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 itt a pontot, tehát a kvantumszámítógépek nem minden esetben gyorsabbak, mint a klasszikus számítógépek? Nem, nem az.

Tehát mi a kvantum párhuzamosság és hogyan használhatja ki a kvantum számítógép ezt. Ahhoz, hogy tudjuk, hogyan használjuk a kvantum számítógép a kvantum párhuzamosságot, 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 megfelelő 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 processzoroknak nagyon nehéz megoldani a labirintust, mivel ez függ a magok száma a gyorsításhoz. Tehát hogyan oldja meg a kvantum processzor a labirintust?

Ez nagyon egyszerű. A kvantumprocesszort nem korlátozza a magok száma, és kihasználhatja a kvantum párhuzamosságot az összes útvonal egyidejű ellenőrzéséhez. Ez őrülten hangzik.Hogyan teszi ezt a kvantumszámítógép, hogyan tudja több útvonalat egyszerre ellenőrizni 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 szintén szuperpozíciót használ, és 1,0 lehet, és 1 és 0 szuperpozíciót.

A klasszikus bitekben a magas feszültség 1-et, az alacsony feszültség pedig nullát jelent, amely lehetővé teszi a különálló állapotok mérését. Kvbitben hogyan mérhetjük a szuperpozíció állapotát?

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” változatával. Schroedinger macskáját egy fémdobozba zárta egy radioaktív atommal. Most 50-50 esély van. hogy az atom radioaktív szétesést szenvedhet, és a macska később sugármérgezés miatt meghal, vagy az atom nem bomlik, és a macska azt mondja, hogy elmondja a történetet. Csak akkor tudhatjuk, ha a macska meghalt vagy él, amikor kinyitjuk a dobozt, de mivel egyenlő annak valószínűsége, 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 hátrafordulunk, és gondolkodunk azon, hogy mi történt itt.

A kvitek a szuperpozíciós állapotot használják a kvantum-párhuzamosság eléréséhez. Egy másik példa, amely elősegíti a koncepció megértését, egy érmedobásos kísérlet. Tegyük fel, hogy érmét dobsz el. A lehetséges eredmény fej vagy farok (0 és 1), ha ha eldobja az érmét, ugyanolyan valószínűséggel jár, 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 kiszámításához egyetlen számításban.Ez így használja a kvantum párhuzamosságot a problémák megoldásához. Ilyenkor 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-ábrázoláshoz, 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 a klasszikus számítógépet veszi, 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 egy 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 elektronot veszünk és összekapcsoljuk 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 egy cnot gate-be, és szuperpozíciós állapotba helyezzük őket, és az univerzum végére viszik. Most mindkét elektronnak azonos esélye van az óramutató járásával megegyező vagy az óramutató járásával megegyező irányú centrifugálásra. megmérjük egy elektronot, és megtaláljuk annak spinjét, ez a művelet azonnal megváltoztatja a másik összefonódott elektron spinjét az 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 nem tudnék kvantumszámítógépet használni” nem tévedsz, most kvantumszámítógépet használhatsz .IBM biztosítja, hogy valódi kvantum 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 minden 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