Как работят квантовите компютри? - Просто обяснено
Свързани Видеоклипове: (Може 2024).
В днешно време учените непрекъснато работят върху квантовите компютри. Наскоро IBM пусна първия си квантов компютър. Ние обясняваме как работят тук.
Квантовите компютри: Това се нарича кубити
Така наречените кубити се използват в квантов компютър.
- Нормалните битове на компютъра могат да приемат само две различни стойности: 0 и 1, или „включено“ и „изключено“. Кубитът обаче може да бъде в междинно състояние нула и едно за определен период от време, така нареченото време за съгласуваност.
- В това състояние учените говорят за суперпозиция . Чрез измерване, кубитът след това се променя в едно от двете ясно дефинирани състояния, така че резултатът от измерването може да бъде записан в класически бит. В техническо отношение загубата на суперпозиция се нарича декохерентност .
- Такива кубити се правят в лабораторията от йони или свръхпроводящи контури, така наречените SQUIDs .
- Когато работите с йони, невзривен йон съответства на състояние 0, а възбуден - на състояние 1. За атом с най-ниска възможна енергия се казва, че не е използван. Ако обаче добавите енергия към атом, той се вълнува, защото външните електрони достигат по-високи енергийни нива. Йоните могат да се възбуждат с лазер.
Квантови регистри - трябва да знаете това
За решаване на аритметични операции са необходими няколко кубита. Човек говори за така наречения квантов регистър. След това информацията се разпространява във всички кубити на регистъра.
- Такъв квантов регистър обикновено се състои от 14 йона, които се съхраняват по оста на разстояние от няколко микрометра. Важно е тези кубити да се манипулират лесно, но също така са имунизирани срещу смущения.
- Това означава, че кубитите трябва да останат в съответните си състояния колкото е възможно по-дълго, докато не бъде извършена аритметичната операция. Декохерентността, т.е. връщането обратно в класическо състояние, трябва да се отлага възможно най-дълго.
- Логическите оператори се използват за манипулиране на състоянията, които вече се използват в компютърните науки. В квантовите компютри тези оператори се наричат квантови порти . Те са определящи за продължителността на облъчването и за дължината на вълната на светлината.
- Най-простата операция е отрицание, наречено НЕ . Състоянието на кубит е просто преобърнато или отричано. В двоичната система 0 ще стане 1 и обратно. Това обръщане се случва много бързо и много често последователно и следва алгоритъма на програмата.
- За да се определи първоначалното състояние на квантова решетка, тя се облъчва с лазерни импулси. Дължината на облъчването може да определи вероятността, с която един атом е във възбудено състояние.
- След около десет микросекунди облъчване йон, който първоначално не се възбужда, е в възбудено състояние. Ако обаче този атом се облъчва само наполовина по-дълго, той ще бъде в това междинно състояние, тъй като е с 50 процента по-голяма вероятност да бъде в основно състояние и с 50 процента по-вероятно да бъде в възбудено състояние.
- За да се прочете резултатът след изпълнение на алгоритъма, върху йони се задейства друг лазерен импулс с различна дължина на вълната. Флуоресценцията показва дали те се вълнуват или не. След това компютърът може да определи правилните стойности.
Квантовите компютри: съвременни технологии днес
На панаира на електрониката в Лас Вегас IBM представи първия си готов за пазара квантов компютър през тази година.
- В сравнение с предишните модели, IBM Q Systems One вече изчислява с 20 кубита, което е критерий за правилно работещ квантов компютър. Според IBM, той е успял да запази 20 кубита в подготвено състояние за 75 микросекунди.
- Квантов компютър с 50 кубита трябва да може да сложи всеки джобен класически суперкомпютър в джоба си.
- IBM Q Systems One - стъклена кутия с дължина и ширина два метра и половина не трябва да се предлага за продажба. Вместо това избраните потребители могат да получат достъп до него от облака и да извършват изчисления.
От квантов компютър до перфокарта: Ето как изглеждаше първият компютър
В следващия практичен съвет ще ви покажем как правилно да преобразувате двоични и шестнадесетични числа.