Kuinka kvantitietokoneet toimivat? - Yksinkertaisesti selitetty
Nykyään tutkijat työskentelevät jatkuvasti kvantitietokoneiden parissa. IBM julkaisi äskettäin ensimmäisen kvantitietokoneen. Selitämme kuinka nämä toimivat täällä.
Kvanttitietokoneet: Sitä kutsutaan qubitiksi
Kvantitietokoneessa käytetään ns. Kvitejä.
- Tietokoneen normaalit bitit voivat ottaa vain kaksi eri arvoa: 0 ja 1 tai "päällä" ja "pois". Qubit voi kuitenkin olla nollan ja yhden välivaiheessa tietyn ajanjakson, ns. Koherentsiajan.
- Tässä tilassa tutkijat puhuvat superpositiosta . Mittauksen avulla kvaditti muuttuu sitten toiseen kahdesta selvästi määritellystä tilasta, niin että mittaustulos voidaan tallentaa klassisena bittinä. Teknisesti sanottuna superpositiikan menetystä kutsutaan decoherenceksi .
- Laboratoriossa sellaiset kvbitit valmistetaan ioneista tai suprajohtavista silmukoista, ns. SQUID .
- Ioneilla työskennellessä käyttämätön ioni vastaa tilaa 0 ja herätetyssä tilassa 1. Atomin, jolla on pienin mahdollinen energia, sanotaan olevan käyttämätöntä. Jos kuitenkin lisäät energiaa atomiin, se on innoissaan, koska ulkoiset elektronit saavuttavat korkeammat energiatasot. Ioneja voidaan herättää laserilla.
Kvanttirekisterit - sinun on tiedettävä se
Aritmeettisten toimintojen ratkaisemiseksi tarvitaan useita kvitejä. Yksi puhuu nk. Kvanttirekisteristä. Tiedot jaetaan sitten kaikille rekisterin kviteille.
- Tällainen kvanttirekisteri koostuu yleensä 14 ionista, jotka varastoidaan akselia pitkin muutaman mikrometrin etäisyydellä. On tärkeää, että näitä kvittejä on helppo käsitellä, mutta ne ovat myös immuuneja häiriöille.
- Tämä tarkoittaa, että kvittien on pysyttävä vastaavissa tiloissaan niin kauan kuin mahdollista, kunnes aritmeettinen toimenpide on suoritettu. Dekherenssi, ts. Putoaminen takaisin klassiseen tilaan, on viivästettävä niin kauan kuin mahdollista.
- Loogisia operaattoreita käytetään manipuloimaan tiloja, joita jo käytetään tietotekniikassa. Kvantitietokoneissa näitä operaattoreita kutsutaan kvanttiporteiksi. Nämä ovat ratkaisevia säteilytyksen kestolle ja valon aallonpituudelle.
- Yksinkertaisin toimenpide on kieltäminen, jota kutsutaan EI . Qubitin tila yksinkertaisesti käännetään tai nollataan. Binaarisessa järjestelmässä 0: sta tulee 1 ja päinvastoin. Tämä kääntö tapahtuu hyvin nopeasti ja hyvin usein peräkkäin ja seuraa ohjelman algoritmia.
- Kvanttihilan alkutilan määrittämiseksi sitä säteilytetään laserpulsseilla. Säteilytyksen pituus voi määrittää todennäköisyyden, jolla atomi on herätetyssä tilassa.
- Noin kymmenen mikrosekunnin säteilytyksen jälkeen ioni, joka alun perin ei ole kiihtynyt, on viritetyssä tilassa. Kuitenkin, jos tätä atomia säteilytetään vain puolet niin kauan, se on siinä välitilassa, koska se on 50 prosenttia todennäköisemmin perustilassa ja 50 prosenttia todennäköisemmin kiihtyneessä tilassa.
- Tuloksen lukemiseksi algoritmin suorittamisen jälkeen ioneihin laukeaa toinen laserpulssi, jolla on erilainen aallonpituus. Fluoresenssi osoittaa, ovatko ne innoissaan. Tietokone voi sitten määrittää oikeat arvot.
Kvantitietokoneet: nykyaikainen tekniikka
IBM esitteli Las Vegasin elektroniikkamessuilla ensimmäisen vuoden markkinoille valmistetun kvantitietokoneen.
- Verrattuna aikaisempiin malleihin, IBM Q Systems One laskee jo 20 kbitillä, mikä on mittapuu oikein toimivaan kvantitietokoneeseen. IBM: n mukaan se on onnistunut pitämään 20 kvbittiä valmiina 75 mikrosekunnin ajan.
- 50 kvbitin kvantitietokoneen pitäisi pystyä laittamaan mikä tahansa klassinen supertietokone taskuunsa.
- IBM Q Systems One - lasikoteloa, jonka pituus ja leveys on kaksi ja puoli metriä, ei tule myydä. Sen sijaan valitut käyttäjät voivat käyttää sitä pilvestä ja suorittaa laskelmia.
Kvanttitietokoneesta reikäkortille: Tällainen näytti ensimmäisen tietokoneelta
Seuraavassa käytännön ohjeessa osoitamme sinulle, kuinka binääriset ja heksadesimaaliluvut muutetaan oikein.