Počítačové počítačové systémy nám pomáhají dělat to, co nechceme nebo nemůžeme dělat hlavně kvůli složitosti, kvůli pravděpodobnosti nedobrovolných chyb, a časem. Například, zvýšení čísla na 128th stupně v mysli.

Účel a použití kvantového počítače.

Co je to kvantový počítač?

Nejvýkonnější kvantový počítač (QC) je - nebo spíše by byl - zcela odlišným mechanismem, odlišným od všeho, co kdy člověk vytvořil. Nejmocnější servery dnes vypadají jen jako malá část toho, co může nakonec udělat plnohodnotný kvantový počítač.

Zjednodušeně řečeno, cílem výzkumu v oblasti kvantového počítání je objevit prostředky pro urychlení provádění dlouhovlnných instrukcí. Bylo by špatné říkat, že CC spouští programy rychleji než PC nebo x86 server. „Program“ pro QC je zcela odlišné pořadí kódování než kdykoli předtím pro binární procesor. Po narození počítačů byly provedeny komplexní fyzikální výpočty, které ve čtyřicátých letech pomohly Spojeným státům vytvořit atomovou bombu. Po vynálezu tranzistoru byly rozměry těchto systémů výrazně sníženy. Pak přišel nápad paralelních procesorů, kteří pracují na úkolech současně.

Kvantové výpočty jsou jen dalším krokem. Existuje mnoho problémů, které moderní počítače vyžadují značný čas na vyřešení, například řešení lineárního systému rovnic, optimalizace parametrů pro podpůrné vektory, nalezení nejkratší cesty přes libovolnou sekci nebo prohledání nestrukturovaného seznamu. To jsou nyní docela abstraktní problémy, ale pokud víte něco málo o algoritmech nebo programování, můžete vidět, jak užitečné to může být. Jako příklad, grafické procesory (GPU) byly vynalezeny pouze za účelem vykreslování trojúhelníků a jejich sloučení do dvou nebo tří-dimenzionálního světa. A teď je Nvidia miliardovou společností. Existují nějaké technologie kvantového počítání nebo některé z jeho historických derivátů, které lidé dnes dobře využívají? Jinými slovy, co vlastně kvantum dělá a komu přímo slouží?

Pro co je kvantový počítač?

Navigace Toto je jedna z hlavních aplikací kvantových počítačů. Systém GPS nemůže pracovat kdekoli na planetě, zejména pod vodou. QC vyžaduje, aby atomy byly podchlazené a suspendované ve stavu, který je činí obzvláště citlivými. Ve snaze vytěžit z toho se konkurenční týmy vědců snaží vyvinout kvantový akcelerometr, který může poskytnout velmi přesné údaje o pohybu. Nejvýznamnějším příspěvkem k rozvoji průmyslu je Francouzská laboratoř fotoniky a nanověd. Živým příkladem toho je pokus o vytvoření hybridní komponenty, která kombinuje akcelerometr s klasickým a pak použije vysokoprůchodový filtr k odečtení klasických dat z kvantových dat. Výsledkem, pokud bude implementován, bude extrémně přesný kompas, který eliminuje posunutí a posunutí měřítka, obvykle spojeného s gyroskopickými komponenty.

Seismologie. Stejná extrémní citlivost může být použita pro detekci přítomnosti ložisek ropy a plynu, jakož i potenciální seizmickou aktivitu v místech, kde dosud nebyly používány běžné senzory. V červenci 2017 QuantIC demonstroval, jak kvantový gravimetr detekuje přítomnost hluboce skrytých objektů měřením oscilací v gravitačním poli. Pokud je takové zařízení vyrobeno nejen praktické, ale také přenosné, tým se domnívá, že se může stát neocenitelným v systému včasného varování pro předvídání seizmických událostí a tsunami. Léčiva. V popředí je výzkum v boji proti chorobám, jako je Alzheimerova choroba a roztroušená skleróza; vědci používají software, který simuluje chování umělých protilátek na molekulární úrovni.

Fyzika To je vlastně důvodem samotné existence konceptu. Profesor Richard Feynman, otec kvantové elektrodynamiky (QED), během svého projevu v roce 1981 v Caltechu navrhl, že jediný způsob, jak vybudovat úspěšnou simulaci fyzického světa na kvantové úrovni, je stroj, který dodržuje zákony kvantové fyziky a mechaniky. Během tohoto projevu profesor Feynman vysvětlil, a zbytek světa si uvědomil, že to nebude stačit, aby počítač vytvořil pravděpodobnostní tabulku a jak hodit kostky. Pro získání výsledků, které by fyzici sami neozvali apokryfně, by navíc vyžadoval mechanismus, který by se choval stejně jako chování, které zamýšlel napodobovat.

Strojové učení. Hlavní teorie podporovatelů spočívá v tom, že takové systémy mohou být uzpůsobeny pro „studium“ státních vzorů v obrovských paralelních vlnách, a nikoli v postupných skenováních. Obyčejná matematika může popsat soubor pravděpodobných výsledků ve formě vektorů v prostoru divoké konfigurace. Dešifrování Zde je konečně průlom, který vrhl první jasné světlo na takové výpočty. Co dělá šifrovací kódy tak složité, a to i pro moderní klasické počítače, je to, že jsou založeny na extrémně velkém počtu faktorů, které vyžadují nadměrné množství času na odhadování metodou párování. Pracovní QC musí izolovat a identifikovat takové faktory během několika minut, což činí systém kódování RSA účinně zastaralým.

Šifrování Koncept, nazvaný distribuce kvantových klíčů (QKD), dává teoretickou naději, že typy veřejných a soukromých klíčů, které dnes používáme k šifrování zpráv, mohou být nahrazeny klíči, které jsou předmětem zapletených efektů. Teoreticky by jakákoli třetí strana, která klíč rozbila a pokusila se přečíst zprávu, okamžitě zničila zprávu pro každého. To samozřejmě může stačit. Teorie QKD je však založena na obrovském předpokladu, který je ještě třeba v reálném světě otestovat: že hodnoty získané pomocí zapletených qubitů jsou samy zapleteny a podléhají účinkům všude, kam jdou.

Jaký je rozdíl mezi kvantovým počítačem a obyčejným počítačem?

Klasický počítač provádí výpočty pomocí bitů, které jsou 0 (“off”) a 1 (“on”). Používá tranzistory ke zpracování informací ve formě sekvencí nul a tzv. Počítačových binárních jazyků. Více tranzistorů, více možností zpracování - to je hlavní rozdíl. QC používá zákony kvantové mechaniky. Stejně jako klasický počítač, který používá nuly a ty. Tyto stavy mohou být dosaženy v částicích v důsledku jejich vnitřního momentu hybnosti, zvaného spin. V zadních částicích mohou být znázorněny dva stavy 0 a 1. Například, otáčení ve směru hodinových ručiček představuje 1 a proti směru hodinových ručiček představuje 0. Výhodou použití QC je, že částice může být ve více stavech současně. Tento jev se nazývá superpozice. Kvůli tomuto jevu může QC současně dosáhnout stavu 0 a 1. V klasickém počítači jsou tedy informace vyjádřeny v termínech jednoho čísla 0 nebo 1. QC využívá výstupy, které jsou popsány současně jako 0 a 1, což poskytuje větší výpočetní výkon.

Jak kvantový počítač

Quantum computing je výpočetní technika využívající kvantové mechanické jevy jako superpozice a zapletení. QC je zařízení, které provádí kvantové výpočty a skládá se z mikroprocesorů. Takový počítač je zcela odlišný od binárních digitálních elektronických počítačů založených na tranzistorech a kondenzátorech. Zatímco běžné digitální výpočty vyžadují, aby data byla kódována do binárních číslic (bitů), z nichž každý je vždy v jednom ze dvou specifických stavů (0 nebo 1), kvantový výpočet používá bity nebo qubity, které mohou být v superpozici. Zařízení kvantového Turingova stroje je teoretickým modelem takového počítače a je také známé jako univerzální QC. Oblast kvantové práce byla zahájena prací Paula Benioffa a Yuri Manin v roce 1980, Richard Feynman v roce 1982 a David Deutsch v roce 1985.

Princip kvantového počítače

Od roku 2018 je princip fungování kvantových počítačů stále ještě v plenkách, ale byly provedeny experimenty, ve kterých byly kvantové výpočetní operace prováděny s velmi malým počtem kvantových bitů. Probíhá jak praktický, tak teoretický výzkum, a mnoho národních vlád a vojenských agentur financuje výzkum kvantových počítačů v dalším úsilí o rozvoj kvantových počítačů pro civilní, obchodní, obchodní, environmentální a národní bezpečnostní cíle, jako je kryptoanalýza. Velkoplošné kvantové počítače by teoreticky mohly pracovat na řešení některých problémů mnohem rychleji než jakékoli klasické počítače, které doposud využívají i ty nejlepší algoritmy, jako je například celočíselná faktorizace pomocí algoritmu Shore (což je kvantový algoritmus) a modelování kvantové množiny systémových těl.

Tam jsou kvantové akce, takový jako algoritmus Simona, to běžet rychleji než nějaký možný pravděpodobnostní klasický algoritmus. Klasický počítač může v principu (s exponenciálními zdroji) modelovat kvantový algoritmus, protože kvantové výpočty neporušují Church-Turingovu práci. Na druhé straně, kvantové počítače mohou být schopny efektivně řešit problémy, které nejsou prakticky možné na klasických počítačích.