Quantum Computing: őrült

(teljesen irreleváns kép, amely hűvösnek tűnik a figyelem felkeltése érdekében)

Már jó ideje halljuk a kvantumszámításról, de mi a helyzet a hype-vel? A kvantumszámítógépek sokkal gyorsabbak, mint a klasszikus számítógépek (az a készülék, amelyet az üzenet olvasásához használsz), tehát ezek elavulttá teszik jelenlegi számítógépeinket?

Nem, nem hiszem. A kvantumprocesszor egyfajta társprocesszorgá alakul, amely a normál CPU mellett fog működni, hogy segítse azt a kvantum-párhuzamosság előnyeit kihasználó feladatokban. Tegyük fel, hogy itt a pont, tehát a kvantumszámítógépek nem minden esetben gyorsabbak, mint a klasszikus számítógépek? Nem ők nem.

Tehát mi a kvantum párhuzamosság és hogyan használhatja ki a kvantum számítógép ezt. Ahhoz, hogy tudjuk, hogyan él a kvantum számítógép a kvantum párhuzamosság előnyeivel, először tudnunk kell, hogyan oldja meg a klasszikus számítógép egy problémát.

Tegyük fel, hogy van egy ilyen labirintusunk

(labirintus)

Hogyan kezel egy klasszikus számítógép ezt a megoldást (egyszerűsített)

  • Válasszon ki egy kezdeti útvonalat
  • Próbáljon balra, jobbra vagy előre (nem hátra) mozogni
  • Ellenőrizze, hogy kívül áll-e a labirintusban
  • Ha nem vagy kint, ismételje meg az 1. lépést
  • Ha az elmozdulás egyetlen módja vissza, akkor csapdába esik.
  • Jelölje meg az útvonalat érvénytelennek, és ismételje meg a lépéseket a kezdetektől, elkerülve az érvénytelen útvonalakat eredményező lépéseket.
  • Végül úgy válasszuk ki a helyes útvonalat, hogy minden egyes megoldáson keresztül végigvezetjük az utat

Ez nagyon időigényes. Ennek a folyamatnak a rögzítésének egyik módja az, ha több CPU-mag felhasználásával több útvonalat egyidejűleg ellenőrizünk egyidejűleg, lehetővé téve a CPU-magok számával arányos méretarányos növekedést. De a maximális felgyorsítási sebesség a CPU-magok számától függ. a legtöbb esetben 4-16 körül lehet.

Kipróbálhat egy 1000–4000 magot tartalmazó GPU-t, hogy egyszerre ellenőrizze a 4000 útvonalat, hogy sokkal jobb sebességet érjen el. De mi van, ha millió lehetséges útvonal van, a normál processzorok számára nagyon nehéz megoldani a labirintust, mivel ez függ a nem a magok gyorsítani. Tehát hogyan oldja meg a kvantum processzor a labirintust?

Nagyon egyszerű, a kvantumprocesszort nem korlátozza a magok száma, és kihasználhatja a kvantum párhuzamosságot az útvonalak egy menetben történő ellenőrzéséhez. Ez őrülten hangzik.Hogyan teszi ezt a kvantumszámítógép, hogyan tudja több útvonalat ellenőrizni egyidejűleg ezt a szuperpozíció felhasználásával teszi meg.

Qubits: a szabályos bit kvantum-egyenértéke

A normál számítógépek olyan bitekkel végeznek számítást, amelyek két egyedi állapotot tárolhatnak, akár 0-at, akár 1-et, de a kvantumszámítógépek olyan kviteket használnak, amelyek egyszerre lehetnek 0 és 1 is, mi?

Klasszikus bit vs Qubit

Legtöbben talán megtanultak, hogy az anyag nagyon kicsi egységei (elektron) mindkét hullám anyaga tulajdonságait mutatják, amelyek két különálló állam. Nos, egyszerre mutatják a hullám és az anyag tulajdonságait, tehát szó szerint két különálló állapotban léteznek egyszerre. A kvantumbit szuperpozíciót is használ, és 1,0 lehet, és 1 és 0 szuperpozíciót.

Klasszikus bitekben a magas feszültség 1-et, az alacsony feszültség pedig nullát jelent, amely lehetővé teszi a különálló állapotok mérését.

Szuperpozíció: "Tehát egyszerre halott és él?"

A szuperpozíció egy állapot a mérés előtt, és nincs jobb módja annak, hogy ezt megmagyarázza, mint Schroedinger gondolatkísérletének „egyszerűsített” verziójával. Schroedinger macskáját egy fémdobozba zárta egy radioaktív atommal. Most 50-50 esély van. hogy az atom radioaktív szétesést szenvedhet, és a macska ezt követõen meghal, sugármérgezés következtében, vagy az atom nem megy át, és a macska él, hogy elmondja a mesét. Csak akkor tudhatjuk, ha a macska meghalt vagy él, amikor kinyitjuk a dobozt, de mivel ugyanolyan valószínűség, hogy a macska meghalt vagy él, amikor a dobozt nem nyitják meg, azt mondjuk, hogy a macska halott és életben van is (egy superpozíció), amikor a dobozt nem nyitják meg, és halott vagy élőké válik, amikor kinyitja a dobozt , vagyis ha kinyitja a dobozt, és a macskát halottnak találta, akkor az még nem volt halott, hanem abban az esetben halt meg, amikor kinyitotta a dobozt, hogy megmérje a kísérlet eredményét. Lényegében megölte a macskát, amikor kinyitotta a dobozt :( .Ha visszatekerünk és gondolkodunk azon, hogy mi történt itt.

A kvitek a szuperpozíciós állapotot használják a kvantum-párhuzamosság eléréséhez. Egy másik példa, amely segít megérteni a koncepciót, egy érmedobási kísérlet.Feltételezzük, hogy érmedobást készítünk - a lehetséges eredmény fej vagy farok (0 és 1), ha ha eldobja az érmét, akkor ugyanolyan valószínű, hogy a végső állapot fej vagy farok lehet, ami az állapot szuperpozícióját eredményezheti.Ha az érme végül a kezedben lesz a kezedben, az érmét különálló helyzetbe kényszerítjük a szuperpozíciós állapotból. egy (fej vagy farok). Ha kapsz egy fejet ebben a világban, létezik egy párhuzamos világ, amelyben az érme kimenetele egy farok volt. A kvantumszámítógép ezt a párhuzamos világkoncepciót használhatja az összes lehetséges eredmény állapotának kiszámítására egyetlen számításban.Ez így használja a kvantum párhuzamosságot a problémák megoldásához. Ez az, ha egy klasszikus számítógép egyetlen bitet használhat egyetlen állapot ábrázolására. . . . . . (0 vagy 1) egyszerre egy kbit reprezentálhat 2 állapotot (mind 0, mind 1). Az, hogy egy kvantumszámítógép skálázza-e a kvitek számát, nagyon lenyűgöző. Ha van egy 3 klasszikus bit a nem-ábrázolásra, akkor csak egyetlen állapotot reprezentálhatnak, pl. (000,001,010,111) stb., Csak egy idő, de egy 3-bites 8 az összes lehetséges állapot egyidejűleg szuperpozícióval (qqq, amelyben minden q lehet 0 vagy 1), tehát ami egy klasszikus számítógépet vesz fel, a 8 számítás csak 1 kbit-et vesz igénybe.A kvitek száma növeli az adatokat, amelyeket egy kvantumszámítógép exponenciálisan növekszik 2 ^ n, ahol n az a kvbit száma, amely minden kvbittel megduplázza a kvantumszámítógép kapacitását az adatfeldolgozásra, most évente 10–12 qubit növekedést tapasztalunk, amely 1024–4096 nagyságrendű gyorsulásra utal. mint az előző évben gyártott kvantumszámítógép, amely óriási a moore-törvény által a CPU-khoz előre jelzett csúcssebesség-növekedéshez képest.

Kvantum összefonódása: „a szeretet hatalma gyorsabb, mint a fény”

Egy másik jelenség, amelyet kvantumszámítógépekben használunk, az az összefonódás. Ha 2 elektront veszünk fel és bekapcsoljuk őket, akkor egymással rokonok, ha megpróbálunk változtatni az egyikben, akkor az azonnal hatással lesz a másik elektronra. Tegyük fel, hogy veszünk 2 elektronot, és belekapaszkodunk, majd egy cnot-kapu segítségével szuperpozíciós állapotba helyezzük őket, és az univerzum végére viszik őket. megmérjük egy elektronot, és megtaláljuk annak spinjét, ez a művelet azonnal megváltoztatja a másik összefonódott elektron spinjét ellenkező irányba .Ez a pillanatnyi fellépés gyorsabb, mint a fény sebessége, de Einstein azt jósolta, hogy semmi sem haladhat gyorsabban, mint a fény. ezt a kísérteties akciót nevezték távolról.

(valóban kísérteties)

Tehát gondolkodhat: „Ez a kvantumszámítástechnika annyira futurisztikusnak tűnik, hogy ebben az évtizedben bármikor kvantumszámítógépet tudnék használni” nem tévedsz, most kvantumszámítógépet használhatsz .IBM biztosítja, hogy valódi kvantum a számítógépet bádogni kell 5 kvbittel mostantól

A kvantumszámítógépek valódi alkalmazása a fehérje-szimulációban és a repedés-titkosításban rejlik. A titkosítás kulcsa az, hogy egy nagyon nagy szám elsődleges tényezői gyakorlatilag nem oldhatók meg. A számot az elsődleges tényezőkből szorozzuk meg, de a fő tényezőket nem tudjuk előállítani. könnyedén visszatérhet a számból.A probléma megoldása az volt, hogy az összes lehetséges kombinációt egyenként brutálva kikényszerítjük, ami több időt vehet igénybe, mint az univerzum kora. De a kvantum számítógépek megérkezése megváltoztatja a játékot, a kvantum számítógépek átmenhetnek az összes A kvantum-párhuzamosság megoldásait egyszerre használva minden modern titkosítást használhatatlanná válnak. De ne aggódjon, ha a kvantum-számítógépek megérkeznének, a kvantum utáni kriptográfia elnevezésû kriptográfia lenne, amely gyakorlatilag meghiúsíthatatlan még kvantumszámítógépek számára is.

Naponta új kvantumszámítógépeket találnak az IBM-nél, és azt jósolják, hogy a kvantumszámítógépek 5 éven belül bekerülnek a mainstream rendszerbe, és úgy tűnik, hogy nincs jobb ideje a kvantumszámításhoz való belépéshez, mint most. Ezért ahelyett, hogy arra várnánk, hogy megérkezik a kvantummal működő MacBook, próbálja ki IBM Q tapasztalat