Msururu wa mafanikio katika kompyuta ya quantum
Kompyuta ya kawaida, ambayo sasa inajulikana kama kompyuta ya kitamaduni au ya kitamaduni hufanya kazi kwa dhana ya msingi ya sekunde 0 na 1 (zero na zile). Tunapouliza kompyuta kufanya kazi kwa ajili yetu, kwa mfano kukokotoa hisabati au kuhifadhi miadi au kitu chochote kinachohusiana na maisha ya kila siku, kazi hii kwa wakati husika inabadilishwa (au kutafsiriwa) kuwa mfuatano wa sekunde 0 na 1 (ambao wakati huo huitwa pembejeo), ingizo hili linachakatwa na algorithm (inafafanuliwa kama seti ya sheria zinazopaswa kufuatwa ili kukamilisha kazi kwenye kompyuta). Baada ya uchakataji huu, mfuatano mpya wa sekunde 0 na 1 hurejeshwa (unaoitwa matokeo), na hii husimba kwa matokeo yanayotarajiwa na kutafsiriwa katika taarifa rahisi zaidi ya kirafiki kama "jibu" kwa kile ambacho mtumiaji alitaka kompyuta ifanye. . Inashangaza kwamba haijalishi algoriti inaweza kuonekana kuwa ya busara au ya werevu kiasi gani na chochote kinaweza kuwa kiwango cha ugumu wa kazi, algoriti ya kompyuta hufanya jambo hili moja tu - kudhibiti msururu wa biti - ambapo kila biti ni 0 au 1. kudanganywa hufanyika kwenye kompyuta (mwisho wa programu) na kwenye kiwango cha mashine hii inawakilishwa na nyaya za umeme (kwenye ubao wa mama wa kompyuta). Katika istilahi ya vifaa wakati sasa inapita kupitia nyaya hizi za umeme, imefungwa na inafunguliwa wakati hakuna sasa.
Kompyuta ya Classical Vs Quantum
Kwa hiyo, katika kompyuta za classical, kidogo ni habari moja ambayo inaweza kuwepo katika hali mbili iwezekanavyo - 0 au 1. Hata hivyo, ikiwa tunazungumzia kuhusu quantum kompyuta, kawaida hutumia bits za quantum (pia huitwa 'qubits'). Hizi ni mifumo ya quantum iliyo na majimbo mawili, hata hivyo, tofauti na biti ya kawaida (iliyohifadhiwa kama 0 au 1), qubits inaweza kuhifadhi habari zaidi na inaweza kuwepo katika dhana yoyote ya maadili haya. Ili kuelezea kwa njia bora zaidi, qubit inaweza kuzingatiwa kama nyanja ya kufikiria, ambapo qubit inaweza kuwa sehemu yoyote kwenye tufe. Inaweza kusemwa kuwa kompyuta ya quantum inachukua fursa ya uwezo wa chembe ndogo za atomiki kuwepo katika hali zaidi ya moja kwa wakati wowote na bado kuwa za kipekee. Kwa upande mwingine, bit classical inaweza tu kuwa katika majimbo mawili - mfano mwishoni mwa miti miwili ya nyanja. Katika maisha ya kawaida hatuwezi kuona 'superposition' hii kwa sababu mara tu mfumo unapotazamwa kwa ukamilifu wake, viambishi hivi hutoweka na hii ndiyo sababu uelewa wa dhana hizo kuu haueleweki.
Maana ya hii kwa kompyuta ni kwamba kompyuta za quantum zinazotumia qubits zinaweza kuhifadhi habari nyingi kwa kutumia nishati kidogo kuliko kompyuta ya kawaida na kwa hivyo shughuli au hesabu zinaweza kufanywa haraka zaidi kwenye kompyuta ya quantum. Kwa hiyo, kompyuta ya classical inaweza kuchukua 0 au 1, bits mbili katika kompyuta hii inaweza kuwa katika hali nne iwezekanavyo (00, 01, 10 au 11), lakini hali moja tu inawakilishwa wakati wowote. Kompyuta ya quantum, kwa upande mwingine hufanya kazi na chembechembe zinazoweza kuwa katika nafasi ya juu zaidi, ikiruhusu qubits mbili kuwakilisha hali sawa sawa kwa wakati mmoja kwa sababu ya sifa ya juu zaidi inayoweka huru kompyuta kutoka kwa 'kizuizi cha binary'. Hii inaweza kuwa sawa na kompyuta nne zinazofanya kazi kwa wakati mmoja na ikiwa tutaongeza qubits hizi, nguvu ya kompyuta ya quantum inakua kwa kasi. Kompyuta za quantum pia huchukua fursa ya mali nyingine ya fizikia ya quantum inayoitwa 'quantum entanglement', iliyofafanuliwa na Albert Einstein, entanglement ni mali ambayo inaruhusu chembe za quantum kuunganishwa na kuwasiliana bila kujali eneo lao katika ulimwengu ili kubadilisha hali ya moja inaweza kuathiri nyingine mara moja. Uwezo wa pande mbili wa 'superposition' na 'enterposition' una nguvu sana kimsingi. Kwa hiyo, kile ambacho kompyuta ya quantum inaweza kufikia haiwezi kufikiria ikilinganishwa na kompyuta za classical. Haya yote yanasikika ya kusisimua sana na ya moja kwa moja, hata hivyo, kuna tatizo katika hali hii. Kompyuta ya quantum, ikiwa inachukua qubits (biti zinazodhaniwa) kama ingizo lake, matokeo yake pia yatakuwa vile vile katika hali ya quantum yaani pato lenye bits zilizowekwa juu ambazo zinaweza pia kubadilika kulingana na hali iko. Aina hii ya pato haifanyi' t kweli huturuhusu kupokea habari zote na kwa hivyo changamoto kubwa katika sanaa ya kompyuta ya quantum ni kutafuta njia za kupata habari nyingi kutoka kwa pato hili la quantum.
Kompyuta ya Quantum itakuwa hapa!
Kompyuta za quantum zinaweza kufafanuliwa kama mashine zenye nguvu, kulingana na wakuu wa mechanics ya quantum ambayo huchukua njia mpya kabisa ya kuchakata habari. Wanatafuta kuchunguza sheria tata za asili ambazo zimekuwepo sikuzote lakini kwa kawaida zimebakia zimefichwa. Ikiwa matukio kama haya ya asili yanaweza kuchunguzwa, kompyuta ya kiasi inaweza kuendesha aina mpya za algoriti ili kuchakata maelezo na hii inaweza kusababisha mafanikio ya ubunifu katika sayansi ya nyenzo, ugunduzi wa madawa ya kulevya, robotiki na akili ya bandia. Wazo la kompyuta ya quantum lilipendekezwa na mwanafizikia wa kinadharia wa Marekani Richard Feynman huko nyuma mwaka wa 1982. Na leo, makampuni ya teknolojia (kama vile IBM, Microsoft, Google, Intel) na taasisi za kitaaluma (kama MIT, na Chuo Kikuu cha Princeton) zinafanya kazi kwa quantum. prototypes za kompyuta ili kuunda kompyuta ya kawaida ya quantum. International Business Machines Corp. (IBM) imesema hivi majuzi kwamba wanasayansi wake wameunda jukwaa lenye nguvu la kompyuta la quantum na linaweza kupatikana kwa ufikiaji lakini linasema kuwa haitoshi kutekeleza majukumu mengi. Wanasema kwamba mfano wa qubit 50 ambao unatengenezwa kwa sasa unaweza kutatua matatizo mengi ambayo kompyuta za kitambo hufanya leo na katika siku zijazo kompyuta za qubit 50-100 kwa kiasi kikubwa zingejaza pengo yaani kompyuta ya quantum yenye qubits mia chache tu itaweza. kufanya mahesabu zaidi wakati huo huo kuliko kuna atomi katika inayojulikana ulimwengu. Kusema kweli, njia ambayo kompyuta ya kiasi inaweza kushinda kompyuta ya kawaida kwenye kazi ngumu ina ugumu na changamoto. Hivi majuzi Intel imetangaza kwamba kompyuta mpya ya kampuni ya quantum 49 iliwakilisha hatua kuelekea "ukuu huu wa quantum", katika maendeleo makubwa kwa kampuni ambayo ilikuwa imeonyesha mfumo wa qubit 17 miezi 2 tu iliyopita. Kipaumbele chao ni kuendelea kupanua mradi, kwa kuzingatia ufahamu kwamba kuongeza idadi ya qubits ndio ufunguo wa kuunda kompyuta za quantum ambazo zinaweza kutoa matokeo ya ulimwengu halisi.
Nyenzo ni ufunguo wa kuunda kompyuta ya quantum
Silicon ya nyenzo imekuwa sehemu muhimu ya kompyuta kwa miongo kadhaa kwa sababu seti yake kuu ya uwezo hufanya iwe inafaa kwa kompyuta ya jumla (au ya kitambo). Walakini, kuhusu kompyuta ya quantum inayohusika, suluhisho za msingi wa silicon hazijapitishwa haswa kwa sababu ya sababu mbili, kwanza ni ngumu kudhibiti qubits zinazotengenezwa kwenye silicon, na pili, bado haijulikani ikiwa qubits za silicon zinaweza kuongezeka na vile vile zingine. ufumbuzi. Katika maendeleo makubwa Intel hivi karibuni sana maendeleo1 aina mpya ya qubit inayojulikana kama 'spin qubit' ambayo hutolewa kwenye silikoni ya kawaida. Spin qubits hufanana kwa karibu na vifaa vya kielektroniki vya semiconductor na hutoa nguvu zao za quantum kwa kutumia spin ya elektroni moja kwenye kifaa cha silikoni na kudhibiti mwendo kwa mipigo midogo ya microwave. Faida kuu mbili ambazo zilisababisha Intel kuhamia upande huu ni, kwanza Intel kama kampuni tayari imewekeza sana katika tasnia ya silicon na kwa hivyo ina utaalamu sahihi katika silicon. Pili, qubits za silicon ni za manufaa zaidi kwa sababu ni ndogo kuliko qubits za kawaida, na zinatarajiwa kushikilia mshikamano kwa muda mrefu zaidi. Hii ni muhimu sana wakati mifumo ya kompyuta ya quantum inahitaji kuongezwa (kwa mfano kutoka 100-qubit hadi 200-qubit). Intel inajaribu mfano huu na kampuni inatarajia kuwa ikizalisha chipsi zenye maelfu ya safu ndogo za qubit na utayarishaji kama huo ukifanywa kwa wingi unaweza kuwa mzuri sana kwa kuongeza kompyuta nyingi na unaweza kuwa kibadilisha mchezo halisi.
Katika utafiti wa hivi majuzi uliochapishwa katika Bilim, muundo mpya ulioundwa wa fuwele za picha (yaani muundo wa fuwele unaotekelezwa kwenye chip ya picha) umetengenezwa na timu ya Chuo Kikuu cha Maryland, Marekani, ambayo wanadai itafanya kompyuta za quantum kufikiwa zaidi.2. Fotoni hizi ndizo kiwango kidogo zaidi cha mwanga kinachojulikana na fuwele hizi ziliwekwa ndani na mashimo ambayo husababisha mwanga kuingiliana. Mifumo tofauti ya shimo hubadilisha jinsi mwanga unavyopinda na kudunda kupitia fuwele na hapa maelfu ya mashimo ya pembe tatu yalitengenezwa. Matumizi kama haya ya fotoni moja ni muhimu kwa mchakato wa kuunda kompyuta za quantum kwa sababu kompyuta zitakuwa na uwezo wa kuhesabu idadi kubwa na athari za kemikali ambazo kompyuta za sasa haziwezi kufanya. Muundo wa chip huwezesha uhamisho wa fotoni kati ya kompyuta za quantum kutokea bila hasara yoyote. Upotevu huu pia umetazamwa kama changamoto kubwa kwa kompyuta za quantum na kwa hivyo chip hii hushughulikia suala hilo na kuruhusu njia bora ya quantum habari kutoka kwa mfumo mmoja hadi mwingine.
Baadaye
Kompyuta za Quantum zinaahidi kuendesha mahesabu zaidi ya kompyuta kuu yoyote ya kawaida. Wana uwezo wa kuleta mapinduzi katika ugunduzi wa nyenzo mpya kwa kufanya iwezekane kuiga tabia ya maada hadi kiwango cha atomiki. Pia hujenga matumaini ya akili bandia na robotiki kwa kuchakata data haraka na kwa ufanisi zaidi. Kuwasilisha mfumo wa kompyuta wa kiasi unaoweza kutumika kibiashara kunaweza kufanywa na shirika lolote kuu katika miaka ijayo kwa vile utafiti huu bado umekamilika na ni mchezo wa haki kwa wote. Matangazo makuu yanatarajiwa katika miaka mitano hadi saba ijayo na tukizungumza kuhusu mfululizo wa maendeleo yanayofanywa, matatizo ya kihandisi yanapaswa kushughulikiwa na kompyuta ya quantum milioni 1 au zaidi inapaswa kuwa ukweli.
***
{Unaweza kusoma karatasi asili ya utafiti kwa kubofya kiungo cha DOI kilichotolewa hapa chini katika orodha ya (vyanzo) vilivyotajwa}
Chanzo (s)
1. Castelvecchi D. 2018. Silicon inafanikiwa katika mbio za quantum-computing. Asili. 553(7687). https://doi.org/10.1038/d41586-018-00213-3
2. Sabyasachi B. et al. 2018. Kiolesura cha optics cha topological quantum. Sayansi. 359(6376). https://doi.org/10.1126/science.aaq0327
