Իրականություն, որը դեռևս մեր գիտելիքներից վեր է `Quantum համակարգիչներ

Բոլորի կյանքում կան պահեր, բաներ, որոնք մենք չենք կարող բացատրել: Բաներ, որոնք մենք չենք կարող հասկանալ: Քվանտ համակարգիչների հարցում մենք բոլորս այդ վիճակում ենք, ներառյալ 20-րդ և 21-րդ դարերի աշխարհի ամենամեծ մտքերը:

Աղբյուրը ՝ i.ytimg.com

Այսպիսով, մարդիկ քվանտ համակարգիչներ են սարքել, բայց նրանք չեն կարողանում դա հասկանալ:

Որքանո՞վ է դա հակասական: Փաստորեն փաստն այն է, որ գիտնականները գիտեն քվանտային համակարգիչների մակերեսային շահագործումը, բայց այն հիմնական սկզբունքը, որը ղեկավարում է քվանտ համակարգչի ամբողջ վարքը, դեռևս քննարկելի է:

Այսպիսով, որն է այս տարօրինակ գիտությունը և տարօրինակ համակարգիչները:

«Աստված զառախաղ չի խաղում տիեզերքի հետ»: - Albert Einstein
«Աստված ոչ միայն զառախաղ է խաղում, այլև երբեմն դրանք նետում է այնտեղ, որտեղ դրանք հնարավոր չէ տեսնել»: - Սթիվեն Հոքինգ

Այսպես է նկարագրում XX դարի 20-րդ դարի մեծագույն միտքը և 21-րդ դարի ամենամեծ միտքը: Ալբերտ Էյնշտեյնը կարծում էր, որ բոլոր իրադարձությունների ընթացքը կանխորոշված ​​է: Բայց Հոքինգը ասում է, որ ոչ, այդպես չէ: Երբեմն բաները տեղի են ունենում այնպիսի ձևով, որը միայն Աստված կարող է բացատրել: Ինչու՞ են այսքան բանավեճերը: Չե՞ք կարող ինչ-որ բանի շուրջ պայմանավորվել: Դե փաստն այն է, որ, ինչպես նշվում է, քվանտային մեխանիզմն իսկապես խորհրդավոր է: Այս քվանտային պահվածքը խախտում է ֆիզիկայի ընդհանուր երևույթների մեծ մասը: Ոչ միայն դա, այս բնույթը կարելի է տեսնել միայն շատ փոքր մասնիկների մեջ:

Բարի գալուստ մաթեմատիկայի աշխարհ: Քվանտային պահվածքն ամբողջությամբ բացատրվում է մաթեմատիկական մոդելների շարքով, և արդյունքները իսկապես հակասական են այն բնական աշխարհի հետ, որը մենք ամեն օր զգում ենք:

Հիմնականում այս քվանտային ֆիզիկան կախված է հավանականությունից: Որպես պարզ օրինակ, երբ այս հոդվածը կարդում եք ավտոբուսում, չնայած գուցե չհավատաք, քվանտային ֆիզիկայի համաձայն հավանականություն կա, որ դուք հայտնվելու եք «սպիտակ տան» մեջ: Եվ հիշեք, որ հավանականությունը զրոյից ավելին է !!: Բայց դա կլինի շատ փոքր, ինչպես մեկ միլիարդերորդը: Տեսական կա հնարավորություն !. Երբ մասնիկները դառնում են ավելի փոքր և փոքր, այդ հավանականությունը մեծանում է: Երբ հաշվի է առնվում 9.10938356 × 10–31 կգ կիլոգրամ զանգված ունեցող էլեկտրոն, քվանտային ֆիզիկայի օրենքների համաձայն, մեծ հավանականություն կա: Այն, ինչ անուղղակիորեն ասում է, կա հավանականություն, որ այս էլեկտրոնը կարող է գոյություն ունենալ երկու տեղերում: Ընդհանուր առմամբ, էլեկտրոնը կարող է գոյություն ունենալ մեկից ավելի պետություններում: Սա քվանտ համակարգիչների վերջնական վերամշակման հզորության հետևում ընկած հիմնական հասկացությունն է, և մենք դրան կհասնենք:

90-ականների վերջին Նոբելյան մրցանակակիր ֆիզիկոս Ռիչարդ Ֆեյմանն առաջին անգամ եկավ քվանտ համակարգչի գաղափարը: Իրականում դա հենց գաղափարն էր: Բայց սա համակարգչի առաջին երևակայությունն էր, որը գերազանցում է բոլոր ավանդույթները:

Այսպիսով, ո՞րն է մեծ տարբերությունը այսօրվա համակարգիչների և քվանտային համակարգիչների միջև: Ուղղակի պատասխանը վերամշակման ուժն է: Հաշվարկվել է, որ երբ հաշվի առնվի մշակման հզորությունը, պատշաճ կերպով մշակված քվանտ համակարգիչը կկարողանա գերազանցել ցանկացած ժամանակակից համակարգիչ: Իրականում կանխատեսվում է, որ երկուական համակարգիչները, որոնք մենք այսօր օգտագործում ենք, երբեք չեն կարողանա հասնել այդ մշակման կարողությանը: Այսպիսով եկեք խորը փորենք ՝ տեսնելու համար, թե ինչպես է այս համակարգիչը կարող այդքան արագ կատարել: Պատասխանը կայանում է քվանտային մեխանիկայում:

Հիմնական միավորը, որն օգտագործվում է այսօրվա համակարգչում, մի փոքր է (երկուական թվանշան): Մի քիչ կարող է պարունակել միայն մեկ արժեք: Կավանդական համակարգիչներից մեկը կամ 0. Բայց հիմնական միավորը հայտնի է որպես «Qubit»: Qubit- ը կամ քվանտային բիտը քվանտային տեղեկատվության մի միավոր են `դասական բիթի քվանտային անալոգը: Մենք գիտենք, որ քվանտային տարրերը կարող են գոյություն ունենալ միաժամանակ մեկից ավելի պետություններում: Qubit- ը գտնվում է «1 արժեք» և «0 արժեք» գերակայության մեջ: (Միաժամանակ մեկից ավելի պետություններում գոյություն ունենալը սահմանվում է որպես գերծանրքաշայինություն): Այս գերծանրքաշային պատճառն այն է, որ քվանտ համակարգիչը գերազանցում է ժամանակակից երկուական աշխարհում բոլոր համակարգիչներին: Այս փոքրիկ Qubit- ը կարող է պարունակել ինչպես 1, այնպես էլ 0, և դա մեծացնում է հաշվարկման ուժը անհավատալի ձևով:

Աղբյուր ՝ quantumfrontiers.files.wordpress.com

Եկեք մի օրինակ բերենք: Երկուական համակարգչում, եթե վերցնենք երկու բիտ, կա չորս հնարավորություն 11, 10, 00, 01,: Բայց այս երկու բիտերը տվյալ պահին կարող են վերցնել միայն 4-ից 1-ը: Անհրաժեշտության դեպքում բոլոր չորս պետությունները 4 գործողություն են պահանջում: Բայց քանի որ Qubit- ը կարող է պարունակել միանգամից 1 և 0: Այս բոլոր չորս պետություններին կարելի է միանգամից հասնել: Չորս գործողություն կկրճատվի մեկին: (Դա տեղի է ունենում այն ​​պատճառով, որ Qubits- ը կարող է պարունակել երկու արժեքները. Երկու Qubits- ն կարող է պարունակել այդ չորս պետությունները միանգամից, երբ սովորական բիտերը յուրաքանչյուր պետության համար մեկ պետություն են պետք:) Մնացածը մաթեմատիկա է: Պարզապես վերցրեք 3 Qubits, որոնք կարող են պարունակել միանգամից 8 նահանգ: 4 Qubits- ով, 16 տարբեր արժեքներ: Միանգամայն պարզ է, որ Qubits սուպերպոզիցիայի երևույթի պատճառով քվանտ համակարգիչը կկարողանա հազար անգամ ավելի արագ մշակել, քան սովորական համակարգիչները:

Այսպիսով, եկեք կառուցենք քվանտ համակարգիչ, ինչին ենք սպասում:

Հնարավոր մասը գալիս է հիմա: Քվանտային համակարգիչ կառուցելը պարզ խնդիր չէ: Թեև կան որոշ հաջող արդյունքներ, գիտնականները դեռ պայքարում են բարդ մոդել ներկայացնելու համար: Դժվարությունների հիմնական պատճառը հայտնի է որպես մեկ այլ բնական երևույթ, որը կոչվում է «decoherence»:

Այսպիսով, որն է այս decoherence- ն: Նախ և առաջ, պատրաստ եք ճանապարհորդել դեպի խորհրդավոր քվանտային աշխարհը, որպեսզի ապամոնտաժեք:

Սկզբում նշվեց, որ քվանտային տարրերը կարող են միաժամանակ մեկից ավելի պետություններ գոյություն ունենալ, և այն կոչվում է գերծանրքաշային: Decohernece- ը նշանակում է այն բնական երևույթները, որոնք քվանտային տարրը կթողնեն այլ պետություններ և կսկսեն մնալ մեկ նահանգում: Ըստ էության, դա այն ժամանակն է, երբ այդ տարրը դադարում է ցույց տալ իր քվանտային բնույթը: Այս տարրազերծման տարրերը ղեկավարվում են Նյուտոնի ֆիզիկայի կողմից և ոչ թե քվանտային մեխանիկայի կողմից: Երբ գերտերություն չկա, ծայրահեղ մշակման ուժ չկա:

Այն, ինչն առավել տարօրինակ է, decohernece- ի պատճառն է: Ըստ քվանտային ֆիզիկայի, եթե փորձենք չափել քվանտային տարրը, որը կծածկվի:

Ինչպես գիտենք 3D տարածության մեջ, ցանկացած օբյեկտ կարող ենք տեղակայել x, y, z առանցքներով: Նման կերպ, եթե մենք փորձենք գտնել քվանտային տարր (օրինակ ՝ քվիտ), այն կարող է տեղակայվել, բայց այդ պահին այն չի ցույց տալիս քվանտային բնույթը: Երբ մենք չափում կամ գրավում ենք Qubit- ը, դա այլևս Qubit- ը չի լինի, մինչև մենք չազատենք այն: Սա բնության ամենահավանական և հիասքանչ երևույթներից մեկն է, որն աշխարհի մեծագույն մտքերը զբաղված է պահում 1930-ական թվականներից ի վեր: Կան մի քանի մոդելներ և տեսություններ, որոնք բացատրում են այս երևույթը, բայց դրանք դեռևս քննարկելի են:

Քվանտային աշխարհի այս խորամանկ բնույթի պատճառով անհրաժեշտ են հատուկ տեսակի ալգորիթմներ քվանտ համակարգիչների համար: Այդ ալգորիթմները պետք է սահմանվեն այնպես, որ գործողությունները ստանան առանց քվիտների չափման: Իրականում այդպիսի ալգորիթմներ նույնպես կան:

Ինչպես այսօր մենք բոլորս գիտենք, MIT Քեմբրիջը և Մաքս Պլանկը, ինչպես աշխարհի ամենախելամիտ համալսարանները, իրականացնում են շատ փորձեր այս ոլորտում: Ըստ գիտնականների. «Եթե decoherence- ի առեղծվածը պատշաճ կերպով լուծված լինի, ապա ձեռքի քվանտ համակարգիչների դարաշրջանը շատ հեռու չի լինի»: