En virkelighed, stadig ud over vores viden - Quantum Computers

I alles liv er der nogle øjeblikke, ting, som vi ikke kan forklare. Ting, som vi ikke kan forstå. Nå, hvad angår kvantecomputere, er vi alle i den tilstand inklusive verdens største sind i det 20. og 21. århundrede.

Kilde: i.ytimg.com

Så folk har bygget kvantecomputere, men de kan ikke forstå det?

Hvor kontroversielt er det? Faktisk er det faktum, at videnskabsmænd kender kvantecomputers overfladedrift, men det underliggende princip, der styrer hele kvantecomputers opførsel, kan stadig diskuteres.

Så hvad er denne underlige videnskab og underlige computere?

”Gud spiller ikke terninger med universet.” - Albert Einstein
"Ikke kun spiller Gud terninger, men ... han kaster nogle gange dem, hvor de ikke kan ses." - Stephen Hawking

Dette er, hvordan det største sind i det 20. århundrede og det største sind i det 21. århundrede beskriver denne mystiske videnskab. Albert Einstein mente, at forløbet af alle begivenheder er forudbestemt. Men Hawking siger nej, det er det ikke. Undertiden sker ting på en måde, som kun Gud kan forklare. Hvorfor så meget debatter? Kan de ikke blive enige om noget? Faktum er, at det som nævnt kvantemekanik er virkelig mystisk. Denne kvanteopførsel krænker de fleste af de generelle fysikfenomener. Ikke kun det, denne natur kan kun ses i meget små partikler.

Velkommen til matematikens verden. Kvanteadfærden forklares fuldstændigt ved hjælp af matematiske modeller, og resultaterne er virkelig kontroversielle med den naturlige verden, som vi hver dag oplever.

Dybest set er denne kvantefysik afhængig af sandsynligheden. Som et simpelt eksempel, mens du læser denne artikel, mens du er i bussen, selvom du måske ikke tror, ​​er der ifølge kvantefysik en sandsynlighed for, at du vil være i ”det hvide hus”. Og husk, at sandsynligheden er større end nul !!. Men det vil være temmelig lille som en milliardedel. Teoretisk er der en chance !. Når partikler bliver mindre og mindre, øges denne sandsynlighed. Når et elektron med en masse på 9.10938356 × 10–31 kg overvejes, er der ifølge kvantefysikens love en betydelig sandsynlighed. Hvad det indirekte siger, er der en chance for, at denne elektron kan eksistere begge steder. Mere generelt kan elektronet findes i mere end en tilstand. Dette er det principbegreb bag kvantecomputers ultimative behandlingskraft, og vi kommer til det.

I slutningen af ​​90'erne kom den Nobelprisvindende fysiker Richard Feynman først op med ideen om kvantecomputer. Faktisk var det bare ideen. Men det var den første fantasi ved en computer, der går ud over alle traditioner.

Så hvad er den store forskel mellem nutidens computere og kvantecomputere? Det direkte svar er processorkraften. Det er blevet estimeret, at når behandlingsstyrken overvejes, vil en korrekt designet kvantecomputer være i stand til at overskride enhver moderne computer. Faktisk er det forudsagt, at binære computere, som vi bruger i dag, aldrig vil være i stand til at nå denne behandlingskapacitet. Så lad os grave dybt for at se, hvordan denne computer kan udføre så meget hurtigt? Svaret ligger i kvantemekanikken.

Den grundlæggende enhed, der bruges i dagens computer, er en smule (binært ciffer). En bit kan kun indeholde en værdi. Enten 1 eller 0. Men når det kommer til kvantecomputere er grundenheden kendt som en "Qubit". Qubit eller kvante bit er en enhed med kvanteinformation - kvanteanalogen til den klassiske bit. Vi ved, at kvanteelementer kan eksistere i mere end en tilstand samtidigt. Qubit er i superpositionen af ​​"værdi 1" og "værdi 0". (Eksisterende i mere end en tilstand samtidigt defineres som superposition.) Denne superposition er grunden til, at kvantecomputer overgår alle computere i moderne binær verden. Denne lille Qubit kan indeholde både 1 og 0 sammen, og det øger beregningskraften på en utroligt måde.

Kilde: quantumfrontiers.files.wordpress.com

Lad os tage et eksempel. Hvis vi tager to bit på en binær computer, er der fire muligheder 11, 10, 00, 01 ,. Men disse to bit kan kun tage 1 ud af 4 på et givet tidspunkt. Hvis alle de fire stater er nødvendige, tager det fire operationer. Men da Qubit kan indeholde 1 og 0 på én gang. Alle disse fire stater kan nås på én gang. Fire operationer reduceres til en. (Dette sker fordi Qubits kan indeholde begge værdier. To Qubits kan indeholde disse fire tilstande på én gang, når almindelige bit har brug for en tilstand for hver.) Resten er matematik. Bare tag 3 Qubits, der kan indeholde 8 tilstande på én gang. Med 4 Qubits, 16 forskellige værdier. Det er temmelig tydeligt, at kvantecomputer på grund af superpositionfænomenet Qubits vil kunne behandle tusind gange hurtigere end almindelige computere.

Så lad os bygge en kvantecomputer, hvad venter vi på?

En vanskelig del kommer nu. At opbygge en kvantecomputer er ikke en simpel opgave. Selvom der er nogle succesrige resultater, kæmper forskere stadig med at komme med en sofistikeret model. Hovedårsagen til vanskelighederne er kendt som et andet naturfænomen kaldet "decoherence".

Så hvad er denne decoherence? Først og fremmest, er du klar til en rejse ind i den mystiske kvanteverden for at finde decohernece?

I starten blev det nævnt, at kvanteelementer kan eksistere mere end en tilstand samtidigt, og det kaldes superposition. Decohernece betyder de naturlige fænomener, at et kvanteelement forlader andre stater og begynder at forblive i en tilstand. Dybest set er det tidspunktet, hvor dette element stopper med at vise sin kvante natur. Disse decohernece-elementer styres af Newtonion-fysik og ikke af kvantemekanik. Når der ikke er nogen superposition, er der ingen ekstrem behandlingskraft.

Hvad der er den mest underlige ting er årsagen til dekohernece. I henhold til kvantefysik, hvis vi prøver at måle et kvanteelement, der vil blive decohered.

Som vi ved i 3D-rummet, kan vi lokalisere ethvert objekt med x, y, z akser. På lignende måde, hvis vi prøver at lokalisere et kvanteelement (eks: en kvbit), kan det være placeret, men på det øjeblik viser det ikke kvante-naturen. Når vi måler eller fanger en Qubit, vil det ikke længere være en Qubit, før vi frigiver den. Dette er et af de mest utrolige og vidunderlige fænomener i naturen, der holder verdens største sind optaget siden 1930'erne. Der er nogle modeller og teorier, der forklarer dette fænomen, men de kan stadig diskuteres.

På grund af denne uhyggelige karakter af kvanteverdenen er der behov for specielle slags algoritmer til kvantecomputere. Disse algoritmer bør defineres på en måde, der kan udføres operationer uden at måle qubits. Faktisk findes den slags algoritmer også.

Som vi alle ved i dag, udfører verdens mest ressourcemæssige universiteter som MIT Cambridge og Max Plank en masse eksperimenter på dette felt. Ifølge forskere, "Hvis mysteriet med decoherence er ordentligt løst, vil æraen med håndholdte kvantecomputere ikke være meget langt væk".