Квантовые компьютеры: технология будущего

Квантовые компьютеры: технология будущего

Квантовый компьютер – вычислительное устройство, основанное на двух главных явлениях квантовой физики: суперпозиции-1 и запутанности-2. Небольшое отступление: в этой статье в качестве кубита-3 используется фотон, хотя также на эту роль подходят ионы. Ещё ряд учёных предлагают использовать в качестве кубитов сверхпроводники. Но это уже ЭВМ, поэтому здесь будет описание «чистой» квантовой вычислительной машины.

Чем квантовые компьютеры лучше электрических?

Во-первых, размером. Процессор ЭВМ основан на транзисторах, пропускающих ток при определенных условиях за счёт диэлектрика (материал, не проводящий электричество). Чем меньше транзистор, тем меньше и прослойка. Когда её толщина станет равна ширине примерно четырёх атомов, транзистор перестанет работать из-за эффекта туннелирования — электрон просто будет перескакивать через прослойку. Квантовый компьютер использует элементарные частицы, которые значительно меньше электрона. А главное, — не подвержены туннелированию.

Во-вторых, более высокой скоростью. Бит может хранить единицу, или ноль. Кубит может быть либо нулем, либо единицей, либо суперпозицией 0 и 1, благодаря которой достигается вычислительная многозадачность.

Квантовый компьютер разрядностью в 32 кубита — то есть, обрабатывающий 32 кубита информации за один такт, по мощности будет равен суперкомпьютеру, совершающему более триллиона операций в секунду (1 оп/с = 1 флопс, 1012 оп/с — терафлопс). Мощность современных настольных персональных компьютеров измеряется в гигафлопсах (109 оп/с). Использование вакуумных проводов, состоящих из светонепроницаемой оболочки снаружи толщиной в атом и полых внутри, увеличит скорость в миллионы раз — замена медленного электрического тока быстрым световым.

До сих пор речь шла лишь о суперпозиции. Используя только её невозможно создать этот компьютер. Фактически после считывания с кубита в результате окажется 1 или 0, как в ЭВМ.

1. Суперпозиция – явление, при котором квант при отсутствии наблюдения находится в двух состояниях одновременно. При попытке исследования частица принимает одно из них (зависит от вероятности)

2. Квантовая запутанность – явление, при котором состояния нескольких объектов взаимозависимы. Например: имеются два запутанных кванта; если первый примет одно состояние, то второй сразу примет противоположное.

3. Кубит (англ. qubit – quantum bit) – наименьшая единица информации, аналог бита в ЭВМ. Его состояние называется спин — направление вращения вокруг оси.

Решением является запутанность. Она позволяет при помощи одного кубита определять значение двух. Минусы в основном привязаны к данному периоду развития, то есть, после его изобретения они исчезнут. Сейчас мало что известно о квантовом мире. Может оказаться, что кубиты будут путаться с другими частицами, что в итоге приведет к поломке.

В этой статье описаны основные принципы работы, а на подробное объяснение всех тонкостей уйдёт не одна книга.

В развитие квантовой физики вкладывается много средств, разработка квантового компьютера является одним из самых перспективных направлений технологического прогресса. Конечно, его создание займет не одно десятилетие, но такое изобретение откроет перед человечеством океан возможностей, начиная с моделирования объектов (пищи) и медицинских нанороботов и заканчивая искусственным интеллектом.

Многие подумают: «Зачем создавать квантовые компьютеры, если все эти проекты можно реализовать и при помощи обычных», но в таком случае будет затрачено намного больше времени и средств. Вместо этого можно построить квантовый компьютер, вложив гораздо меньшую сумму. Ведь он облегчат решение этих проблем в разы.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:

Отправить ответ

avatar