Quantum Computing Forklaret (Ligesom Du Er En 5-årig)
Begrebet "Quantum Computing", der for nylig er gået viral - takket være en bestemt premierminister - er et af de mange ukendte videnskabelige områder af os ikke-videnskabelige peeps.
Grunden til, at de fleste af os ikke har hørt om det endnu, selv om det har eksisteret i årtier, er det for det meste det er teoretisk og dem der eksperimenterede på det i starten var meget hush-hush om det skyldes behovet for militær og virksomhedshemmelighed.
Ikke desto mindre ved vi nu, at der eksisterer en kvantemekanik og computerkombination, og pludselig er dette inden for alles interesseområde. Hvis du ikke ved, hvad en kvantecomputer, men ikke ønsker at blive udeladt, læs videre for at finde ud af, hvorfor det er bedre end de traditionelle computere, vi arbejder med i dag.
Af traditionelle computere og bitter
Computere er for det meste digital-elektroniske og vil interagere med data repræsenteret i binære cifre kendt som bits (0'er og 1'er). Det er billeder, tekst, lyd eller andre data - det er alle gemt i bits.
Fysisk kan de binære tal 0 og 1 være repræsenteret ved hjælp af en to-statse enhed som en mønt (hoved og hale) eller en switch (tændt eller slukket). I computere er bits de tilstedeværelse eller fravær af spænding (1 eller 0), eller ændring eller bevarelse af magnetisk retning i magnetiske harddiske.
Data manipuleres ved at beregne de lagrede bits. Beregning foretages ved logiske porte, der typisk består af transistorer, der styrer passagen af elektronisk signal. Hvis det tillader signalet at passere igennem, er det bit 1, og hvis signalet er afskåret, er det 0.
Grænserne for transistorer
Med den stadigt krympende chipstørrelse og voksende antal komponenter kan elektroniske enheder komme med millioner af transistorer, der kan være så små som 7nm (hvilket er 1000 gange mindre end en rød blodlegeme og kun 20 gange større end nogle atomer).
Transistorens størrelse kan fortsætte med at krympe, men i sidste ende rammer de en fysisk grænse, hvor elektroner bare vil tunnelere gennem dem og Der vil ikke være nogen kontrol over den elektroniske signalstrøm.
Til det stadigt voksende behov for kraftig beregning og mindre enheder, en størrelsesgrænse for en grundlæggende elektronisk komponent er en fremskridt. Forskere søger nye måder som tage mindre tid og plads til at beregne og gemme data, og en af måderne, vi kan bruge, er kvantcomputering.
Qubits, Superposition og Entanglement
Quantum computing bruger qubits i stedet for bits til at repræsentere data. Qubits er repræsenteret ved hjælp af kvantepartikler som elektroner og fotoner.
Kvantumpartikler har egenskaber som spin og polarisering, som kan bruges til at repræsentere data. For eksempel kan en qubit spinding opad være 1 og nedad 0.
Men kraften i quantum computing stammer fra det forhold, at i modsætning til bits, der er enten 1 eller 0, qubits kan være 1 og 0 samtidigt, på grund af en ejendom kaldet superposition, hvor kvantepartikler er i flere stater på samme tid.
Dette øger beregningsstyrken for qubit, da den kan bruges til både 1 og 0 under beregning og i slutningen en gang målt, det bliver enten 1 eller 0.
Overlejringsegenskaben kan let forklares ved et berømt tankeeksperiment udført på en imaginær kat af Schrödinger, en østrigsk fysiker.
I kvanteverdenen er der også en anden egenskab, der kan udnyttes i databehandling quantum entanglement. Det refererer i grunden til kvantepartikler 'egenskaber, der bliver forstyrret og bliver afhængige af hinanden og kan således ikke ændres separat.
De virker som et enkelt system med en samlet tilstand.
Lad os sige, at 2 qubits gennemgår entanglement, hvis en af qubit tilstand ændres, den anden vil ændre sig også. Dette fører til reel parallelbehandling eller databehandling, der kan reducere beregningstiden betydeligt i forhold til traditionelle computere.
Vanskeligheder og anvendelser
Der er mange praktiske forhindringer, der skal overvindes af forskerne og ingeniører, som skabe et kontrolleret miljø for qubits og finde måder at manipulere deres egenskaber på, at producere et ønsket resultat.
Men når kvantecomputere med høj datakraft endelig er oprettet, kan de bruges til at løse problemer, der ellers ville tage meget lang tid Udfyldes af traditionelle computere.
Find hovedfaktorer af store tal, det rejseforhandlerproblem for et stort antal byer og andre lignende problemer kræver et eksponentielt antal sammenligninger for at få resultatets. Også søgning gennem kolossale databaser er stadig en meget tidskrævende proces for lige aktuelle digitale computere.
Disse problemer kan løses med kvantecomputere, som kan løse problemer, der kan tage århundreder i traditionelle computere, om få minutter.
(H / T: IBM)
