Sisältö
- Kvanttitodellisuus
- Kvanttibitin valmistus
- Ei vikoja, ei stressiä - vaiheittaiset ohjeet elämää muuttavien ohjelmistojen luomiseen tuhoamatta elämääsi
- Kuinka lähellä olemme?
- johtopäätös
Lähde: Rcmathiraj / Dreamstime.com
Ottaa mukaan:
Tutustu tarkemmin kvanttilaskentaan, sen toimintaan ja tulevaisuuden potentiaaliin.
”Jos luulet ymmärtäväsi kvanttifysiikan, et ymmärrä kvanttifysiikkaa.” Tämä lainaus on annettu fyysikolle Richard Feynmanille, mutta on epäselvää, sanoiko hän todella sen. Tässä on luotettavampi Feynman-lainaus MIT-julkaisusta 1995: "Uskon, että voin turvallisesti sanoa, että kukaan ei ymmärrä kvantimekaniikkaa."
Kvanttitodellisuus
Nyt kun olemme saaneet sen pois tieltä, katsotaan, onko jotain mitä tiedämme. Kvanttimekaniikka on outoa. Ne pienet hiukkaset kvantitasolla eivät vain käyttäytyy odotetusti. Asiat ovat siellä erilaisia.
Hulluja asioita tapahtuu kvanttiuniversumissa. Siellä on luontainen satunnaisuus, epävarmuus, takertuminen. Se kaikki näyttää vähän paljon.
Tiedämme nyt, että atomit ja subatomiset hiukkaset toimivat ikään kuin ne olisivat yhteydessä toisiinsa. Einstein kutsui kvanttipitoisuutta ”pelottavaksi toiminnaksi etäisyydeltä”. Kuvittele kahta esinettä, jotka ovat fyysisesti erillään, mutta käyttäytyvät samalla tavalla, heillä on samat ominaisuudet ja ne toimivat yhtenä. Kuvittele nyt, että nämä kaksi kohdetta ovat 100 000 valovuoden päässä toisistaan. Ihan outoa.
Siellä on enemmän. Kvanttimekaniikan epävarmuusperiaate kertoo, että hiukkasten tiettyjä ominaisuuksia ei vain voida tietää. Lisää tähän dekherenssin ongelma, jolla on jotain tekemistä aaltofunktion romahtamisen kanssa. Ja kaksoishalkaisun kokeilun versiot näyttävät viittaavan siihen, että yksi kvanttiobjekti voi olla kahdessa paikassa samanaikaisesti, että havainto muuttaa subatomisten hiukkasten luonnetta tai että elektronit näyttävät matkustaneen ajassa taaksepäin.
Nyt näet, miksi kvantitietokoneen rakentaminen voi olla niin haaste. Mutta se ei estä ihmisiä yrittämästä. (Lisätietoja kvanttilaskennasta on ohjeaiheessa, miksi kvanttilaskenta voi olla seuraava Käynnistä Big Data Highway.)
Kvanttibitin valmistus
Epävarmuuden ongelmana on, että se vaikeuttaa laskentaa. Kohde liikkuu aina. Ja vaikka kehittäisit jonkin matemaattisen järjestelmän, kuinka korjaat virheet? Ja luulit, että binaari oli vaikeaa.
"Qubit on kvantti mekaaninen järjestelmä, jota voidaan tietyissä sopivissa olosuhteissa käsittää siten, että sillä on vain kaksi kvantitasoa", sanoo professori Andrea Morello Australian Uuden Etelä-Walesin yliopistosta. "Ja kun sinulla on sellainen, voit käyttää sitä koodaamaan kvanttitiedot."
Ei vikoja, ei stressiä - vaiheittaiset ohjeet elämää muuttavien ohjelmistojen luomiseen tuhoamatta elämääsi
Et voi parantaa ohjelmointitaitojasi, kun kukaan ei välitä ohjelmiston laadusta.
Helpommin sanottu kuin tehty. Nykyiset kvantitietokoneet eivät ole vielä kovin tehokkaita. He yrittävät edelleen saada rakennuspalikat oikein.
Kvanttibitillä, joka tunnetaan myös nimellä qubit, on eksponentiaalisesti enemmän potentiaalia kuin klassisessa bitissä binaarisessa digitaalisessa laskennassa. Alkeispartikkeli voi olla useassa tilassa samanaikaisesti, joka tunnetaan nimellä superpositio. Kun taas klassinen bitti voi olla jommassakummassa kahdesta tilasta (yksi tai nolla), qubit voi olla molemmissa näissä paikoissa samanaikaisesti.
Ajattele kolikkoa. Sillä on kaksi puolta: päät tai hännät. Kolikko on binaarinen. Mutta kuvittele, että käännät kolikon ilmaan ja se jatkaa kääntöä loputtomiin. Vaikka se kääntää, on se päätä vai onko hännänsä? Mikä se on, jos sen pitäisi koskaan laskeutua? Kuinka pystyt määrittämään kääntyvän kolikon? Se on heikko yritys havainnollistaa superpositiota.
Joten miten voit tehdä qubit? No, jos kvanttifysiikot eivät ymmärrä kvantimekaniikkaa, niin tuskin pystymme hallitsemaan asianmukaista selitystä täällä. Oletetaan, että valitaan lyhyt luettelo tekniikoista, joita testataan luotavien luomiseksi:
- Suprajohtavat piirit
- Pyöritä kappaleita
- Ioni ansoja
- Fotoniset piirit
- Topologiset punokset
Suosituimpia näistä ovat kaksi ensimmäistä. Muut ovat yliopistotutkimuksen aiheita. Ensimmäisessä tekniikassa suprajohtimet jäähdytetään sähkömagneettisten häiriöiden poistamiseksi. Mutta johdonmukaisuusajat ovat suhteellisen lyhyitä ja asiat hajoavat. Professori Morello työskentelee kehräystekniikassa. Kvanttihiukkasilla on sähkövaraus, kuten magneetteilla. Yhdistämällä mikroaaltopulsseja, hän pystyy saamaan elektronin pyörimään pikemminkin kuin alaspäin muodostaen siten yhden elektronin transistorin.
Sitten on edelleen kysymys vikasietoisuudesta ja virheiden korjaamisesta. Kalifornian Santa Barbaran yliopiston tutkijat ovat onnistuneet saavuttamaan 99,4 prosentin uskollisuuden qubit-porteillaan. He ovat saavuttaneet 99,9 prosentin uskollisuuden portillaan Oxfordin yliopistossa. Joten olemmeko siellä vielä?
Kuinka lähellä olemme?
Edwin Cartlidge kysyy tätä kysymystä lokakuun 2016 artikkelissa Optics & Photonics News -lehdessä. ETSI: n vuonna 2015 antaman varoituksen, jonka mukaan organisaatioiden tulisi siirtyä ”kvantiturvallisiin” salausmenetelmiin, pitäisi kertoa sinulle, että jotain on horisontissa.
Google, Microsoft, Intel ja IBM ovat kaikki pelissä. Yksi kynnyksistä, joita Google noudattaa, on jotain, jota he ovat nimittäneet ”kvanttiylivaltaksi”. Sitä käytetään kuvaamaan sitä kohtaa, jossa kvantitietokone tekee jotain, mitä klassinen tietokone ei pysty.
IBM aikoo ottaa käyttöön ”yleismaailmallisen” kvantitietokoneen vuonna 2017, sanoo David Castelvecchi, Scientific American. ”IBM Q”, siitä tulee pilvipohjainen palvelu, joka on saatavissa Internetistä maksua vastaan. Voit saada makua heidän työskentelystään kokeilemalla heidän Quantum-kokemustaan, joka on nyt saatavana verkossa. Mutta Castelvecchi sanoo, että mikään näistä ponnisteluista ei ole vielä tehokkaampaa kuin perinteiset tietokoneet. Kvantin ylivaltaa ei ole vielä vahvistettu.
Kuten Techopedia raportoi vuonna 2013, Googlella on runsaasti sovelluksia kehittyneelle kvantitietokoneelle, kun se on kehitetty. Microsoft työskentelee topologisen kvanttilaskennan parissa. Useat startupit ovat nousussa, ja kentällä tehdään paljon työtä. Mutta jotkut asiantuntijat varoittavat, että ruokalaji ei ehkä ole vielä täysin kypsennetty. "En tee mitään lehdistötiedotteita tulevaisuudesta", sanoo Rainer Blatt Itävallan Innsbruckin yliopistosta. Ja fyysikko David Wineland sanoo: "Olen pitkällä aikavälillä optimistinen, mutta mitä" pitkällä aikavälillä "tarkoitetaan, en tiedä." (Katso 5 hienoa asiaa, jonka Googles Quantum Computer voisi tehdä.)
Vaikka kvantitietojen ylivoima saavutettaisiin, älä etsi sitä korvaamaan kannettavaa tietokonetta milloin tahansa pian. Kvantitietokoneet, kuten niiden alkuaikojen binaarit, voivat olla vain erikoistuneita laitteita, jotka on tarkoitettu tiettyihin tarkoituksiin. Yksi yleisimmistä käyttötavoista olisi kvantitietokone, jolla simuloitaisiin kvanttimekaniikkaa. Intensiivisten tietokoneoperaatioiden, kuten sääennusteiden lisäksi, kvanttilaskennan käyttö voidaan keskittää ja rajoittaa pilveen. Se voi tietenkin olla täydellinen paikka sille.
johtopäätös
Professori Morello yksilöi selkeästi kvanttilaskennan ensisijaisen haasteen. Ennen kuin voit aloittaa tiedon koodaamisen, sinun on pystyttävä asettamaan kaksi erillistä kvantitasoa qubitilla. Saavuttuaan kvanttilaskenta “antaa sinulle pääsyn eksponentiaalisesti suurempaan laskentatilaan” kuin klassinen tietokone. Esimerkiksi kvanttitietokone, jolla on 300 kbittiä (N kbittiä = 2N klassiset bitit) pystyisi käsittelemään enemmän bittiä tietoa kuin mitä maailmankaikkeudessa on hiukkasia.
Se on paljon bittiä. Mutta täältä sinne pääseminen vie jonkin verran tekemistä.