คอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงานอย่างไร - อธิบายง่ายๆ
ทุกวันนี้นักวิทยาศาสตร์ทำงานอย่างต่อเนื่องกับคอมพิวเตอร์ควอนตัม IBM เพิ่งเปิดตัวคอมพิวเตอร์ควอนตัมเครื่องแรก เราอธิบายวิธีการทำงานของที่นี่
คอมพิวเตอร์ควอนตัม: นั่นคือสิ่งที่เรียกว่า qubits
qubits ที่เรียกว่าถูกใช้ในคอมพิวเตอร์ควอนตัม
- บิตปกติบนคอมพิวเตอร์สามารถรับสองค่าที่ต่างกัน: 0 และ 1 หรือ "เปิด" และ "ปิด" อย่างไรก็ตามควิบิตสามารถอยู่ในสถานะกึ่งกลางของศูนย์และหนึ่งในช่วงระยะเวลาหนึ่งเวลาที่เรียกว่าการเชื่อมโยงกัน
- ในสถานะนี้นักวิทยาศาสตร์พูดถึงการ ทับซ้อน ผ่านการวัด qubit จากนั้นจะเปลี่ยนเป็นหนึ่งในสองรัฐที่กำหนดไว้อย่างชัดเจนเพื่อให้ผลการวัดสามารถบันทึกในบิตคลาสสิก ในแง่ทางเทคนิคการสูญเสียของทับซ้อนเรียกว่า decoherence
- ในห้องปฏิบัติการ qubits นั้นทำจากไอออนหรือตัวนำยิ่งยวดซึ่งเรียกว่า SQUID
- เมื่อทำงานกับไอออนไอออนที่ไม่ได้รับการตอบสนองจะตรงกับสถานะ 0 และสถานะที่ตื่นเต้น 1 สถานะของอะตอมที่มีพลังงานต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ อย่างไรก็ตามถ้าคุณเพิ่มพลังงานให้กับอะตอมมันน่าตื่นเต้นเพราะอิเล็กตรอนชั้นนอกถึงระดับพลังงานที่สูงขึ้น ไอออนสามารถตื่นเต้นกับเลเซอร์
การลงทะเบียนควอนตัม - คุณจำเป็นต้องรู้
จำเป็นต้องใช้หลาย qubits เพื่อแก้ปัญหาการดำเนินการทางคณิตศาสตร์ หนึ่งพูดถึงการลงทะเบียนควอนตัมที่เรียกว่า ข้อมูลจะถูกกระจายไปยัง qubits ทั้งหมดของการลงทะเบียน
- การลงทะเบียนควอนตัมแบบนี้มักประกอบด้วยไอออน 14 ตัวที่จัดเก็บตามแกนในระยะไม่กี่ไมโครเมตร เป็นสิ่งสำคัญที่ qubits เหล่านี้จัดการได้ง่าย แต่ก็มีภูมิคุ้มกันต่อการรบกวน
- ซึ่งหมายความว่าจะต้องอยู่ในสถานะของตน qubits นานที่สุดเท่าที่จะทำได้จนกว่าจะมีการดำเนินการทางคณิตศาสตร์ Decoherence เช่นกลับไปอยู่ในสถานะคลาสสิคต้องล่าช้าออกไปให้นานที่สุด
- ตัวดำเนินการลอจิคัลถูกใช้เพื่อจัดการกับรัฐซึ่งถูกใช้ในวิทยาการคอมพิวเตอร์แล้ว ในคอมพิวเตอร์ควอนตัมตัวดำเนินการเหล่านี้เรียกว่า ประตู ควอนตัม สิ่งเหล่านี้มีความแน่นอนในช่วงระยะเวลาของการฉายรังสีและสำหรับความยาวคลื่นของแสง
- การดำเนินการที่ง่ายที่สุดคือการปฏิเสธเรียกว่า ไม่ สถานะของควิบิตเป็นเพียงพลิกหรือเมื่อตะกี้ ในระบบเลขฐานสอง 0 จะกลายเป็น 1 และในทางกลับกัน การพลิกนี้เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วและบ่อยครั้งอย่างต่อเนื่องและทำตามขั้นตอนวิธีของโปรแกรม
- เพื่อกำหนดสถานะเริ่มต้นของโครงตาข่ายควอนตัมมันจะถูกฉายรังสีด้วยเลเซอร์พัลส์ ความยาวของการฉายรังสีสามารถกำหนดความน่าจะเป็นที่อะตอมอยู่ในสถานะตื่นเต้น
- หลังจากการฉายรังสีประมาณสิบไมโครวินาทีไอออนที่ตอนแรกไม่รู้สึกตื่นเต้นอยู่ในสถานะที่ตื่นเต้น อย่างไรก็ตามถ้าอะตอมนี้ได้รับการฉายรังสีเพียงครึ่งเดียวมันจะอยู่ในสถานะตัวกลางนั้นเนื่องจากมีแนวโน้มที่จะอยู่ในสถานะพื้น 50% และมีแนวโน้มที่จะอยู่ในสถานะตื่นเต้นมากกว่า 50%
- หากต้องการอ่านผลลัพธ์หลังจากใช้งานอัลกอริธึมเลเซอร์พัลส์อื่นที่มีความยาวคลื่นแตกต่างกันจะถูกยิงที่ไอออน การเรืองแสงบ่งบอกว่าพวกเขาตื่นเต้นหรือไม่ คอมพิวเตอร์สามารถกำหนดค่าที่ถูกต้องได้
คอมพิวเตอร์ควอนตัม: สุดยอดแห่งศิลปะในปัจจุบัน
ที่งานแสดงสินค้าอิเล็คทรอนิคส์ในลาสเวกัสไอบีเอ็มได้เปิดตัวคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีตลาดแห่งแรกในปีนี้
- เมื่อเปรียบเทียบกับรุ่นก่อนหน้านี้ IBM Q Systems One คำนวณด้วย 20 qubits ซึ่งเป็นมาตรวัดสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทำงานอย่างถูกต้อง ตาม IBM มีการจัดการเพื่อให้ 20 qubits ในสถานะเตรียมพร้อมสำหรับ 75 microseconds
- คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มี 50 qubits ควรใส่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์คลาสสิกในกระเป๋าของมัน
- IBM Q Systems One - กล่องแก้วที่มีความยาวและความกว้างสองและครึ่งเมตรไม่ควรเสนอขาย ผู้ใช้ที่เลือกสามารถเข้าถึงได้จากคลาวด์และทำการคำนวณแทน
จากคอมพิวเตอร์ควอนตัมไปยังบัตรเจาะ: นี่คือสิ่งที่คอมพิวเตอร์เครื่องแรกดูเหมือนว่า
ในเคล็ดลับการปฏิบัติถัดไปเราจะแสดงวิธีการแปลงเลขฐานสองและเลขฐานสิบหกอย่างถูกต้อง