Реалност, все още извън нашето познание - Quantum Computers

В живота на всеки има някои моменти, неща, които не можем да обясним. Неща, които не можем да разберем. По въпроса за квантовите компютри всички ние сме в това състояние, включително най-големите умове на света от 20 и 21 век.

Източник: i.ytimg.com

Значи хората са изградили квантови компютри, но не могат да го разберат?

Колко спорно е това? Всъщност факт е, че учените знаят повърхностната работа на квантовите компютри, но основният принцип, който управлява цялото поведение на квантовия компютър, все още е спорен.

И така, какво е тази странна наука и странни компютри?

„Бог не играе на зарове с Вселената.“ - Алберт Айнщайн
"Бог не само играе на зарове, но ... понякога ги хвърля там, където не могат да бъдат видени." - Стивън Хоукинг

Ето как най-великият ум на XX век и най-великият ум на 21 век описва тази мистериозна наука. Алберт Айнщайн смяташе, че ходът на всички събития е предопределен. Но Хокинг казва, че не е така. Понякога нещата се случват по начин, който само Бог може да обясни. Защо толкова много дебати? Не могат ли да се споразумеят за нещо? Ами фактът е, че както се споменава, квантовата механика е наистина мистериозна. Това квантово поведение нарушава повечето от общите физически явления. Не само това, това естество може да се види само в много малки частици.

Добре дошли в света на математиката. Квантовото поведение е напълно обяснено от набор от математически модели и резултатите са наистина противоречиви с естествения свят, който ежедневно преживяваме.

По принцип тази квантова физика зависи от вероятността. Като прост пример, докато четете тази статия, докато сте в автобуса, въпреки че може би не вярвате, според квантовата физика има вероятност да сте в „белия дом“. И не забравяйте, че вероятността е по-голяма от нулата !!. Но това ще е много малко като един милиард. Теоретично има шанс !. Когато частиците станат все по-малки и по-малки, тази вероятност нараства. Когато се вземе предвид електрон с маса 9.10938356 × 10–31 килограма, според законите на квантовата физика съществува голяма вероятност. Това, което индиректно казва, е, че има вероятност този електрон да съществува и на двете места. По-общо електронът може да съществува в повече от едно състояние. Това е принципната концепция, която стои зад максималната мощност на процесите на квантовите компютри и ще стигнем до това.

В края на 90-те Нобеловият физик Ричард Фейнман за пръв път излезе с идеята за квантов компютър. Всъщност това беше само идеята. Но това беше първото въображение на компютър, който надхвърля всички традиции.

И така, каква е голямата разлика между днешните компютри и квантовите компютри? Директният отговор е мощността на обработката. Изчислено е, че когато се отчита мощността на процесора, правилно проектираният квантов компютър ще може да изпревари всеки модерен компютър. Всъщност се прогнозира, че бинарните компютри, които използваме днес, никога няма да успеят да достигнат този капацитет за обработка. Така че нека копаем дълбоко, за да видим как този компютър може да изпълнява толкова бързо? Отговорът се крие в квантовата механика.

Основната единица, която се използва в днешния компютър, е малко (двоична цифра). Малко може да съдържа само една стойност. Или 1, или 0. Но когато става въпрос за квантовите компютри, основната единица е известна като „Qubit“. Кубитът или квантовият бит е единица квантова информация - квантовият аналог на класическия бит. Знаем, че квантовите елементи могат да съществуват едновременно в повече от едно състояние. Qubit е в суперпозицията на „стойност 1” и „стойност 0”. (Съществуващо в повече от едно състояние едновременно се определя като суперпозиция.) Тази суперпозиция е причина, че квантовият компютър изпреварва всички компютри в съвременния бинарен свят. Този малък Qubit може да съдържа едновременно 1 и 0 и това увеличава силата на изчисление по невероятен начин.

Източник: quantumfrontiers.files.wordpress.com

Нека вземем пример. В двоичен компютър, ако вземем два бита, има четири възможности 11, 10, 00, 01,. Но тези два бита могат да вземат само 1 от 4 в даден момент. Ако са необходими и четирите състояния, са необходими 4 операции. Но тъй като Qubit може да съдържа 1 и 0 наведнъж. Всички тези четири състояния могат да бъдат достигнати наведнъж. Четири операции ще бъдат намалени до една. (Това се случва, защото Qubits могат да съдържат и двете стойности. Два Qubits могат да съдържат тези четири състояния наведнъж, когато обикновените битове се нуждаят от едно състояние за всяко.) Останалото е математика. Просто вземете 3 Qubits, които могат да съдържат 8 състояния наведнъж. С 4 Qubits, 16 различни стойности. Съвсем ясно е, че поради феномена на суперпозицията на Qubits, квантовият компютър ще може да обработва хиляди пъти по-бързо от обикновените компютри.

Така че нека да изградим квантов компютър, какво чакаме?

Трудна част идва сега. Изграждането на квантов компютър не е лесна задача. Въпреки че има някои успешни резултати, учените все още се борят да измислят сложен модел. Основната причина за трудностите е известна като друг природен феномен, наречен „декохеренция“.

И така, каква е тази декохерентност? На първо място, готови ли сте да пътувате в мистериозния квантов свят, за да намерите decohernece?

В началото беше споменато, че квантовите елементи могат да съществуват едновременно повече от едно състояние и се нарича суперпозиция. Decohernece означава природните явления, че квантовият елемент ще напусне други състояния и ще започне да остава в едно състояние. По същество това е времето, в което този елемент спира да показва, че е квантов характер. Тези елементи на декохернеса се управляват от физиката на Нютонион, а не от квантовата механика. Когато няма суперпозиция, няма изключителна мощност на обработка.

Това, което е най-странното, е причината за decohernece. Според квантовата физика, ако се опитаме да измерим квантов елемент, който ще бъде декориран.

Както знаем в 3D пространството, можем да локализираме всеки обект по оси x, y, z. По подобен начин, ако се опитаме да намерим квантов елемент (напр .: кубит), той може да бъде разположен, но в този момент той не показва квантовата природа. Когато измерваме или улавяме Qubit, той вече няма да бъде Qubit, докато не го пуснем. Това е едно от най-невероятните и прекрасни явления в природата, което държи най-големите умове в света от 30-те години на миналия век. Има някои модели и теории, които обясняват това явление, но все пак те са дискусионни.

Поради този призрачен характер на квантовия свят са необходими специални видове алгоритми за квантовите компютри. Тези алгоритми трябва да бъдат дефинирани по начин, по който операциите за получаване могат да се извършват без измерване на кубитите. Всъщност съществуват и такива алгоритми.

Както всички знаем днес, най-находчивите университети в света като MIT Cambridge и Max Plank провеждат много експерименти в тази област. Според учените: „Ако тайната на декохерентността бъде разрешена правилно, ерата на ръчните квантови компютри няма да бъде много далеч“.