▷ Mi a kvantumprocesszor és hogyan működik?

Kíváncsi lehet, mi a kvantumprocesszor és hogyan működik ? Ebben a cikkben belemerülünk ebbe a világba, és megpróbálunk többet megtudni erről a furcsa lényről, amely talán egy nap része a gyönyörű RGB alvásunknak, természetesen a kvantumnak.

Tartalom index

Mint minden más ebben az életben, Ön is alkalmazkodni fog, vagy meghal. Pontosan mi történik a technológiával, és nem pontosan évek milliónyi élettartam alatt, hanem évek vagy hónapok alatt. A technológia szédítő ütemben halad előre, és a nagyvállalatok folyamatosan újításokat folytatnak elektronikus alkatrészeikben. Több energia és kevesebb fogyasztás a környezet védelme érdekében a mai divatos helyiségek. Elértük azt a pontot, ahol az integrált áramkörök miniatürizálása majdnem eléri a fizikai határt. Az Intel szerint 5 nm-es lesz, ezen túlmenően nem lesz érvényes Moore-törvény. De egy másik figura erősödik, és ez a kvantumfeldolgozó. Hamarosan elkezdjük elmagyarázni annak összes előnyeit.

Mivel az IBM előfutára, a nagyvállalatok, mint például a Microsoft, a Google, az Intel és a NASA, már részt vesznek a küzdelemben annak érdekében, hogy megtudja, ki tudja felépíteni a legmegbízhatóbb és leghatékonyabb kvantumprocesszort. És ez biztosan a közeljövő. Látjuk, miről szól ez a kvantumprocesszor

Szüksége van kvantum processzorra?

A jelenlegi processzorok tranzisztorokon alapulnak. A tranzisztorok kombinációjának felhasználásával logikai kapuk kerülnek felépítésre az áthaladó elektromos jelek feldolgozására. Ha logikai kapuk sorozatához csatlakozunk, megkapjuk a processzort.

A probléma ekkor az alapegységében, a tranzisztorokban van. Ha ezeket miniatürizáljuk, több helyet helyezhetünk el, így több feldolgozási energiát biztosítunk. De természetesen ennek mindegyike fizikailag korlátozott, amikor olyan kicsi tranzisztorokat érünk el, amelyek nanométerek nagyságrendjükben vannak, problémákat találunk a benne keringő elektronoknak a helyes elvégzéséhez. Lehetséges, hogy ezek kicsúsznak a csatornájukról, ütköznek a tranzisztoron belüli más elemekkel, és lánchibákat okoznak.

És pontosan ez a probléma, hogy a biztonság és a stabilitás határát jelenleg elérjük a klasszikus tranzisztoros processzorok gyártásával.

Kvantumszámítás

Az első dolog, amit tudnunk kell, hogy mi a kvantumszámítás, és ezt nem könnyű megmagyarázni. Ez a koncepció eltér attól, amit ma klasszikus számítástechnikában ismertünk, és amely logikai láncok kialakításához elektromos impulzus bitjeit vagy "0" (0, 5 volt) és "1" (3 volt) bináris állapotokat használ. kiszámítható információk száma.

Uza.uz betűtípus

A kvantumszámítás a qubit vagy a cubit kifejezést használja a végrehajtható információk megjelölésére. Egy kbit nemcsak két állapotot tartalmaz, mint például 0 és 1, hanem képes egyidejűleg 0 és 1 vagy 1 és 0 is tartalmazására, vagyis ezeknek a két állapotnak egyszerre lehetnek. Ez azt jelenti, hogy nincs olyan elem, amely diszkrét értékeket 1 vagy 0 venne, de mivel mindkét állapotot tartalmazhatja, folyamatos természetű, és benne bizonyos állapotok, amelyek egyre kevésbé stabilak.

Minél több kvb, annál több információ feldolgozható

Pontosan abban a képességében, hogy kettőnél több állam is legyen, és ezek közül több is egyszerre legyen, rejlik a hatalma. Lehet, hogy egyszerre és rövidebb idő alatt több számítást is elvégezhetünk. Minél több kvb, annál több információ feldolgozható, ebben az értelemben hasonló a hagyományos CPU-khoz.

Hogyan működik a kvantumszámítógép?

A művelet azon kvantumtörvényeken alapul, amelyek szabályozzák a kvantumprocesszort alkotó részecskéket. Minden részecskén elektronok vannak a protonokon és neutronokon kívül. Ha mikroszkópot veszünk és megnézhetjük az elektron részecskék áramlását, láthatjuk, hogy viselkedésük hasonló a hullámok viselkedéséhez. A hullámot az jellemzi, hogy az energia szállítása az anyag, például a hang szállítása nélkül, olyan rezgések, amelyeket nem látunk, de tudjuk, hogy a levegőn keresztül haladnak, amíg el nem érik a fülünket.

Nos, az elektronok olyan részecskék, amelyek képesek akár részecskeként, akár hullámként viselkedni, és ez az, ami az állapotok átfedését okozza, és 0 és 1 egyszerre fordulhatnak elő. Olyan, mintha egy tárgy árnyéka kivetülne, az egyik szögben megtaláljuk az egyik alakzatot, a másik szögét. A kettő összekapcsolása képezi a fizikai tárgy alakját.

Tehát az elektromos feszültségen alapuló két, 1 vagy 0 érték helyett, amelyeket bitként ismertünk, ez a processzor több kvantumnak nevezett állapotmal képes működni. A kvantum azon túl, hogy megmérje a minimális értéket, amelyet egy nagyítás elviselhet (például 1 volt), képes megmérni a lehető legkisebb eltérést is, amelyet ez a paraméter tapasztalhat az egyik állapotból a másikba való áthaladáskor (például képes megkülönböztetni az alakot egy objektum két egyidejű árnyék segítségével).

Lehet, hogy 0, 1 és 0 és 1 egyidejűleg, azaz a bitek egymásra vannak helyezve

A világosság kedvéért 0, 1 és 0 és 1 lehet egyszerre, vagyis a bitek egymásra vannak helyezve. Minél több kbit van, annál több bitet lehet egymás felett, és annál több értékünk lehet egyszerre. Ily módon egy 3-bites processzorban olyan feladatokat kell elvégeznünk, amelyek rendelkeznek a 8 érték egyikével, de egyszerre nem többet. másrészt, egy 3 kvbitos processzorhoz lesz egy részecske, amely egyszerre nyolc állapotot vehet fel, majd nyolc művelettel egyszerre tudunk feladatokat elvégezni

Hogy ötletet adjunk nekünk, a valaha létrehozott legerősebb processzor egység 10 teraflops kapacitással rendelkezik, vagyis ugyanaz a 10 milliárd lebegőpontos művelet másodpercenként. Egy 30-bites processzor azonos számú műveletet képes elvégezni. Az IBM már rendelkezik egy 50 bites kvantumprocesszorral, és ennek a technológiának a kísérleti fázisában vagyunk. Képzelje el, milyen messze tudunk menni, mivel láthatja, hogy a teljesítmény sokkal magasabb, mint egy normál processzornál. A kvantumprocesszor kviteinek növekedésével az által végrehajtható műveletek exponenciálisan szaporodnak.

Hogyan hozhat létre kvantum processzort?

Annak a készüléknek köszönhetően, amely folyamatos állapotokkal képes működni, ahelyett, hogy csak két lehetősége lenne, átgondolható olyan problémák, amelyeket eddig lehetetlen megoldani. Vagy a jelenlegi problémákat is gyorsabban és hatékonyabban oldhatja meg. Mindezeket a lehetőségeket kvantumgép nyitja meg.

A molekulák tulajdonságainak „kvantálása” érdekében azokat abszolút nullához közeli hőmérsékletre kell állítani.

Ezen állapotok elérése érdekében nem használhatunk olyan tranzisztorokat, amelyek elektromos impulzusokon alapulnak, amelyek végül akár 1, mind pedig 0 lesznek. Ehhez tovább kell vizsgálnunk, különös tekintettel a kvantumfizika törvényeire. Gondoskodnunk kell arról, hogy ezek a részecskék és molekulák által fizikailag kialakított qubit képesek legyenek valami hasonlóra, mint amit a tranzisztorok csinálnak, vagyis ellenőrzött módon kapcsolatot létesítsenek közöttük, hogy a kívánt információt kínáljanak nekünk.

Ez az, ami valóban bonyolult és a kvantumszámításban meg kell küzdeni. A processzort alkotó molekulák tulajdonságainak „kvantálása” céljából azokat abszolút nulla (-273, 15 Celsius fok) hőmérsékletre kell állítani. Ahhoz, hogy a gép tudja, hogyan lehet megkülönböztetni az egyik állapotot a másiktól, különbségeket kell tennünk, például 1 V és 2 V áramerősséggel, ha 1, 5 V feszültséget adunk, akkor a gép nem fogja tudni, hogy az egyik vagy a másik. És ezt kell elérni.

A kvantumszámítás hátrányai

Ennek a technológiának a legfontosabb hátránya, hogy pontosan ellenőrzi ezeket a különféle állapotokat, amelyekön keresztül az anyag áthaladhat. Az egyidejű állapotok esetén nagyon nehéz stabil számításokat végezni kvantumalgoritmusok segítségével. Ezt kvantumi inkonzisztenciának nevezzük, bár nem lépünk be a felesleges kertekbe. Meg kell értenünk, hogy minél több kvb lesz, annál több állapotot fogunk elérni, és minél nagyobb az államok száma, annál nagyobb sebességet fogunk elérni, ugyanakkor nehezebb ellenőrizni is az anyagváltozásokban bekövetkező hibákat.

Ezenkívül az atomok és részecskék ezen kvantumállapotára irányadó szabályok azt mondják, hogy nem leszünk képesek megfigyelni a számítási folyamatot, amíg ez zajlik, mivel ha beavatkozunk, akkor a felül helyezett államok teljesen megsemmisülnek.

A kvantumállapotok rendkívül törékenyek, és a számítógépeket vákuumban és abszolút nulla hőmérsékleten teljesen el kell szigetelni, hogy a 0, 1% -os hibaarányt elérjék. Vagy a folyékony hűtés gyártói tegyék be az elemeket, vagy karácsonyra elfogy a kvantumszámítógép. Mindezek miatt legalább középtávon léteznek kvantumszámítógépek a felhasználók számára, lehet, hogy ezek közül néhány található a világ minden táján a kívánt körülmények között, és hozzáférhetünk hozzájuk az interneten keresztül.

alkalmazások

A kvantumprocesszorokat feldolgozási teljesítményükkel főként tudományos számításokhoz és a korábban megoldatlan problémák megoldásához használják. Az első alkalmazási területek valószínűleg a kémia, éppen azért, mert a kvantumprocesszor részecskekémián alapuló elem. Ennek köszönhetően meg lehet tanulmányozni az anyag kvantumállapotát, amelyet manapság lehetetlen megoldani a hagyományos számítógépekkel.

• Javasoljuk, hogy olvassa el a legjobb processzorokat a piacon

Ezután alkalmazható lehet az emberi genom, a betegségek kivizsgálására stb. A lehetőségek hatalmasak és az igények valósak, tehát csak várhatunk. Készen állunk a kvantumfeldolgozó áttekintésére!