Izazov kvantnog računanja

Sadržaj

• Kvantna stvarnost
• Izrada kvantnog bita
• Bez grešaka, bez stresa - Vaš korak po korak vodič za stvaranje softvera koji mijenja život bez uništavanja života
• Koliko smo blizu?
• Zaključak

Izvor: Rcmathiraj / Dreamstime.com

Oduzeti:

Pogledajte detaljnije kvantno računanje, kako to funkcionira i njegove buduće potencijale.

"Ako mislite da razumijete kvantnu fiziku, ne razumijete kvantnu fiziku." Taj se citat pripisuje fizičaru Richardu Feynmanu, ali nije jasno je li to zapravo rekao. Evo pouzdanijeg Feynmanovog citata iz MIT-ove 1995. godine: „Mislim da mogu sa sigurnošću reći da nitko ne razumije kvantnu mehaniku.“

Kvantna stvarnost

Sada kada smo se izvukli iz ovoga, da vidimo ima li ičega što znamo. Kvantna mehanika je čudna. Te sitne čestice na kvantnoj razini jednostavno se ne ponašaju kako se očekuje. Tamo su stvari drugačije.

U kvantnom svemiru događaju se lude stvari. Postoji unutrašnja slučajnost, neizvjesnost, zbrka. Sve se čini pomalo.

Sada znamo da atomi i subatomske čestice djeluju kao da su povezani. Einstein je nazvao kvantno zapletenost „sablasno djelovanje na daljinu.“ Zamislite dva objekta koja su fizički odvojena, ali ponašaju se na isti način, imaju ista svojstva i djeluju kao jedan. Zamislite da su ta dva objekta udaljena 100 000 svjetlosnih godina. Zaista čudno.

Ima još. Načelo nesigurnosti u kvantnoj mehanici kaže da se određena svojstva čestica jednostavno ne mogu znati. K tome dodajte problem dekoherencije, koji ima neke veze sa kolapsom valne funkcije. A verzije eksperimenta s dvostrukim prorezom sugeriraju da jedan kvantni objekt može biti istovremeno na dva mjesta, da promatranje mijenja prirodu subatomskih čestica ili se čini da su elektroni otputovali natrag u vrijeme.

Sada vidite zašto izgradnja kvantnog računala može biti takav izazov. Ali to ne sprečava ljude da pokušavaju. (Za više informacija o kvantnom računanju, pogledajte zašto bi Kvantno računanje moglo biti sljedeće skretanje na autocestu velikih podataka.)

Izrada kvantnog bita

Problem s neizvjesnošću je što otežava računanje. Cilj se uvijek kreće. Pa čak i ako razvijete neki matematički sustav, kako ispravljate pogreške? I mislili ste da je binarno teško.

"Kubit je kvantni mehanički sustav koji se, pod nekim pogodnim okolnostima, može tretirati samo s dvije kvantne razine", kaže profesorica Andrea Morello sa Sveučilišta u Novom Južnom Walesu u Australiji. "A nakon što to dobijete, možete ga koristiti za kodiranje kvantnih informacija."

Bez grešaka, bez stresa - Vaš korak po korak vodič za stvaranje softvera koji mijenja život bez uništavanja života

Ne možete poboljšati svoje programiranje kad nikoga nije briga za kvalitetu softvera.

Lakše je reći nego učiniti. Trenutna kvantna računala još uvijek nisu vrlo moćna. Još uvijek pokušavaju ispraviti blokove.

Kvantni bit, poznat i kao qubit, ima eksponencijalno veći potencijal od klasičnog bita u binarnom digitalnom računanju. Elementarna čestica može biti u više stanja istovremeno, kvaliteta poznata kao superpozicija. Iako klasični bit može biti u bilo kojem od dva stanja (jednom ili nuli), qubit može biti u oba ova položaja istovremeno.

Pomislite na novčić. Ima dvije strane: glave ili repove. Kovanica je binarna. Ali zamislite da novčić bacate u zrak i on se neprestano vrti. Dok leprša, glava je ili je rep? Što će biti ako ikad sleti? Kako možete kvantificirati okretni novčić? To je slab pokušaj ilustracije superpozicije.

Pa kako napraviti qubit? Pa, ako kvantni fizičari ne razumiju kvantnu mehaniku, ovdje bismo teško mogli upravljati adekvatnim objašnjenjem. Pristanimo u užem izboru tehnologija koje se testiraju za stvaranje kbita:

• Nadprovodni krugovi
• Spin qubits
• Ionske zamke
• Fotonski sklopovi
• Topološke pletenice

Najpopularnije od njih su prve dvije. Ostale su teme sveučilišnog istraživanja. U prvoj tehnici superprevodnici se super hlade kako bi se uklonile elektromagnetske smetnje. Ali vremena koherencije su relativno kratka i stvari se pokvare. Profesor Morello radi na tehnici spinovanja. Kvantne čestice imaju električni naboj, baš kao što rade i magneti. Pomoću mikrovalovnih impulsa, on će moći dobiti elektron da se okreće, a ne dolje, stvarajući tako jedno-elektronski tranzistor.

Tada ostaje stvar tolerancije grešaka i ispravljanja pogrešaka. Istraživači sa Sveučilišta u Kaliforniji, Santa Barbara uspjeli su dostići 99,4 posto vjernosti svojim kabitnim vratima. Postigli su 99,9 posto vjernosti vrata na Sveučilištu u Oxfordu. Pa jesmo li već tamo?

Koliko smo blizu?

Edwin Cartlidge ovo pitanje postavlja u članku za listopad 2016 za Optics & Photonics News. Upozorenje ETSI-ja iz 2015. godine da bi se organizacije trebale prebaciti na "kvantno sigurne" tehnike šifriranja trebalo bi vam reći da je nešto na horizontu.

Google, Microsoft, Intel i IBM svi su u igri. Jedan od pragova koje Google slijedi je nešto što su nazvali "kvantna nadmoć". Koristi se za opisivanje točke u kojoj kvantno računalo čini nešto što klasično računalo ne može.

IBM planira razviti „univerzalno” kvantno računalo u 2017., prema Davidu Castelvecchiju iz Scientific American-a. Pod nazivom "IBM Q", usluga u oblaku dostupna je putem interneta uz plaćanje. Možete okusiti ono što rade isprobajući njihovo Quantum Experience, sada dostupno na mreži. Ali Castelvecchi kaže da nijedan od tih napora nije snažniji od konvencionalnih računala. Nadmoć kvantne još nije utvrđena.

Kao što je Techopedia izvijestio u 2013., Google ima dosta aplikacija za zrelo kvantno računalo, jednom razvijeno. Microsoft radi na topološkom kvantnom računanju. Nekoliko startupa se podiže i na terenu se dosta radi. No neki stručnjaci upozoravaju da jelo možda još nije u potpunosti kuhano. "Ne radim nikakva priopćenja za javnost o budućnosti", kaže Rainer Blatt sa Sveučilišta u Innsbrucku u Austriji. A fizičar David Wineland kaže, "Dugoročno sam optimističan, ali šta" dugoročno "znači, ne znam." (Pogledajte 5 zgodnih stvari koje bi Googles Quantum Computer mogao napraviti.)

Čak i kada se postigne superiornost u kvantnom računanju, ne tražite da to uskoro zamijeni vaše prijenosno računalo. Kvantna računala, poput njihovih binarnih kolega u ranim danima, mogu biti samo specijalizirani uređaji posvećeni određenim svrhama. Jedna od najčešćih primjena smisla bilo bi imati kvantno računalo koje simulira kvantnu mehaniku. Osim intenzivnih računalnih operacija poput vremenske prognoze, korištenje kvantnog računanja može biti centralizirano i ograničeno na oblak. Naravno, to bi moglo biti savršeno mjesto za to.

Zaključak

Profesor Morello jasno je identificirao glavni izazov kvantnog računanja. Prije nego što počnete kodirati podatke, morate biti u mogućnosti uspostaviti dvije diskretne kvantne razine pomoću qubita. Nakon postizanja, kvantno računanje "omogućava vam pristup eksponencijalno većem prostoru za računanje" od klasičnog računala. Kvantno računalo, na primjer, s 300 kubita (N qubits = 2^N klasični bitovi) mogli bi obraditi više bita informacija nego što ima čestica u svemiru.

To je puno bitova. Ali, odlazak do tamo će potrajati.