Cum funcționează calculatoarele cuantice? - Pur și simplu explicat
În zilele noastre, oamenii de știință lucrează continuu la calculatoarele cuantice. IBM a lansat recent primul său computer cuantic. Vă explicăm cum funcționează aici.
Calculatoare cuantice: Aceasta este ceea ce se numește qubits
Așa-numitele qubits sunt utilizate într-un computer cuantic.
- Biții normali de pe computer pot lua doar două valori diferite: 0 și 1, sau „pornit” și „oprit”. Cu toate acestea, un qubit poate fi într-o stare intermediară de zero și una pentru o anumită perioadă de timp, așa-numitul timp de coerență.
- În această stare, oamenii de știință vorbesc despre o superpoziție . Printr-o măsurătoare, qubit-ul se schimbă apoi la una dintre cele două stări clar definite, astfel încât rezultatul măsurării poate fi salvat într-un bit clasic. În termeni tehnici, pierderea superpoziției se numește decoență .
- În laborator, astfel de adâncituri sunt făcute din ioni sau bucle supraconductoare, așa-numitele SQUID .
- Când lucrați cu ioni, un ion neexcitat corespunde stării 0 și unul excitat să declare 1. Un atom cu cea mai mică energie posibilă se spune că este neexcitat. Cu toate acestea, dacă adăugați energie unui atom, este excitat deoarece electronii exteriori ating niveluri de energie mai mari. Ionii pot fi incantati cu un laser.
Registrele cuantice - trebuie să știți asta
Pentru rezolvarea operațiunilor de aritmetică sunt necesare mai multe cabluri. Se vorbește despre un așa-numit registru cuantic. Informațiile sunt apoi distribuite la toate versiunile dintr-un registru.
- Un astfel de registru cuantic constă de obicei din 14 ioni care sunt depozitați de-a lungul unei axe la o distanță de câțiva micrometri. Este important ca aceste smântâni să fie ușor de manipulat, dar sunt, de asemenea, imune la interferențe.
- Aceasta înseamnă că garniturile trebuie să rămână în stările lor cât mai mult timp posibil până la efectuarea operației aritmetice. Decoherența, adică căderea înapoi într-o stare clasică, trebuie întârziată cât mai mult timp.
- Operatorii logici sunt folosiți pentru manipularea stărilor, care sunt deja utilizate în informatică. În computerele cuantice, acești operatori sunt numiți porți cuantice. Acestea sunt decisive pentru durata iradierii și pentru lungimea de undă a luminii.
- Cea mai simplă operație este negația, numită NU . Starea unui qubit este pur și simplu răsturnată sau negată. În sistemul binar, 0 ar deveni 1 și invers. Acest flipping se întâmplă foarte repede și foarte des succesiv și urmează algoritmul programului.
- Pentru a determina starea inițială a unei zăbrele cuantice, aceasta este iradiată cu impulsuri laser. Lungimea iradierii poate determina probabilitatea cu care un atom este în stare excitată.
- După aproximativ zece microsecunde de iradiere, un ion care inițial nu este excitat se află în starea excitată. Cu toate acestea, dacă acest atom este iradiat doar pentru jumătate, va fi în acea stare intermediară, deoarece este cu 50% mai probabil să fie în stare solă și cu 50% mai probabil să fie în stare excitată.
- Pentru a citi rezultatul după executarea algoritmului, un alt impuls laser cu o lungime de undă diferită se trage asupra ionilor. Fluorescența indică dacă sunt excitați sau nu. Calculatorul poate apoi să determine valorile corecte.
Calculatoare cuantice: stadiul tehnicii de astăzi
La târgul de electronice din Las Vegas, IBM a prezentat primul său computer cuantic gata pentru piață în acest an.
- În comparație cu modelele anterioare, IBM Q Systems One calculează deja cu 20 de cbți, ceea ce reprezintă o bază pentru un computer cuantic funcționând corect. Potrivit IBM, a reușit să păstreze 20 de cbți în stare pregătită pentru 75 de microsecunde.
- Un computer cuantic cu 50 de cbiti ar trebui să poată introduce orice buzunar super-computer clasic.
- IBM Q Systems One - o cutie de sticlă cu lungimea și lățimea de doi metri și jumătate nu ar trebui să fie oferită spre vânzare. În schimb, utilizatorii selectați îl pot accesa din cloud și pot efectua calcule.
De la un computer cuantic la un card cu pumn: Acesta arăta chiar primul computer
În următorul sfat practic, vă vom arăta cum puteți converti corect numere binare și hexadecimale.