Компјутерско рачунарство нам помаже да радимо оно што не желимо или не можемо углавном због сложености, због вјероватноће недобровољних грешака и због времена. На пример, подизање броја на 128. степен у уму.
Сврха и употреба квантног компјутера.
Шта је квантни рачунар?
Најмоћнији квантни рачунар (КЦ) је - или, боље речено, био - потпуно другачији механизам, различит од свега што је човек икада створио. Најмоћнији сервери данас изгледају само као мали део онога што комплетан квантни рачунар може у коначници да уради.
Једноставно речено, циљ истраживања у области квантног рачунања је да се открију средства за убрзавање извођења дугорочних инструкција. Било би погрешно рећи да ЦЦ покреће програме брже од ПЦ или к86 сервера. "Програм" за КЦ је потпуно другачији поредак него икада за бинарни процесор. Након рођења компјутера извршене су сложене физичке калкулације, које су 1940. године помогле САД да створе атомску бомбу. Након проналаска транзистора, димензије ових система су значајно смањене. Тада је дошла идеја да паралелни процесори раде на задацима истовремено.
Квантно рачунање је само следећи корак. Постоје многи проблеми које савремени рачунари захтевају доста времена да реше, на пример, решавање линеарног система једначина, оптимизовање параметара за векторе подршке, проналажење најкраће путање кроз произвољну секцију или претраживање неструктуриране листе. Ово су сада прилично апстрактни проблеми, али ако знате нешто о алгоритмима или програмирању, можете видети колико то може бити корисно. Као пример, графички процесори (ГПУ) су изумљени искључиво у сврху приказивања троуглова, а затим их спајају у дво- или тродимензионални свет. А сада је Нвидиа компанија вриједна милијарду долара. Постоје ли технологије квантног рачунања или неке од њених историјских деривата, које људи сада добро користе? Другим речима, шта заправо квант има и коме служи директно?
За шта је квантни рачунар?
Навигација Ово је једна од главних примена квантних рачунара. ГПС систем не може да ради нигде на планети, посебно под водом. КЦ захтева да су атоми суперхлађени и суспендовани у стању које их чини посебно осетљивим. У покушају да то искористе, конкурентски тимови научника настоје развити неку врсту квантног акцелерометра који може пружити врло прецизне податке о кретању. Најзначајнији допринос развоју индустрије чини француска лабораторија за фотонику и нанознаност. Живи пример за то је покушај да се створи хибридна компонента која комбинује акцелерометар са класичним и затим користи високо-пропусни филтер за одузимање класичних података од квантних података. Резултат, ако се примени, биће изузетно прецизан компас који ће елиминисати померање и заношење фактора скале, обично повезано са жироскопским компонентама.
Сеизмологија. Иста екстремна осетљивост може се користити за детекцију присуства нафтних и гасних лежишта, као и потенцијалне сеизмичке активности на местима где конвенционални сензори још нису коришћени. У јулу 2017. године, КуантИЦ је показао како квантни гравиметар детектује присуство дубоко скривених објеката мерењем осцилација у гравитационом пољу. Ако се такав уређај направи не само практичним већ и преносивим, тим вјерује да може постати непроцјењив у суставу раног упозоравања за предвиђање сеизмичких догађаја и цунамија. Пхармацеутицалс. У првом плану су истраживања у борби против болести попут Алзхеимерове болести и мултипле склерозе; научници користе софтвер који симулира понашање вештачких антитела на молекуларном нивоу.
Пхисицс То је заправо разлог постојања концепта. Током свог говора 1981. у Цалтецх-у, професор Рицхард Феинман, отац квантне електродинамике (КЕД), предложио је да је једини начин да се изгради успјешна симулација физичког свијета на квантном нивоу машина која се придржава закона квантне физике и механике. Током овог говора који је објаснио професор Феинман, а остатак света је схватио да компјутеру неће бити довољно да генерише табелу вероватноће и како да окрене коцку. Штавише, да би се добили резултати које физичари сами не би назвали апокрифним, био би потребан механизам који би се понашао на исти начин као и понашање које је намеравао да имитира.
Машинско учење. Главна теорија присталица је да се такви системи могу прилагодити да "проучавају" обрасце стања у великим паралелним таласима, а не у узастопним скеновима. Обична математика може описати скуп вјероватних резултата у облику вектора у простору дивље конфигурације. Дешифровање Овде, напокон, долази до пробијања које је на овакве калкулације бацило прво јарко светло. Оно што кодове шифрирања чини толико комплексним, чак и за модерне класичне рачунаре, је да се заснивају на екстремно великом броју фактора који захтијевају прекомјерну количину времена за погодити методом подударања. Радни КЦ мора да изолује и идентификује такве факторе у року од неколико минута, што чини РСА систем кодирања ефективно застарелим.
Шифровање Концепт, назван квантна дистрибуција кључа (ККД), даје теоријску наду да типови јавних и приватних кључева које данас користимо за шифровање порука могу бити замењени кључевима који су подложни ефектима заплетања. У теорији, свака трећа страна која је разбила кључ и покушала да прочита поруку, одмах би уништила поруку за све. Наравно, ово може бити довољно. Али ККД теорија се заснива на огромној претпоставци која тек треба да се тестира у стварном свету: да су вредности добијене уз помоћ испреплетених кубита саме заплетене и подложне ефектима где год да иду.
У чему је разлика између квантног компјутера и обичног?
Класични рачунар изводи калкулације користећи битове који су 0 (“офф”) и 1 (“он”). Користи транзисторе за обраду информација у облику секвенци нула и такозваних компјутерских бинарних језика. Више транзистора, више могућности обраде - то је главна разлика. КЦ користи законе квантне механике. Баш као класични рачунар који користи нуле и оне. Ова стања се могу достићи честицама због њиховог унутрашњег момента, названог спин. Два стања 0 и 1 могу бити представљена у задњим честицама. На пример, ротација у правцу кретања казаљке на сату представља 1, а супротно од казаљке на сату представља 0. Предност коришћења КЦ је да честица може бити у неколико стања истовремено. Овај феномен се назива суперпозиција. Због овог феномена, КЦ може истовремено доћи до стања 0 и 1. Дакле, у класичном компјутеру, информација се изражава у облику једног броја 0 или 1. КЦ користи излазе који су описани као 0 и 1 у исто вријеме, што даје већу рачунску снагу.
Како ради квантни компјутер
Квантно рачунање се користи помоћу квантно механичких феномена као што су суперпозиција и заплетање. КЦ је уређај који обавља квантно рачунање и састоји се од микропроцесора. Такав рачунар је потпуно различит од бинарних дигиталних електронских рачунара заснованих на транзисторима и кондензаторима. Док конвенционалне дигиталне рачунице захтевају да се подаци кодирају у бинарне цифре (битове), од којих је сваки увек у једном од два специфична стања (0 или 1), квантни прорачун користи битове или кубите који могу бити у суперпозицији. Уређај квантне Турингове машине је теоретски модел таквог компјутера и познат је и као универзални КЦ. Област квантног рачунања започета је радовима Пола Бениофа и Јурија Манина 1980. године, Ричарда Фејнмана 1982. године и Дејвида Дојца 1985. године.
Принцип квантног компјутера
Од 2018. године, принцип рада квантних рачунара је још у повоју, али су спроведени експерименти у којима су квантне рачунске операције изведене са веома малим бројем квантних битова. И практична и теоријска истраживања су у току, а многе националне владе и војне агенције финансирају истраживања о квантном рачунарству у додатним напорима да развију квантне рачунаре за цивилне, пословне, трговинске, еколошке и националне циљеве сигурности, као што је криптоанализа. Квантни компјутери великих размера теоретски могу да раде на решавању одређених проблема много брже од било ког класичног рачунара који користи чак и најбоље алгоритме до сада, као што је факторизација целог броја користећи Схоре алгоритам (који је квантни алгоритам) и моделирање квантног скупа тела система.
Постоје квантне акције, као што је Симонов алгоритам, који ради брже од било ког могућег пробабилистичког класичног алгоритма. Класични компјутер може у принципу (са експоненцијалним ресурсима) моделирати квантни алгоритам, пошто квантно рачунање не нарушава тезу Цркве-Туринг. С друге стране, квантни компјутери могу бити у стању да ефикасно решавају проблеме који нису практично могући на класичним рачунарима.