Kuantum Bilgisayarlar Nasıl Çalışır

Kuantum bilgisayar, ilkelerini kullanan bir bilgisayar tasarımıdır. kuantum fiziği hesaplama gücünü geleneksel bir bilgisayarla elde edilebilecek olandan daha fazla arttırmak. Kuantum bilgisayarlar küçük ölçekli olarak inşa edilmiştir ve bunları daha pratik modellere yükseltmeye devam etmektedir.

Bilgisayarlar, ikili numara 1s & 0s gibi elektronik bileşenlerde tutulur. transistörler. Bilgisayar belleğinin her bileşenine bit ve Boole mantığının adımlarıyla manipüle edilebilir, böylece bitler 1 ve 0 modları arasında bilgisayar programı tarafından uygulanan algoritmalar (bazen "on" olarak adlandırılır ve "Kapalı").

Bir kuantum bilgisayarı, diğer taraftan, bilgiyi iki durumun 1, 0 veya kuantum süperpozisyonu olarak depolar. Böyle bir "kuantum biti" ikili sistemden çok daha fazla esneklik sağlar.

Özellikle, bir kuantum bilgisayarı geleneksel bilgisayarlardan çok daha büyük bir büyüklükte hesaplamalar yapabilir... şifreleme ve şifreleme alanında ciddi endişeleri ve uygulamaları olan bir kavram. Bazıları başarılı ve pratik bir kuantum bilgisayarın bilgisayar güvenliğini azaltarak dünyanın finansal sistemini mahvedeceğinden korkuyor kelimenin tam anlamıyla geleneksel bilgisayarlar tarafından kırılamayan büyük sayıları çarpanlarına dayalı şifrelemeler Evren. Diğer yandan, kuantum bilgisayarı, sayıları makul bir süre içinde hesaba katabilir.

Bunun işleri nasıl hızlandırdığını anlamak için bu örneği düşünün. Eğer kubit 1 durumunun ve 0 durumunun üst üste binmişse ve başka bir kübitle Aynı süperpozisyon, sonra bir hesaplama aslında 4 sonuç alır: 1/1 sonuç, 1/0 sonuç, 0/1 sonuç ve 0/0 sonuç. Bu, bir kuantum sistemine uygulanan bir tekdüze durumundayken, tek bir duruma çökene kadar durumların üst üste binmesi sırasında devam eden matematiğin bir sonucudur. Bir kuantum bilgisayarın aynı anda (veya paralel olarak, bilgisayar terimleriyle) birden fazla hesaplama yapabilme yeteneğine kuantum paralellik denir.

Kuantum bilgisayarında çalışan tam fiziksel mekanizma teorik olarak karmaşık ve sezgisel olarak rahatsız edicidir. Genel olarak, kuantum fiziğinin çok dünyalı yorumu açısından açıklanır, burada bilgisayar sadece evrenimizde değil, aynı zamanda diğer çeşitli kübitler kuantum ayrışma durumundadır. Bu çok zor gibi görünse de, çok dünyalı yorumlamanın deneysel sonuçlarla eşleşen tahminler yaptığı gösterilmiştir.

Kuantum hesaplama, köklerini 1959 tarihli bir konuşmaya kadar takip etme eğilimindedir. Richard P. Feynman daha güçlü bilgisayarlar oluşturmak için kuantum etkilerinden yararlanma fikri de dahil olmak üzere minyatürleştirmenin etkileri hakkında konuştu. Bu konuşma genellikle nanoteknoloji.

Tabii ki, hesaplamanın kuantum etkileri gerçekleşmeden önce, bilim adamları ve mühendisler geleneksel bilgisayarların teknolojisini daha tam olarak geliştirmek zorunda kaldılar. Bu nedenle, uzun yıllar boyunca, Feynman'ın önerilerini gerçeğe dönüştürmek konusunda çok az doğrudan ilerleme, hatta ilgi yoktu.

1985 yılında, "Kuantum mantık kapıları" fikri, Oxford Üniversitesi'nden David Deutsch tarafından bir bilgisayardaki kuantum bölgesini kullanmanın bir yolu olarak ortaya konmuştur. Aslında, Deutsch'un konuyla ilgili makalesi, herhangi bir fiziksel sürecin bir kuantum bilgisayarı tarafından modellenebileceğini gösterdi.

Yaklaşık on yıl sonra, 1994'te AT & T'den Peter Shor, bazı temel faktörleştirmeleri gerçekleştirmek için sadece 6 kubit kullanabilen bir algoritma geliştirdi... elbette faktorizasyon gerektiren sayılar daha karmaşık hale geldi.

Bir avuç kuantum bilgisayarı inşa edildi. Birincisi, 1998'de 2-kubit bir kuantum bilgisayarı, birkaç nanosaniyeden sonra decoherence'i kaybetmeden önce önemsiz hesaplamalar yapabilir. 2000 yılında, ekipler hem 4-qubit hem de 7-qubit kuantum bilgisayarı başarıyla kurdu. Bazı fizikçiler ve mühendisler, bu deneylerin tam ölçekli hesaplama sistemlerine yükseltilmesinde karşılaşılan zorluklar konusunda endişelerini dile getirmesine rağmen, konuyla ilgili araştırmalar hala çok aktif. Yine de, bu ilk adımların başarısı, temel teorinin sağlam olduğunu göstermektedir.

Kuantum bilgisayarın ana dezavantajı gücü ile aynıdır: kuantum ayrışması. Kuubit hesaplamaları, kuantum dalga fonksiyonu bir üst üste binme durumundayken gerçekleştirilir durumlar arasında, hem 1 hem de 0 durumlarını kullanarak hesaplamaları yapmasına izin veren şeydir eşzamanlı.

Bununla birlikte, bir kuantum sisteme herhangi bir tipte bir ölçüm yapıldığında, ayrışma bozulur ve dalga fonksiyonu tek bir duruma çöker. Bu nedenle, bilgisayar bir şekilde uygun zamana kadar herhangi bir ölçüm yapmadan bu hesaplamaları yapmaya devam etmelidir. daha sonra kuantum durumdan düşebilir, sonucunu okumak için bir ölçüm alabilir, bu daha sonra sistemi.

Bu ölçekte bir sistemi manipüle etmenin fiziksel gereksinimleri, süperiletkenlerin, nanoteknolojinin ve kuantum elektroniklerinin ve diğerlerinin alanlarına dokunarak dikkate değerdir. Bunların her biri, hala tamamen gelişmekte olan sofistike bir alandır, bu yüzden birleştirmeye çalışmak hepsini birlikte işlevsel bir kuantum bilgisayar haline getirmek, özellikle kıskanmadığım bir görevdir kimse... sonunda başarılı olan kişi hariç.