett és intuitív módon zavaró. Általában a kvantumfizika multi-világ értelmezésével magyarázható, ahol a számítógép nem csak univerzumunkban, hanem a Egyéb univerzumok egyidejűleg, miközben a különféle kvitek kvantum-decoherencia állapotban vannak. Noha ez messzire hangzik, a multi-világ értelmezésről bebizonyosodott, hogy olyan előrejelzéseket készít, amelyek megegyeznek a kísérleti eredményekkel.
A kvantumszámítás története
A kvantumszámítás hajlamos arra, hogy a gyökerei visszamenjenek egy 1959 - es beszédbe P. P. Feynman amelyben a miniatürizáció hatásairól beszélt, ideértve a kvantumhatások kiaknázásának ötletét egy erősebb számítógép létrehozása érdekében. Ezt a beszédet általában szintén a kiindulópontjának tekintik nanotechnológia.
Természetesen, mielőtt a számítástechnika kvantitatív hatásai megvalósultak voltak, a tudósoknak és a mérnököknek teljes mértékben fejleszteniük kellett a hagyományos számítógépek technológiáját. Ez az oka annak, hogy évekig kevés közvetlen előrelépés történt, sőt még nem is érdeklődött a Feynman javaslatainak valósághű megvalósításában.
1985-ben az Oxfordi Egyetem David Deutsch előterjesztette a „kvantumlogikai kapuk” gondolatát a számítógép belsejében lévő kvantum birodalom kihasználásának eszközeként. Valójában a témáról szóló Deutsch tanulmány kimutatta, hogy bármilyen fizikai folyamat modellezhető kvantumszámítógéppel.
Közel egy évtizeddel később, 1994-ben, az AT & T Peter Shor olyan algoritmust dolgozott ki, amely csak 6 kvbittel képes felhasználni néhány alapvető faktorizálást... minél több sing, annál összetettebbé váltak a faktorizációt igénylő számok.
Maroknyi kvantumszámítógépet építettek. Az első, egy 2-bites kvantumszámítógép 1998-ban, triviális számításokat hajthatott végre, mielőtt néhány nanosekundum után elvesztette volna a dekoherenciát. 2000-ben a csapatok sikeresen elkészítették mind a 4-kvbit, mind a 7-kvbit kvantumszámítógépet. A témában folytatott kutatás továbbra is nagyon aktív, bár egyes fizikusok és mérnökök aggodalmuknak ad hangot a nehézségek miatt, amelyek ezen kísérletek teljes skálájú számítástechnikai rendszerekre való kiterjesztésével járnak. Mindazonáltal ezen kezdeti lépések sikere azt mutatja, hogy az alapvető elmélet megalapozott.
Nehézségek a kvantumszámítógépekkel
A kvantum számítógép fő hátránya megegyezik az erősségével: a kvantum dekórencia. A kvbit számításokat akkor végezzük, amikor a kvantumhullám függvény szuperpozíciós állapotban van állapotok között, ami lehetővé teszi számítások elvégzését mind az 1, mind a 0 állapot felhasználásával egyidejűleg.
Ha azonban bármilyen mérést végeznek kvantumrendszerben, akkor a decoherencia megszakad, és a hullámfunkció egyetlen állapotba esik. Ezért a számítógépnek valahogy folytatnia kell ezeket a számításokat anélkül, hogy bármilyen mérést végezne a megfelelő időpontig, amikor ezután kiléphet a kvantumállapotból, elvégezhet egy mérést az eredmény leolvasására, amelyet ezután továbbad a többi rendszer.
A rendszer ilyen méretű manipulációjának fizikai igényei jelentősek, érintve a szupravezetők, a nanotechnológia és a kvantum elektronika, valamint mások területét. Ezek mindegyike maga egy kifinomult terület, amelyet még mindig teljesen fejlesztenek, tehát megpróbálnak egyesülni mindegyikük egy funkcionális kvantumszámítógépe olyan feladat, amelyet nem irigylem bárki... kivéve azt a személyt, akinek végre sikerül.