Jak działają komputery kwantowe? - Po prostu wyjaśnione
Obecnie naukowcy nieustannie pracują nad komputerami kwantowymi. IBM niedawno uruchomił swój pierwszy komputer kwantowy. Wyjaśniamy, jak one działają tutaj.
Komputery kwantowe: to się nazywa kubitami
Tak zwane kubity są używane w komputerze kwantowym.
- Normalne bity na komputerze mogą przyjmować tylko dwie różne wartości: 0 i 1 lub „włączone” i „wyłączone”. Kubit może jednak znajdować się w stanie pośrednim równym zero i jeden przez pewien okres czasu, tak zwany czas koherencji.
- W tym stanie naukowcy mówią o superpozycji . Poprzez pomiar kubit przechodzi następnie do jednego z dwóch jasno określonych stanów, dzięki czemu wynik pomiaru można zapisać w klasycznym bicie. Z technicznego punktu widzenia utrata superpozycji nazywa się dekoherencją .
- W laboratorium takie kubity są wykonane z jonów lub pętli nadprzewodzących, tak zwanych SQUID - ów .
- Podczas pracy z jonami nie podekscytowany jon odpowiada stanowi 0, a podekscytowany do stanu 1. Mówi się, że atom o najniższej możliwej energii jest nie wzbudzony. Jeśli jednak dodasz energię do atomu, jest on wzbudzony, ponieważ zewnętrzne elektrony osiągają wyższe poziomy energii. Jony mogą być wzbudzane za pomocą lasera.
Rejestry kwantowe - musisz o tym wiedzieć
Do rozwiązania operacji arytmetycznych potrzeba kilku kubitów. Mówi się o tak zwanym rejestrze kwantowym. Informacje są następnie dystrybuowane do wszystkich kubitów rejestru.
- Taki rejestr kwantowy zwykle składa się z 14 jonów, które są przechowywane wzdłuż osi w odległości kilku mikrometrów. Ważne jest, aby kubitami łatwo było manipulować, ale jednocześnie były odporne na zakłócenia.
- Oznacza to, że kubity muszą pozostawać w swoich stanach tak długo, jak to możliwe, aż do wykonania operacji arytmetycznej. Dekoherencja, tj. Powrót do stanu klasycznego, musi być opóźnione tak długo, jak to możliwe.
- Operatory logiczne służą do manipulowania stanami, które są już używane w informatyce. W komputerach kwantowych operatory te nazywane są bramkami kwantowymi. Mają one decydujący wpływ na czas naświetlania i długość fali światła.
- Najprostszą operacją jest negacja, zwana NIE . Stan kubita jest po prostu odwrócony lub zanegowany. W systemie binarnym 0 stałoby się 1 i odwrotnie. To przerzucanie odbywa się bardzo szybko i bardzo często po kolei i jest zgodne z algorytmem programu.
- Aby określić stan początkowy sieci kwantowej, jest on naświetlany impulsami laserowymi. Długość napromieniowania może określać prawdopodobieństwo, z jakim atom jest w stanie wzbudzonym.
- Po około dziesięciu mikrosekundach napromieniowania jon, który początkowo nie jest wzbudzony, znajduje się w stanie wzbudzonym. Jeśli jednak atom ten będzie napromieniowany tylko o połowę, będzie w tym stanie pośrednim, ponieważ jest o 50% bardziej prawdopodobne, że będzie w stanie podstawowym i o 50% bardziej prawdopodobne, że będzie w stanie wzbudzonym.
- Aby odczytać wynik po wykonaniu algorytmu, na jony wystrzeliwany jest kolejny impuls laserowy o innej długości fali. Fluorescencja wskazuje, czy są podekscytowani czy nie. Komputer może następnie ustalić prawidłowe wartości.
Komputery kwantowe: dzisiejszy stan techniki
Na targach elektronicznych w Las Vegas IBM zaprezentował w tym roku swój pierwszy na rynku komputer kwantowy.
- W porównaniu z poprzednimi modelami, IBM Q Systems One oblicza już 20 kubitów, co jest miarą prawidłowego funkcjonowania komputera kwantowego. Według IBM udało się utrzymać 20 kubitów w stanie przygotowanym przez 75 mikrosekund.
- Komputer kwantowy z 50 kubitami powinien być w stanie schować do kieszeni dowolny klasyczny superkomputer.
- IBM Q Systems One - szklane pudełko o długości i szerokości dwóch i pół metra nie powinno być oferowane na sprzedaż. Zamiast tego wybrani użytkownicy mogą uzyskać do niego dostęp z chmury i wykonywać obliczenia.
Od komputera kwantowego po kartę dziurkowaną: tak wyglądał pierwszy komputer
W kolejnej praktycznej wskazówce pokażemy, jak poprawnie konwertować liczby binarne i szesnastkowe.