Seria e përparimeve në llogaritjen kuantike
Një kompjuter i zakonshëm, i cili tani quhet një kompjuter klasik ose tradicional, punon në konceptin bazë të 0-ve dhe 1-ve (zero dhe një). Kur pyesim kompjuter për të bërë një detyrë për ne, për shembull një llogaritje matematikore ose rezervim të një takimi ose ndonjë gjë që lidhet me jetën e përditshme, kjo detyrë në momentin e caktuar konvertohet (ose përkthehet) në një varg me 0 dhe 1 (që më pas quhet input), kjo hyrje përpunohet nga një algoritëm (i përcaktuar si një grup rregullash që duhen ndjekur për të përfunduar një detyrë në një kompjuter). Pas këtij përpunimi, kthehet një varg i ri me 0 dhe 1 (i quajtur output) dhe ky kodon për rezultatin e pritur dhe përkthehet në informacione më të thjeshta miqësore për përdoruesit si një "përgjigje" ndaj asaj që përdoruesi donte që kompjuteri të bënte. . Është magjepsëse që pavarësisht se sa i zgjuar apo i zgjuar mund të duket algoritmi dhe cilido qoftë niveli i vështirësisë së detyrës, një algoritëm kompjuterik bën vetëm këtë gjë – manipulimin e vargut të biteve – ku secili bit është ose 0 ose 1. manipulimi ndodh në kompjuter (në fundin e softuerit) dhe në nivelin e makinës ai përfaqësohet nga qarqet elektrike (në pllakën amë të kompjuterit). Në terminologjinë harduerike kur rryma kalon nëpër këto qarqe elektrike, ajo mbyllet dhe hapet kur nuk ka rrymë.
Kompjuter klasik Vs kuantik
Prandaj, në kompjuterët klasikë, biti është një pjesë e vetme e informacionit që mund të ekzistojë në dy gjendje të mundshme – 0 ose 1. Megjithatë, nëse flasim për kuant kompjuterët, ata zakonisht përdorin bit kuantikë (të quajtur edhe 'qubits'). Këto janë sisteme kuantike me dy gjendje, megjithatë, ndryshe nga biti i zakonshëm (i ruajtur si 0 ose 1), kubitët mund të ruajnë shumë më tepër informacion dhe mund të ekzistojnë në çdo supozim të këtyre vlerave. Për të shpjeguar në një mënyrë më të mirë, një kubit mund të mendohet si një sferë imagjinare, ku qubit mund të jetë çdo pikë në sferë. Mund të thuhet se llogaritja kuantike përfiton nga aftësia e grimcave nënatomike për të ekzistuar në më shumë se një gjendje në çdo kohë të caktuar dhe gjithsesi të jenë reciprokisht ekskluzive. Nga ana tjetër, një bit klasik mund të jetë vetëm në dy gjendje - shembull në fund të dy poleve të sferës. Në jetën e zakonshme ne nuk jemi në gjendje ta shohim këtë 'mbivendosje' sepse pasi një sistem shikohet në tërësinë e tij, këto mbivendosje zhduken dhe kjo është arsyeja që kuptimi i mbivendosjeve të tilla është i paqartë.
Çfarë do të thotë kjo për kompjuterët është se kompjuterët kuantikë që përdorin kubit mund të ruajnë një sasi të madhe informacioni duke përdorur më pak energji se një kompjuter klasik dhe kështu operacionet ose llogaritjet mund të bëhen relativisht shumë më shpejt në një kompjuter kuantik. Pra, një kompjuter klasik mund të marrë një 0 ose 1, dy bit në këtë kompjuter mund të jenë në katër gjendje të mundshme (00, 01, 10 ose 11), por vetëm një gjendje përfaqësohet në çdo kohë të caktuar. Një kompjuter kuantik, nga ana tjetër, punon me grimca që mund të jenë në mbivendosje, duke lejuar dy kubit të përfaqësojnë saktësisht të njëjtat katër gjendje në të njëjtën kohë për shkak të vetive të mbivendosjes që çliron kompjuterët nga 'kufizimi binar'. Kjo mund të jetë e barabartë me katër kompjuterë që funksionojnë njëkohësisht dhe nëse i shtojmë këto kubit, fuqia e kompjuterit kuantik rritet në mënyrë eksponenciale. Kompjuterët kuantikë përfitojnë gjithashtu nga një veçori tjetër e fizikës kuantike të quajtur 'ngatërrim kuantik', i përcaktuar nga Albert Einstein, ngatërrimi është një veti që lejon grimcat kuantike të lidhen dhe të komunikojnë pavarësisht nga vendndodhja e tyre në univers në mënyrë që ndryshimi i gjendjes së njërit mund të ndikojë menjëherë tek tjetri. Aftësitë e dyfishta të 'superpozicionit' dhe 'ngatërrimit' janë në parim mjaft të fuqishme. Prandaj, ajo që mund të arrijë një kompjuter kuantik është e paimagjinueshme kur krahasohet me kompjuterët klasikë. E gjithë kjo tingëllon shumë emocionuese dhe e drejtpërdrejtë, megjithatë, ka një problem në këtë skenar. Një kompjuter kuantik, nëse merr kubit (bit të supozuar) si hyrje, dalja e tij do të jetë gjithashtu në një gjendje kuantike dmth. një dalje që ka bit të mbivendosur të cilët gjithashtu mund të vazhdojnë të ndryshojnë në varësi të gjendjes në të cilën ndodhet. Ky lloj prodhimi nuk Me të vërtetë na lejon të marrim të gjithë informacionin dhe për këtë arsye sfida më e madhe në artin e llogaritjes kuantike është të gjejmë mënyra për të marrë sa më shumë informacion nga ky prodhim kuantik.
Kompjuteri kuantik do të jetë këtu!
Kompjuterët kuantikë mund të përkufizohen si makina të fuqishme, bazuar në parimet e mekanikës kuantike që marrin një qasje krejtësisht të re për përpunimin e informacionit. Ata kërkojnë të eksplorojnë ligjet komplekse të natyrës që kanë ekzistuar gjithmonë, por zakonisht kanë mbetur të fshehura. Nëse fenomene të tilla natyrore mund të eksplorohen, llogaritja kuantike mund të ekzekutojë lloje të reja algoritmesh për të përpunuar informacionin dhe kjo mund të çojë në zbulime inovative në shkencën e materialeve, zbulimin e drogës, robotikën dhe inteligjencën artificiale. Ideja e një kompjuteri kuantik u propozua nga fizikani teorik amerikan Richard Feynman në vitin 1982. Dhe sot, kompanitë e teknologjisë (si IBM, Microsoft, Google, Intel) dhe institucionet akademike (si MIT dhe Universiteti Princeton) po punojnë në kuantike prototipe kompjuterike për të krijuar një kompjuter kuantik të zakonshëm. International Business Machines Corp. (IBM) ka thënë së fundmi se shkencëtarët e saj kanë ndërtuar një platformë të fuqishme kompjuterike kuantike dhe mund të vihet në dispozicion për akses, por theksojnë se nuk mjafton për të kryer shumicën e detyrave. Ata thonë se një prototip 50-kubit i cili aktualisht është duke u zhvilluar mund të zgjidhë shumë probleme që bëjnë kompjuterët klasikë sot dhe në të ardhmen kompjuterët 50-100 kubit do të mbushnin kryesisht boshllëkun, dmth një kompjuter kuantik me vetëm disa qindra kubit do të ishte në gjendje të kryejnë më shumë llogaritje në të njëjtën kohë sesa ka atome në të njohurit univers. Duke folur realisht, rruga ku një kompjuter kuantik mund të tejkalojë një kompjuter klasik në detyra të vështira është i ngarkuar me vështirësi dhe sfida. Së fundmi Intel ka deklaruar se kompjuteri i ri kuantik 49-bit i kompanisë përfaqësoi një hap drejt kësaj “supremacie kuantike”, në një përparim të madh për kompaninë që kishte demonstruar një sistem qubit 17-bit vetëm vetëm 2 muaj më parë. Prioriteti i tyre është të vazhdojnë të zgjerojnë projektin, bazuar në të kuptuarit se zgjerimi i numrit të kubitëve është çelësi për krijimin e kompjuterëve kuantikë që mund të japin rezultate të botës reale.
Materiali është çelësi për ndërtimin e kompjuterit kuantik
Materiali silikoni ka qenë një pjesë integrale e llogaritjes për dekada, sepse grupi i tij kryesor i aftësive e bëjnë atë të përshtatshëm për llogaritjen e përgjithshme (ose klasike). Megjithatë, për sa i përket llogaritjes kuantike, zgjidhjet e bazuara në silikon nuk janë miratuar kryesisht për dy arsye, së pari është e vështirë të kontrollohen kubitët e prodhuar në silikon, dhe së dyti, është ende e paqartë nëse kubitët e silikonit mund të shkallëzohen si të tjerat. Zgjidhjet. Në një përparim të madh Intel ka zhvilluar shumë kohët e fundit1 një lloj i ri kubit i njohur si 'spin qubit' i cili prodhohet në silikon konvencional. Kubitët rrotullues i ngjajnë shumë elektronikës gjysmëpërçuese dhe ato japin fuqinë e tyre kuantike duke shfrytëzuar rrotullimin e një elektroni të vetëm në një pajisje silikoni dhe duke kontrolluar lëvizjen me pulsime të vogla mikrovalore. Dy avantazhet kryesore që çuan në lëvizjen e Intel në këtë drejtim janë, së pari Intel si kompani tashmë është investuar shumë në industrinë e silikonit dhe kështu ka ekspertizën e duhur në silikon. Së dyti, kubitët e silikonit janë më të dobishëm sepse janë më të vegjël se kubitët konvencionalë dhe pritet të mbajnë koherencë për një periudhë më të gjatë kohore. Kjo ka rëndësi parësore kur sistemet e llogaritjes kuantike duhet të rriten (p.sh. duke shkuar nga 100-qubit në 200-qubit). Intel po teston këtë prototip dhe kompania pret të prodhojë çipa që kanë mijëra vargje të vogla kubit dhe një prodhim i tillë kur bëhet me shumicë mund të jetë shumë i mirë për shkallëzimin e kompjuterëve kuantikë dhe mund të jetë një ndryshim i vërtetë i lojës.
Në një studim të fundit të publikuar në Shkencë, një model i ri i projektuar për kristalet fotonike (dmth. një dizajn kristal i zbatuar në një çip fotonik) është zhvilluar nga një ekip në Universitetin e Maryland, SHBA, i cili ata pretendojnë se do t'i bëjë kompjuterët kuantikë më të aksesueshëm.2. Këto fotone janë sasia më e vogël e dritës e njohur dhe këto kristale ishin të ngulitura me vrima që bëjnë që drita të ndërveprojë. Modele të ndryshme vrimash ndryshojnë mënyrën se si drita përkulet dhe kërcehet përmes kristalit dhe këtu u bënë mijëra vrima trekëndore. Një përdorim i tillë i fotoneve të vetme është i rëndësishëm për procesin e krijimit të kompjuterëve kuantikë, sepse kompjuterët do të kenë aftësinë për të llogaritur numra të mëdhenj dhe reaksione kimike që kompjuterët aktualë nuk janë në gjendje të bëjnë. Dizajni i çipit bën të mundur që transferimi i fotoneve ndërmjet kompjuterëve kuantikë të ndodhë pa asnjë humbje. Kjo humbje është parë gjithashtu si një sfidë e madhe për kompjuterët kuantikë dhe kështu ky çip kujdeset për problemin dhe lejon rrugë efikase të kuant informacion nga një sistem në tjetrin.
Future
Kompjuterët kuantikë premtojnë të kryejnë llogaritjet shumë më tepër se çdo superkompjuter konvencional. Ata kanë potencialin për të revolucionarizuar zbulimin e materialeve të reja duke bërë të mundur simulimin e sjelljes së materies deri në nivelin atomik. Ai gjithashtu ndërton shpresë për inteligjencën artificiale dhe robotikën duke përpunuar të dhënat më shpejt dhe me efikasitet. Ofrimi i një sistemi kompjuterik kuantik komercialisht të zbatueshëm mund të bëhet nga ndonjë prej organizatave kryesore në vitet e ardhshme pasi ky kërkim është ende i hapur dhe një lojë e drejtë për të gjithë. Njoftimet e mëdha priten në pesë deri në shtatë vitet e ardhshme dhe në mënyrë ideale duke folur me serinë e përparimeve që po bëhen, problemet inxhinierike duhet të adresohen dhe një kompjuter kuantik 1 milion ose më shumë kubit duhet të jetë realitet.
***
{Mund të lexoni punimin origjinal kërkimor duke klikuar lidhjen DOI të dhënë më poshtë në listën e burimeve të cituara}
Burimi (s)
1. Castelvecchi D. 2018. Siliconi fiton terren në garën e llogaritjes kuantike. Natyra. 553 (7687). https://doi.org/10.1038/d41586-018-00213-3
2. Sabyasachi B. et al. 2018. Një ndërfaqe topologjike optike kuantike. Shkenca. 359 (6376). https://doi.org/10.1126/science.aaq0327
