REKLÁM

Egy lépéssel közelebb a kvantumszámítógéphez

Áttörések sorozata a kvantumszámítástechnikában

Egy közönséges számítógép, amelyet ma már klasszikus vagy hagyományos számítógépként emlegetnek, a 0-k és 1-ek (nullák és egyesek) alapkoncepcióján dolgozik. Amikor megkérdezzük a számítógép hogy elvégezzen helyettünk egy feladatot, például matematikai számítást vagy időpontfoglalást, vagy bármit, ami a mindennapi élethez kapcsolódik, akkor ez a feladat az adott pillanatban 0-s és 1-es karakterláncra konvertálódik (vagy lefordítva) (amit azután bemenet), ezt a bemenetet egy algoritmus dolgozza fel (amely a feladat számítógépen történő végrehajtásához követendő szabályok halmaza). A feldolgozás után egy új 0-s és 1-es karakterlánc kerül visszaadásra (ezt kimenetnek nevezzük), és ez kódolja a várt eredményt, és visszafordítja egyszerűbb, felhasználóbarát információvá, „válaszként” arra, hogy a felhasználó mit akart tenni a számítógéptől. . Lenyűgöző, hogy bármilyen okosnak vagy okosnak tűnik is az algoritmus, és bármilyen legyen is a feladat nehézségi szintje, a számítógépes algoritmus csak ezt az egy dolgot hajtja végre – a bitsorok manipulálását – ahol minden bit 0 vagy 1. A manipuláció a számítógépen történik (a szoftveres oldalon), és gépi szinten ezt elektromos áramkörök képviselik (a számítógép alaplapján). A hardveres terminológiában, amikor az áram áthalad ezeken az elektromos áramkörökön, az zárt és nyitott, ha nincs áram.

Klasszikus vs kvantum számítógép

Ezért a klasszikus számítógépekben a bit egyetlen információ, amely két lehetséges állapotban – 0 vagy 1 – létezhet. kvantum számítógépek, általában kvantumbiteket (más néven qubiteket) használnak. Ezek kétállapotú kvantumrendszerek, azonban a szokásos bittel (0 vagy 1-ként tárolva) ellentétben a qubitek sokkal több információt képesek tárolni, és ezeknek az értékeknek bármilyen feltételezésében létezhetnek. A jobb magyarázat érdekében a qubit képzeletbeli gömbnek tekinthető, ahol a qubit a gömb bármely pontja lehet. Elmondható, hogy a kvantumszámítás kihasználja a szubatomi részecskék azon képességét, hogy egy adott időpontban több állapotban is létezhetnek, és mégis kölcsönösen kizárják egymást. Másrészt egy klasszikus bit csak két állapotban lehet – például a gömb két pólusának végén. A hétköznapi életben nem láthatjuk ezt a „szuperpozíciót”, mert ha egy rendszert a maga teljességében szemlélünk, ezek a szuperpozíciók eltűnnek, és ez az oka annak, hogy az ilyen szuperpozíciók megértése nem világos.

What this means for the computers is that quantum computers using qubits can store a huge amount of information using lesser energy than a classical computer and thus operations or calculations can be relatively done much faster on a quantum computer. So, a classical computer can take a 0 or 1, two bits in this computer can be in four possible states (00, 01, 10 or 11), but only one state is represented at any given time. A quantum computer, on the other hand works with particles that can be in superposition, allowing two qubits to represent the exact same four states at the same time because of the property of superposition freeing up the computers from ‘binary constraint’. This can be equivalent to four computers running simultaneously and if we add these qubits, the power of the quantum computer grows exponentially. Quantum computers also take advantage of another property of quantum physics called ‘quantum entanglement’, defined by Albert Einstein, entanglement is a property which allows quantum particles to connect and communicate regardless of their location in the világegyetem so that changing the state of one may instantaneously affect the other. The dual capabilities of ‘superposition’ and ‘entanglement’ are quite powerful in principle. Therefore, what a quantum computer can achieve is unimaginable when compared to classical computers. This all sounds very exciting and straightforward, however, there is problem in this scenario. A quantum computer, if takes qubits (superposed bits) as its input, its output will also be similarly in a quantum state i.e. an output having superposed bits which can also keep changing depending on what state it is in. This kind of output doesn’t really allow us to receive all the information and therefore the biggest challenge in the art of quantum computing is to find ways of gaining as much information from this quantum output.

Itt lesz a kvantumszámítógép!

Quantum computers can be defined as powerful machines, based on the principals of quantum mechanics that take a completely new approach to processing information. They seek to explore complex laws of nature that have always existed but have usually remained hidden. If such natural phenomena can be explored, quantum computing can run new types of algorithms to process information and this could lead to innovative breakthroughs in materials science, drug discovery, robotics and artificial intelligence. The idea of a quantum computer was proposed by American theoretical physicist Richard Feynman way back in 1982. And today, technology companies (such as IBM, Microsoft, Google, Intel) and academic institutions (like MIT, and Princeton University) are working on quantum computer prototypes to create a mainstream quantum computer. International Business Machines Corp. (IBM) has said recently that its scientists have built a powerful quantum computing platform and it can be made available for access but remark that it’s not enough for performing most of the tasks. They say that a 50-qubit prototype which is currently being developed can solve many problems which classical computers do today and in the future 50-100 qubit computers would largely fill the gap i.e. a quantum computer with just a few hundred qubits would be able to perform more calculations simultaneously than there are atoms in the known világegyetem. Realistically speaking, the path to where a quantum computer can actually outperform a classical computer on difficult tasks is laden with difficulties and challenges. Recently Intel has declared that the company’s new 49-qubit quantum computer represented a step towards this “quantum supremacy”, in a major advancement for the company who had demonstrated a 17-bit qubit system only just 2 months ago. Their priority is to keep expanding the project, based upon the understanding that expanding number of qubits is the key to creating quantum computers that can deliver real-world results.

Az anyag kulcsfontosságú a kvantumszámítógép építéséhez

A szilícium anyag évtizedek óta a számítástechnika szerves részét képezi, mert kulcsfontosságú képességei miatt jól alkalmazható általános (vagy klasszikus) számítástechnikára. Ami azonban a kvantumszámítást illeti, a szilícium alapú megoldásokat elsősorban két okból nem fogadták el, egyrészt nehézkes a szilíciumból gyártott qubitek vezérlése, másrészt még mindig nem világos, hogy a szilícium qubitek skálázhatók-e másokhoz hasonlóan. megoldásokat. Az Intel a közelmúltban jelentős előrelépést jelent1 egy új típusú qubit, úgynevezett „spin qubit”, amelyet hagyományos szilíciumból állítanak elő. A spin qubitek nagyon hasonlítanak a félvezető elektronikára, és úgy adják le kvantumteljesítményüket, hogy egyetlen elektron spinjét kihasználják egy szilíciumeszközön, és apró mikrohullámú impulzusokkal szabályozzák a mozgást. Két fő előny, amely az Intel ebbe az irányba való elmozdulásához vezetett, az egyik, hogy az Intel mint vállalat már most is jelentős összegeket fektetett be a szilíciumiparba, és így megfelelő szakértelemmel rendelkezik a szilícium területén. Másodszor, a szilícium qubitek előnyösebbek, mivel kisebbek, mint a hagyományos qubitek, és várhatóan hosszabb ideig tartanak fenn koherenciát. Ez rendkívül fontos, amikor a kvantumszámítási rendszereket fel kell léptetni (pl. 100 qubitről 200 qubitre). Az Intel teszteli ezt a prototípust, és a vállalat arra számít, hogy több ezer kis qubit tömbből álló chipeket fog gyártani, és egy ilyen gyártás nagy mennyiségben nagyon jó lehet a kvantumszámítógépek felskálázásához, és valódi játékváltót jelenthet.

Egy nemrégiben megjelent kutatásban Tudomány, egy újonnan tervezett fotonikus kristálymintát (vagyis egy fotonikus chipen megvalósított kristálytervet) fejlesztett ki a Marylandi Egyetem (USA) csapata, amely állításuk szerint a kvantumszámítógépeket hozzáférhetőbbé teszi.2. Ezek a fotonok a legkisebb ismert fénymennyiség, és ezek a kristályok lyukakkal vannak bevésve, ami a fény kölcsönhatását okozza. A különböző lyukminták megváltoztatják a fény hajlítását és visszaverődését a kristályon, és itt ezer háromszög alakú lyuk készült. Az egyedi fotonok ilyen felhasználása fontos a kvantumszámítógépek létrehozásának folyamata szempontjából, mivel a számítógépek ekkor képesek lesznek olyan nagy számok és kémiai reakciók kiszámítására, amelyekre a jelenlegi számítógépek nem képesek. A chip kialakítása lehetővé teszi a fotonok átvitelét a kvantumszámítógépek között veszteség nélkül. Ezt a veszteséget a kvantumszámítógépek számára is nagy kihívásnak tekintették, így ez a chip megoldja a problémát, és hatékony útvonalat tesz lehetővé kvantum információk egyik rendszerből a másikba.

Jövő

A kvantumszámítógépek azt ígérik, hogy minden hagyományos szuperszámítógépen túlmutató számításokat hajtanak végre. Lehetőségük van forradalmasítani az új anyagok felfedezését azáltal, hogy lehetővé teszik az anyag viselkedésének szimulálását egészen az atomi szintig. Reményt épít a mesterséges intelligencia és a robotika számára az adatok gyorsabb és hatékonyabb feldolgozásával. Kereskedelmileg életképes kvantumszámítási rendszert az elkövetkező években bármelyik nagy szervezet megvalósíthat, mivel ez a kutatás még mindig nyitott, és mindenki számára tisztességes játék. Jelentős bejelentések várhatók az elkövetkező 1-XNUMX évben, és ideális esetben a folyamatban lévő fejlesztések sorozatával együtt a mérnöki problémákat meg kell oldani, és egy XNUMX millió vagy több kubites kvantumszámítógépnek valósággá kell válnia.

***

{Az eredeti kutatási cikket a hivatkozott forrás(ok) listájában lent található DOI linkre kattintva olvashatja el}

Forrás (ok)

1. Castelvecchi D. 2018. A szilícium teret hódít a kvantumszámítási versenyben. Természet. 553(7687). https://doi.org/10.1038/d41586-018-00213-3

2. Sabyasachi B. et al. 2018. Topológiai kvantumoptikai interfész. Tudomány. 359(6376). https://doi.org/10.1126/science.aaq0327

SCIEU csapat
SCIEU csapathttps://www.ScientificEuropean.co.uk
Scientific European® | SCIEU.com | Jelentős előrelépések a tudományban. Hatás az emberiségre. Inspiráló elmék.

Iratkozzon fel hírlevelünkre

A legfrissebb hírekkel, ajánlatokkal és külön értesítésekkel kell frissíteni.

Legnépszerűbb cikkek

Az anorexia összefügg az anyagcserével: a genomelemzés feltárja

Az anorexia nervosa egy extrém táplálkozási zavar, amelyre jellemző...

COVID-19 eredete: Szegény denevérek nem tudják bizonyítani ártatlanságukat

Egy közelmúltbeli tanulmány szerint megnövekedett a kockázata annak, hogy...

James Webb Űrteleszkóp (JWST): Az első Űr Obszervatórium, amelyet a...

A James Webb Space Telescope (JWST) kizárólag a...
- Reklám -
94,519VentilátorokMint
47,682KövetőKövesse
1,772KövetőKövesse
30ElőfizetőkFeliratkozás