Hogyan működnek a kvantumszámítógépek? - Egyszerűen magyarázva
Manapság a tudósok folyamatosan dolgoznak kvantumszámítógépeken. Az IBM nemrégiben indította el első kvantumszámítógépét. Elmagyarázzuk, hogy ezek hogyan működnek itt.
Kvantumszámítógépek: ezt nevezzük kvbitnek
Kvantumszámítógépen az úgynevezett kviteket használjuk.
- A számítógép normál bitjei csak két különböző értéket vesznek fel: 0 és 1, illetve "be" és "ki". Egy kbit azonban egy nulla és egy köztes állapotban lehet egy bizonyos ideig, az úgynevezett koherenciaidőn.
- Ebben az állapotban a tudósok szuperpozícióról beszélnek. A mérés során a kvbit a két világosan meghatározott állapot egyikére változik, így a mérési eredmény klasszikus bitben elmenthető. Technikai szempontból a szuperpozíció elvesztését decoherenciának nevezzük.
- A laboratóriumban az ilyen kviteket ionokból vagy szupravezető hurkokból, úgynevezett SQUID - kből készítik.
- Ionokkal történő munkavégzés során egy nem kiégett ion megfelel a 0 állapotnak, és egy izgatott az 1. állapotnak. Egy atom, amelynek a lehető legalacsonyabb energiája van, kihasználatlannak minősül. Ha azonban energiát adunk egy atomhoz, akkor ez izgatott, mert a külső elektronok magasabb energiaszinteket érnek el. Az ionok gerjeszthetők lézerrel.
A kvantum regisztrál - ezt tudnod kell
Több számjegyre van szükség a számtani műveletek megoldásához. Az egyik úgynevezett kvantumregisztről beszél. Az információt ezután a nyilvántartás minden kvites részére elosztják.
- Egy ilyen kvantumregiszter általában 14 ionból áll, amelyeket tengely mentén tárolnak néhány mikrométer távolságra. Fontos, hogy ezeket a kviteket könnyen kezelni lehessen, ugyanakkor immunmentesek az interferenciára.
- Ez azt jelenti, hogy a kvbitnek a lehető leghosszabb ideig a megfelelő állapotban kell maradniuk, amíg a számtani művelet végrehajtásra nem kerül. A dekoherenciát, vagyis a klasszikus állapotba való visszaesést a lehető leghosszabb ideig el kell halasztani.
- A logikai operátorok segítségével manipulálhatók az államok, amelyeket már a számítástechnikában használnak. A kvantumszámítógépekben ezeket az operátorokat kvantumkapuknak nevezzük. Ezek meghatározóak a besugárzás időtartama és a fény hullámhossza szempontjából.
- A legegyszerűbb művelet a tagadás, ezt NEM hívják. A qubit állapota egyszerűen áthúzódik vagy negatív. A bináris rendszerben 0 lenne 1 és fordítva. Ez a flippelés nagyon gyorsan és nagyon gyakran egymás után történik, és követi a program algoritmusát.
- A kvantumrács kezdeti állapotának meghatározásához azt lézerimpulzusokkal besugározzák. A besugárzás hossza meghatározhatja annak valószínűségét, hogy egy atom gerjesztett állapotban van.
- Körülbelül tíz mikrosekundumú besugárzás után egy olyan ion, amely kezdetben nem gerjesztett, gerjesztett állapotban van. Ha azonban ezt az atomot csak a felének hosszabb ideig besugárzásával bocsátják ki, akkor ebben a közbenső állapotban lesz, mivel 50 százalékkal nagyobb valószínűséggel alapállapotban és 50 százalékkal nagyobb valószínűséggel izgatott állapotban van.
- Az algoritmus végrehajtása utáni eredmény leolvasásához egy másik, eltérő hullámhosszú lézerimpulzus kerül az ionokra. A fluoreszcencia azt jelzi, hogy izgatottak-e vagy sem. A számítógép ezután meghatározhatja a helyes értékeket.
Kvantumszámítógépek: a legkorszerűbb technika
A Las Vegas-i elektronikai vásáron az IBM bemutatta az első piacra kész kvantumszámítógépet ebben az évben.
- A korábbi modellekhez képest az IBM Q Systems One már 20 kvbittel számol, ami mérföldkőként szolgál a megfelelően működő kvantumszámítógép számára. Az IBM szerint 20 kvbitot készített állapotban tartott 75 mikrosekundumon keresztül.
- Az 50 kvites kvantumszámítógépnek képesnek kell lennie arra, hogy a klasszikus szuperszámítógépet a zsebébe tegye.
- Az IBM Q Systems One - két és fél méter hosszú és szélességű üvegdobozt nem szabad eladni. Ehelyett a kiválasztott felhasználók hozzáférhetnek a felhőből és elvégezhetik a számításokat.
A kvantumszámítógéptől a lyukasztásig: Így nézett ki a legelső számítógép
A következő gyakorlati tippben megmutatjuk, hogyan kell helyesen konvertálni a bináris és hexadecimális számokat.