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.
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 univers 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.
Kompjuteri kuantik do të jetë këtu!
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 univers. 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.
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
