0
Спасибо

Несколько слов благодарности всегда очень кстати.

Квантовые компьютеры - что это такое?

Мы живем в эпоху, когда технологии развиваются семимильными шагами, и возможно, не за горами тот день, когда обычные компьютеры уступят место квантовым компьютерам. Квантовые компьютеры – это компьютеры будущего, которые основаны на законах квантовой механики и оперируют не битами, а квантовыми битами (кубитами). Принцип кубитов заключается в том, что они могут принимать разные значения в один и тот же момент времени, что существенно повышает вычислительные возможности устройств.

Что такое квантовые компьютеры?

Чтобы хорошо понять концепцию квантового вычислительного устройства, мы должны забыть о классической механике и попытаться приблизиться к фундаментальным законам квантовой механики. Классическая механика основана на получении однозначных результатов применения законов физики из начальных условий. Однако в квантовой механике конечный эффект вероятен, а не определен. Суть здесь в суперпозиции состояний: каждая частица может представлять более одного состояния одновременно.

Выдающийся ученый и лауреат Нобелевской премии по физике Ричард Фейнман говорил: «Если вы думаете, что разбираетесь в квантовой физике, то на самом деле ничего вы не знаете». И все же попробуем разобраться, как работают квантовые компьютеры.

Квантовые компьютеры – это машины, способные обрабатывать информацию до 100 миллиардов раз быстрее, чем обычный компьютер. Это возможно благодаря включению кубитов, в отличие от двоичных цифр или битов, которые использует традиционный компьютер.

Мы знаем, что основной единицей измерения информации, которая позволяет работать компьютеру, является бит и его соответствующие последовательности. С физической точки зрения они представляют два возможных состояния: 0 или 1. В случае кубитов мы говорим о квантовых битах, состоящих из субатомных частиц. Их можно закодировать в обоих состояниях одновременно, что значительно увеличивает количество возможных вычислений в единицу времени и экспоненциально увеличивает вычислительную мощность.

Как работает квантовый компьютер?

Что касается работы этих машин, то ее можно сравнить с работой традиционного компьютера. Однако мы должны иметь в виду, что используемые в них чипы и другое оборудование отличаются от комплектующих обычных компьютеров; основное же отличие заключается в использовании кубитов </bold>.

Как известно, компьютеры работают с двоичным кодом, и абсолютно все выполняемые ими операции начинаются с чтения последовательности битов. Это связано с наличием системы логических вентилей и транзисторов, которые функционируют как переключатели и могут содержать два уровня напряжения, каждый из которых представлен цифрой 0 или 1. Помимо сохранения информации с помощью электрических зарядов, она также сохраняется в виде магнитных зарядов (как в случае с жестким диском) или лазерного света в оптических устройствах.

В случае квантовых компьютеров задействованы более сложные процессы. Квантовый бит находится в суперпозиции двух двоичных цифр. Кроме того, квантовая запутанность предусматривает прочную корреляцию между ними и позволяет им существовать в одном и том же квантовом состоянии. Это позволяет производить арифметические операции со многими комбинациями за минимальное время, а также получать большое количество возможных результатов одновременно. Эти устройства имеют специальные логические вентили, которые также являются реверсивными. Следовательно, во всех операциях количество выходов равно количеству его входов.

Осуществить на практике схему квантового вычисления крайне сложно, поскольку кубиты требуют больше пространства, других материалов и более высокой температуры. Поэтому, несмотря на наличие первых экспериментальных моделей, квантовые компьютеры все еще представляют собой научную проблему.

Для чего нужен квантовый компьютер?

Квантовые компьютеры могут повысить возможности искусственного интеллекта и машинного обучения и вызвать революцию в различных областях, таких как разработка новых материалов, оптимизация финансовых процессов, ускорение процесса создания лекарств, робототехника, космические миссии и др.

Еще одна область, которую могут затронуть квантовые компьютеры, - это криптовалюты. Некоторые утверждают, что они могут поставить под угрозу безопасность цифровых валют. Действительно, квантовый компьютер может взломать ключи криптовалют за считанные минуты. Поэтому важно, чтобы криптографические алгоритмы были также усовершенствованы ко времени массового появлениях квантовых устройств.

Несколько крупных компаний в настоящее время борются за лидерство в разработке квантовых компьютеров. На выставке CES 2019 корпорация IBM представила первый коммерческий квантовый компьютер IBM Q System One. Google, в свою очередь, также создал усовершенствованное устройство Sycamore, способное выполнить за 200 секунд задачу, на выполнение которой нашему компьютеру потребовалось бы 10 000 лет. Создав проект Jiuzhang, Китай утверждает, что вплотную приблизился к созданию полноценного квантового компьютера. Время покажет, действительно ли мы близки к внедрению квантовых машин.

Изобажение: © Everypixel

Данный документ под заголовком « Квантовые компьютеры - что это такое? » представлен по лицензии Creative Commons. Любое копирование, повторное использование или редактирование содержания должно осуществляться со ссылкой на CCM (ru.ccm.net).