Giải thích về máy tính lượng tử (Giống như bạn là một đứa trẻ 5 tuổi)

Khái niệm "Điện toán lượng tử" gần đây đang lan truyền - nhờ một Thủ tướng nào đó - là một trong nhiều lãnh thổ khoa học chưa được khám phá của chúng tôi.

Lý do hầu hết chúng ta chưa từng nghe về nó mặc dù nó đã tồn tại trong nhiều thập kỷ, là vì phần lớn đó là lý thuyết và những người đã thử nghiệm nó lúc đầu đã rất im lặng về nó do sự cần thiết của bí mật quân sự và doanh nghiệp.

Tuy nhiên, bây giờ chúng ta biết rằng một sự kết hợp cơ học lượng tử và điện toán tồn tại và đột nhiên điều này nằm trong phạm vi quan tâm của mọi người. Nếu bạn không biết máy tính lượng tử là gì nhưng không muốn rời khỏi vòng lặp, hãy đọc tiếp để tìm hiểu lý do tại sao nó tốt hơn máy tính truyền thống chúng ta làm việc ngày nay.

Của máy tính truyền thống và Bits

Máy tính chủ yếu là điện tử kỹ thuật số và sẽ tương tác với dữ liệu được biểu thị bằng chữ số nhị phân được gọi là bit (0 và 1). Có thể là hình ảnh, văn bản, âm thanh hoặc bất kỳ dữ liệu nào khác - tất cả đều được lưu trữ theo bit.

Về mặt vật lý, các số nhị phân 0 và 1 có thể là đại diện bằng cách sử dụng bất kỳ thực thể hai trạng thái như một đồng xu (đầu và đuôi) hoặc một công tắc (bật hoặc tắt). Trong máy tính, bit là sự hiện diện hay vắng mặt của điện áp (1 hoặc 0) hoặc thay đổi hoặc bảo quản hướng từ trong đĩa cứng từ tính.

Dữ liệu được xử lý bằng cách tính toán các bit được lưu trữ. Tính toán được thực hiện bởi các cổng logic thường được tạo thành từ các bóng bán dẫn điều khiển việc truyền tín hiệu điện tử. Nếu nó cho phép tín hiệu đi qua, đó là bit 1 và nếu tín hiệu bị cắt, nó là 0.

Giới hạn của bóng bán dẫn

Với kích thước chip ngày càng thu hẹp và số lượng linh kiện ngày càng tăng, các thiết bị điện tử có thể có hàng triệu bóng bán dẫn có thể nhỏ tới 7nm (nhỏ hơn 1000 lần so với hồng cầu và chỉ lớn hơn 20 lần so với một số nguyên tử).

Kích thước của các bóng bán dẫn có thể tiếp tục co lại nhưng cuối cùng, chúng sẽ đạt đến giới hạn vật lý trong đó các electron sẽ chỉ xuyên qua chúng và sẽ không có sự kiểm soát đối với luồng tín hiệu điện tử.

Đối với nhu cầu ngày càng tăng của tính toán mạnh mẽ và các thiết bị nhỏ hơn, một giới hạn kích thước trên một thành phần điện tử cơ bản là một lề đường tiến bộ. Các nhà khoa học đang tìm kiếm những cách mới mất ít thời gian và không gian hơn để tính toán và lưu trữ dữ liệu, và một trong những cách chúng ta có thể sử dụng là điện toán lượng tử.

Qubits, chồng chất và vướng mắc

Điện toán lượng tử sử dụng qubit thay vì bit để biểu diễn dữ liệu. Qubits được biểu diễn bằng các hạt lượng tử như điện tử và photon.

Các hạt lượng tử có các tính chất như spin và phân cực có thể được sử dụng để biểu diễn dữ liệu. Ví dụ: một qubit quay lên trên có thể là 1 và xuống 0.

Nhưng sức mạnh của điện toán lượng tử đến từ thực tế là không giống như các bit là 1 hoặc 0, qubit có thể là 1 và 0 đồng thời, bởi vì một tài sản được gọi là chồng chất, nơi các hạt lượng tử ở nhiều tiểu bang cùng một lúc.

Điều này làm tăng sức mạnh tính toán của qubit, vì nó có thể được sử dụng cho cả 1 và 0 trong quá trình tính toán và ở cuối, một lần đo, nó trở thành 1 hoặc 0.

Thuộc tính chồng chất có thể được giải thích dễ dàng bằng một thí nghiệm suy nghĩ nổi tiếng được thực hiện trên một con mèo tưởng tượng của Schrödinger, một nhà vật lý người Áo.

Trong thế giới lượng tử, cũng có một tài sản khác có thể được khai thác trong điện toán rối lượng tử. Về cơ bản nó đề cập đến tính chất hạt lượng tử bị vướng và trở nên phụ thuộc lẫn nhau và do đó không thể thay đổi riêng.

Họ hành động như một hệ thống duy nhất với trạng thái tổng thể.

Giả sử 2 qubit trải qua sự vướng víu, nếu một trong những trạng thái của qubit bị thay đổi, cái kia cũng sẽ thay đổi. Điều này dẫn đến việc xử lý song song hoặc tính toán thực sự có thể cắt giảm đáng kể thời gian tính toán so với các máy tính truyền thống.

Khó khăn và công dụng

Có rất nhiều rào cản thực tế cần phải vượt qua bởi các nhà khoa học và kỹ sư, như tạo ra một môi trường được kiểm soát cho các qubit và tìm cách thao túng tài sản của họ, để tạo ra một kết quả mong muốn.

Nhưng một khi máy tính lượng tử có sức mạnh tính toán cao cuối cùng được tạo ra, chúng có thể được sử dụng để giải quyết các vấn đề có thể xảy ra. mất một thời gian rất dài được hoàn thành bởi các máy tính truyền thống.

Tìm các yếu tố chính của số lượng lớn, vấn đề nhân viên bán hàng du lịch cho một số lượng lớn các thành phố và các vấn đề tương tự khác yêu cầu số lượng so sánh theo cấp số nhân để có kết quảS. Ngoài ra, tìm kiếm thông qua cơ sở dữ liệu khổng lồ vẫn là một quá trình rất tốn thời gian cho ngay cả các máy tính kỹ thuật số hiện tại.

Những vấn đề này có thể được giải quyết với máy tính lượng tử, có thể giải quyết các vấn đề có thể mất hàng thế kỷ trong máy tính truyền thống, chỉ trong vài phút.

(H / T: IBM)