Képzeljünk el egy számítógépet, amely majdnem ugyanolyan gyorsan működik, mint az emberi test, és minden adatot - az emberhez hasonlóan - DNS-szálakon tárol. Ez nem tudományos-fantasztikus - nagyon is tudományos tény -, mivel a tudósok nemrégiben bemutatták, hogyan lehet adatokat menteni a DNS-be. Csak az elmúlt két évben a kvantum számítógépes feldolgozó chipek nagy előrelépéseket tettek a technológiai világban nagyobb és jobb processzorok beépítésével és kísérleti felhasználással.
Kvantummechanikai törvények és számítógépek
A kvantummechanika biztosítja a kvantumszámítógépek építésének alapjául szolgáló törvényeket és alapokat. Ez az a tudományterület, amely leírja a szubatomi részecskék viselkedését és kölcsönhatását, és magában foglalja a törvényeket, a kvantumfizikából származó elméletek és elvek, amelyek leírják, hogy ezek az észbontó kölcsönhatások miként fordulnak elő a számítástechnika.
Ezek az elméletek és törvények magukban foglalják az energia kvantálását, a kvantumként definiált energiacsomagokat; a részecskék hullámként és hullám-részecske kettősségként ismert részecskék egyidejű létezése; Heisenberg bizonytalansági elve, amely szerint a mérés a szubatomi részecskét két lehetséges állapota egyikébe omolja; és a Niels Bohr fizikus által kifejlesztett levelezési elv, aki azt állította, hogy minden új elméletet a régi fizika konvencionális jelenségei nemcsak a részecskék és a hullámok atomi szintű viselkedését írják le újonnan elméletek.
A Quantum Computers működése
A szokásos számítástechnikában a számítógépek az információ bitjeinek digitális feldolgozásával teljesítenek a két érték egyikében: nulla és egy, amelyek be- vagy kikapcsolt állapotot jelentenek. Míg a számítógép sebessége ugrásszerűen megnőtt a 80-as évek végén és a 90-es évek elején a személyi számítógépek kezdete óta, ezek és még a katonaság, a kutatólaboratóriumok és a főiskolák által használt szuperszámítógépek még mindig korlátozzák a komplex matematikai teljesítés sebességét egyenletek. Néhány egyenletnek évekbe telik, mire a szuperszámítógépek is működnek, mivel néhány matematikai egyenlet hosszú.
Nem úgy, mint egy kvantum számítógépen, amely a kvantumbitek ideájára épül, és amelyeket qubitként ismerünk, mivel ezek az adatok egyszerre több 0 és 1 állapotban is létezhetnek. Minél több kvóta van egy kvantum számítógépben, annál több potenciális állapotot enged meg - és annál gyorsabban történhetnek az adatok kiszámítása. A kvantum összefonódása miatt, amit Einstein "kísérteties cselekedetnek egy távolságból" nevezett, a kvitek nagy távolságokkal működhetnek közöttük, vezeték nélkül. Emiatt ami az egyik részecskével történik, a másikkal egyszerre történik.
Mit csinálnak a Quantum Computers
A kvantum számítógépek olyan gyorsan működnek, hogy a legtöbb használt titkosítási módszert meg tudják törni, beleértve a banki tranzakciókat és más kiberbiztonsági módszereket is. Rosszindulatú szándékkal rendelkező emberek kezében egy kvantumszámítógép sok kárt okozna, és technológiai térdére taszíthatja a világot.
De a megfelelő szándékú emberek kezében a kvantum számítógépek elősegítik a mesterséges intelligencia képességeit, ellentétben a mai napig látottakkal. Például a periódusos rendszer és a kvantummechanika törvényeit betöltheti a számítógépbe a hatékonyabb napelemek tervezéséhez. A kvantumszámítógépek finomhangolt és optimális gyártási folyamatokhoz vezethetnek, javíthatják az elektromos autó akkumulátorait, gyorsabban kiszámíthatják az algoritmusokat, hogy feloldódjanak autópálya-forgalmi dugók, találja meg a legjobb szállítási módszereket és utazási útvonalakat, és alapvetően még a leggyorsabban is hallatlanul nagy sebességgel gyűjti össze az adatokat szuperszámítógépek.
Áttörések a kvantumszámítógépekben
A kvantum számítógépek nem csak egy fejlettebb technológiát kínálnak; ezek egy teljesen új számítási forma alapja, a kvantummechanikát megalapozó törvények alapján. A klasszikus számítási módszerekkel felszerelt szabványos számítógéphez képest a kvantumszámítógép a rendes számítógépet háromkerekűvé teszi, mint egy szupergyors versenyautó.
A qubit processzorok fejlesztése az évek során:
- 1998-ban az Egyesült Királyságban az Oxfordi Egyetem felfedte 2-qubit processzorát.
- 1998 Az IBM, az UC Berkeley, a Stanfordi Egyetem és az MIT kifejleszt egy 2-qubit processzort.
- 2000-ben a németországi Müncheni Műszaki Egyetem létrehozott egy 5 qubit processzort.
- 2000-ben az Egyesült Államok Los Alamos Nemzeti Laboratóriuma bemutatott egy 7-kvit processzort.
- A 2006-os Kvantumszámítástechnikai Intézet, a Perimeter Elméleti Fizikai Intézet és az MIT létrehoz egy 12 kvites processzort.
- 2017 Az IBM megosztja a 17-bites processzor hírét.
- 2017 Az IBM bemutatja 50 qubit processzorát.
- 2018 A Google megosztja a 72-kvit processzorral kapcsolatos híreket.
Kinkek kidolgozása
Míg a kvantumszámítógépek gyorsan működnek, jelenleg nincs módjuk az adatok tárolására, mert a meglévő kvantummechanikai szabályok szerint nem lehet másolatot készíteni, másolatot készíteni vagy adatokat menteni a kvantumrendszerbe. A mérnökök és a tudósok a kvantumadatok többféle tárolási módját kutatják; egyesek még fontolóra veszik az adatok DNS-szálakon történő tárolását.
A tudósok 2017-ben kifejlesztettek egy módszert, amely körülbelül 215 millió gigabájt információt tárol egyetlen DNS-grammban. A hagyományos merevlemezek két dimenzióban tárolják az adatokat, míg a DNS három dimenziót és nagyobb adattárolást kínál. Ha a DNS felhasználásának módja működőképesnek bizonyulna, akkor alapvetően a világ DNS-en tárolt összes tudása egyetlen szobát vagy két szokásos kisteherautó hátulját töltené meg.
A jövő kvantum
Kutatók és nagy szereplők a világ minden tájáról megküzdenek a következő legnagyobb processzor megépítésével. Az IBM a kvantumszámítást a felhőjébe helyezte, és mindenki számára elérhetővé teszi, aki regisztrál a kísérletekben való részvételre.
A Microsoft éppen a kvantumszámítást integrálja a Visual Studio platformjába, de azon kívül, hogy 2017 szeptemberében bejelentette, hogy terveit a A Majorana Fermions részecske - egy részecske, amely saját antirészecskeként létezik és amelyet 2012-ben fedeztek fel - A Microsoft viszonylag hallgat a kvantumszámításról terveket.
A Google azt tervezi, hogy uralni fogja a kvantumszámítógép-mezőt, és reméli, hogy "kvantumfölényt" érhet el egy olyan chip megépítésével, amely kvantumszámításával felülmúlhatja a mai szuperszámítógépeket.
A kvantumszámítástechnika fejlődésétől függetlenül a kvantumszámítógépek hamarosan nem kerülnek a nyilvánosság kezébe. A működő kvantum számítógépek először a laboratóriumokba, az agytrösztökbe és a kutatóközpontokba kerülnek, hogy segítsenek megoldani azokat az egyenleteket, amelyeknek évekbe telik a szuperszámítógépek kidolgozása.
Bár sok kutató megjósolja a kvantumszámítógépek kereskedelmi forgalomba hozatalát a következő négy-öten belül év, lehet, hogy néhány év múlva, és még több, mire a kvantumszámítógépek normává válnak a nyilvános.