Квантовая механика

Каково ваше самое противоречивое мнение о квантовых вычислениях?

Любит | Нелюбов | Ответы | Вид | 8736


Джордж Гонсалес инженер-программист / EE (2005-настоящее время)   
@ | Обновлено Right Now


Компьютеры - удивительные устройства, не так ли?

Если вы не яростный технофоб, скорее всего, вы используете его, чтобы делать самые разные вещи: выходить в Интернет, делать домашние задания, общаться с друзьями и так далее.

Но легко забыть, что на фундаментальном уровне компьютеры работают через двоичный язык, язык 1 и 0. Все процессы компьютера, как в хранилище, так и в памяти, выполняются с использованием этого языка.


В частности, компьютеры зависят от компонента, называемого транзистором, чтобы сделать это.

Транзистор похож на затвор: он принимает один или несколько «битов» (двоичных цифр) информации и выплевывает только один из них.

Поначалу это может показаться элементарным, но последствия огромны. Именно этот способ обработки информации позволяет нам делать то, что мы можем с компьютерами.

Прямо сейчас, более миллиарда этих парней работают в микропроцессоре моего ноутбука, поэтому я могу написать этот ответ для вас сейчас!


Учитывая, как транзисторы являются неотъемлемой частью компьютерной обработки, имеет смысл, что:

Средний компьютерный ноутбук может вместить около миллиарда транзисторов на своем микропроцессорном корабле. Для сравнения: на самом быстром в мире суперкомпьютере живет более семидесяти трех триллионов таких парней! [1]

Чем больше у вас транзисторов, тем выше ваша вычислительная мощность. Чем меньше вы строите свои транзисторы, тем больше вы можете соответствовать. И получается, что мы хорошо справились с этой последней частью:

Закон Мура

Этот закон, названный в честь инженера Гордона Мура, гласит, что вычислительные возможности компьютеров могут удваиваться каждые два года из-за увеличения числа транзисторов, которые может содержать микрочип.

Таким образом, вы можете технически изменить наше предыдущее утверждение:

Плохой каламбур, я знаю.

Но закон Мура подтвердился.

За последние несколько десятилетий мы стали феноменально лучше создавать меньшие и меньшие транзисторы: в наши дни компании могут массово производить такие, которые имеют ширину всего около четырнадцати нанометров. [2]

Есть только одна проблема: мы можем заниматься этим так долго.

Неизбежно наступит момент, когда законы физики могут помешать нам создать обычные транзисторы меньшего размера.


Это где квантовые вычисления вступают.

Квантовый мир сильно отличается от нашего обычного, «классического». Там законы физики имеют тенденцию становиться ... более странными.

Если вы ранее изучали квантовую теорию, то знаете, что свет проявляет нечто, называемое дуальностью волны-частицы : он может вести себя как частица и волна.

Фактически, идея суперпозиции - существование нескольких состояний одновременно - довольно распространена во всем квантовом мире.

Это может быть немного трудно обернуть голову, учитывая, что это аналогично тому, чтобы сказать, что кошка может быть и мертвой, и живой! [3] Но это просто разные вещи в очень маленьком масштабе.

So what if we could apply quantum theory to computer processing? What if we built transistors so tiny that, instead of behaving in a classical way, they behaved in a quantum way?


In a quantum computer, there would be quantum bits, or “qubits” for short.

Whereas a classical bit can only store a 0 or 1, a qubit could store a zero, one, both zero and one, or an infinite number of values in between.

This means that quantum transistors could do a much, much faster job of processing information compared to conventional ones.

Because of their ability to experience superposition, they would be able to store more information than regular transistors. All in all, a quantum computer would be able to operate far more efficiently and smoothly than a regular one.

Пока что только прототипы для квантового компьютера были реализованы; ничего невозможного для крупных приложений. Тем не менее, потенциал для более быстрых и более производительных машин, безусловно, есть.

И, что удивительно, ответ кроется в очень, очень маленьком.

Сноски

[1] Встречайте новый самый быстрый суперкомпьютер в мире

[2] Электроника вот-вот достигнет своего предела в вычислительной мощности, но есть решение

[3] Кот Шредингера - Википедия

| |



Онлайн-курс
«Машинное обучение для людей»
Один из самых трендовых курсов в сфере Цифровой экономики.