Kā darbojas kvantu datori? - Vienkārši paskaidroju
Mūsdienās zinātnieki nepārtraukti strādā pie kvantu datoriem. Nesen IBM uzsāka savu pirmo kvantu datoru. Mēs izskaidrojam, kā šie šeit darbojas.
Kvantu datori: to sauc par kvadrātdaļām
Kvantu datorā tiek izmantotas tā saucamās kvotas.
- Normāli biti datorā var ņemt tikai divas dažādas vērtības: 0 un 1 vai "ieslēgts" un "izslēgts". Tomēr kbit var būt nulle un viens starpposma stāvoklis noteiktā laika posmā, tā sauktajā koherences laikā.
- Šajā stāvoklī zinātnieki runā par superpozīciju . Veicot mērījumu, kvadrāts mainās uz vienu no diviem skaidri definētiem stāvokļiem, lai mērījumu rezultātu varētu saglabāt klasiskā bītā. Tehniskā ziņā superpozīcijas zaudēšanu sauc par decoherence .
- Laboratorijā šādas kvotas tiek izgatavotas no joniem vai supravadošām cilpām, tā sauktajiem SQUID .
- Strādājot ar joniem, neizmantotais jons atbilst stāvoklim 0 un satrauktajam - stāvoklim 1. Atoms ar zemāko iespējamo enerģiju tiek uzskatīts par neizmantojamu. Tomēr, ja atomam pievienojat enerģiju, tas ir satraukts, jo ārējie elektroni sasniedz augstāku enerģijas līmeni. Jonus var ierosināt ar lāzeru.
Kvantu reģistri - jums tas jāzina
Lai atrisinātu aritmētiskās operācijas, ir vajadzīgas vairākas kvīti. Viens runā par tā saukto kvantu reģistru. Pēc tam informāciju izplata visiem reģistra kvadrātiem.
- Šāds kvantu reģistrs parasti sastāv no 14 joniem, kas tiek glabāti pa asi dažu mikrometru attālumā. Ir svarīgi, lai ar šīm kvintes būtu viegli manipulēt, bet tām ir arī imunitāte pret traucējumiem.
- Tas nozīmē, ka kvitēm jāpaliek attiecīgajos stāvokļos pēc iespējas ilgāk, līdz tiek veikta aritmētiskā operācija. Dekorerence, t.i., atgriešanās klasiskā stāvoklī, ir jāatliek pēc iespējas ilgāk.
- Loģiskie operatori tiek izmantoti, lai manipulētu ar stāvokļiem, kurus jau izmanto datorzinātnēs. Kvantu datoros šos operatorus sauc par kvantu vārtiem . Tie ir noteicošie apstarošanas ilgumam un gaismas viļņa garumam.
- Vienkāršākā darbība ir noliegums, ko sauc NAV . Kvata stāvoklis tiek vienkārši apgāzts vai noliegts. Binārā sistēmā 0 kļūtu par 1 un otrādi. Šī pārvēršanās notiek ļoti ātri un ļoti bieži pēc kārtas un seko programmas algoritmam.
- Lai noteiktu sākotnējo kvantu režģa stāvokli, tas tiek apstarots ar lāzera impulsiem. Apstarojuma garums var noteikt varbūtību, kādā atoms atrodas ierosinātajā stāvoklī.
- Pēc apmēram desmit mikrosekundēm apstarošanas jons, kas sākotnēji nav satraukts, ir satrauktā stāvoklī. Tomēr, ja šis atoms tiek apstarots tikai uz pusi ilgāk, tas būs šajā starpposma stāvoklī, jo tas ir par 50 procentiem lielāks, ja tas ir pamata stāvoklī, un par 50 procentiem, visticamāk, ir ierosinātā stāvoklī.
- Lai nolasītu rezultātu pēc algoritma izpildes, jonos tiek izšauts vēl viens lāzera impulss ar atšķirīgu viļņa garumu. Fluorescence norāda, vai tie ir satraukti. Pēc tam dators var noteikt pareizās vērtības.
Kvantu datori: mūsdienu sasniegumi
Elektronikas izstādē Lasvegasā IBM prezentēja savu pirmo tirgū pieejamo kvantu datoru šogad.
- Salīdzinot ar iepriekšējiem modeļiem, IBM Q Systems One jau aprēķina ar 20 kvitēm, kas ir paraugs pareizi funkcionējošam kvantu datoram. Pēc IBM domām, tai ir izdevies noturēt 20 kvbites sagatavotā stāvoklī 75 mikrosekundēs.
- Kvantu datoram ar 50 kvitēm jāspēj kabatā ievietot jebkuru klasisko superdatoru.
- Pārdošanā nevajadzētu piedāvāt IBM Q Systems One - stikla kasti ar divarpus metru garumu un platumu. Tā vietā atlasītie lietotāji tam var piekļūt no mākoņa un veikt aprēķinus.
No kvantu datora līdz perfokartei: tas izskatījās pats pirmais dators
Nākamajā praktiskajā padomā mēs parādīsim, kā pareizi konvertēt bināros un heksadecimālos skaitļus.