Jak fungují kvantové počítače? - Jednoduše vysvětleno
V dnešní době vědci neustále pracují na kvantových počítačích. IBM nedávno spustila svůj první kvantový počítač. Vysvětlíme jim, jak tyto fungují.
Kvantové počítače: Tomu se říká qubits
V kvantovém počítači se používají tzv. Qubity.
- Normální bity v počítači mohou mít pouze dvě různé hodnoty: 0 a 1, nebo „zapnuto“ a „vypnuto“. Avšak qubit může být v mezilehlém stavu nula a jeden po určitou dobu, tzv. Koherenční čas.
- V tomto stavu vědci mluví o superpozici . Prostřednictvím měření se pak qubit změní na jeden ze dvou jasně definovaných stavů, takže výsledek měření lze uložit do klasického bitu. Z technického hlediska se ztráta superpozice nazývá decoherence .
- V laboratoři jsou takové qubity vyráběny z iontů nebo supravodivých smyček, tzv. SQUID .
- Při práci s ionty odpovídá neexcitovaný ion stavu 0 a excitovaný iontu 1. O atomu s nejnižší možnou energií se říká, že je neexcitovaný. Pokud však k atomu přidáte energii, je to vzrušující, protože vnější elektrony dosáhnou vyšších úrovní energie. Ionty mohou být vzrušeny laserem.
Kvantové registry - to musíte vědět
K vyřešení aritmetických operací je potřeba několik qubitů. Jeden mluví o tzv. Kvantovém registru. Informace jsou poté distribuovány do všech qubits registru.
- Takový kvantový registr obvykle sestává ze 14 iontů, které jsou uloženy podél osy ve vzdálenosti několika mikrometrů. Je důležité, aby se s těmito qubity snadno manipulovalo, ale aby byly také odolné vůči rušení.
- To znamená, že qubity musí zůstat ve svých příslušných stavech tak dlouho, jak je to možné, dokud není provedena aritmetická operace. Dekorace, tj. Zpět do klasického stavu, musí být zpožděna tak dlouho, jak je to možné.
- Logické operátory se používají k manipulaci se státy, které se již používají v informatice. V kvantových počítačích se tito operátoři nazývají kvantové brány . Jsou rozhodující pro trvání ozáření a pro vlnovou délku světla.
- Nejjednodušší operací je negace, zvaná NOT . Stav qubit je jednoduše převrácený nebo negovaný. V binárním systému se 0 stane 1 a naopak. K tomuto převržení dochází velmi rychle a velmi často za sebou a řídí se algoritmem programu.
- Pro určení počátečního stavu kvantové mřížky je ozářena laserovými pulzy. Délka ozáření může určit pravděpodobnost, s jakou je atom ve vzrušeném stavu.
- Po asi deseti mikrosekundách ozařování je ion, který není zpočátku excitován, v excitovaném stavu. Pokud je však tento atom ozářen pouze na polovinu tak dlouho, bude v tomto mezilehlém stavu, protože je o 50 procent vyšší pravděpodobnost, že bude v základním stavu a 50 procent vyšší pravděpodobnost, že bude v excitovaném stavu.
- Po přečtení výsledku po provedení algoritmu je na ionty vypálen další laserový puls s jinou vlnovou délkou. Fluorescence naznačuje, zda jsou nadšeni nebo ne. Počítač pak může určit správné hodnoty.
Kvantové počítače: současný stav techniky
Na veletrhu elektroniky v Las Vegas představila IBM letos svůj první kvantový počítač připravený na trh.
- Ve srovnání s předchozími modely IBM Q Systems One počítá již s 20 qubity, což je měřítko pro správně fungující kvantový počítač. Podle IBM se jí podařilo udržet 20 qubits v připraveném stavu po dobu 75 mikrosekund.
- Kvantový počítač s 50 qubity by měl být schopen umístit jakýkoli klasický superpočítač do kapsy.
- IBM Q Systems One - skleněná krabice o délce a šířce dva a půl metru by neměla být nabízena k prodeji. Místo toho k němu mohou vybraní uživatelé přistupovat z cloudu a provádět výpočty.
Z kvantového počítače na děrnou kartu: Takto vypadal úplně první počítač
V dalším praktickém tipu vám ukážeme, jak správně převést binární a hexadecimální čísla.