[dropcap] W [/ dropcap] Все очень хорошо знают, что нелегко точно определить во времени тот момент, когда квантовые вычисления начали создавать шум, выходящий за рамки академической и исследовательской областей. Возможно, наиболее разумным было бы признать, что об этой разработке стало известно широкой публике. около двух десятилетий назад, в период, когда классические компьютеры испытали очень заметную разработка.
Нелегко точно определить во времени тот момент, когда квантовые вычисления начали создавать шум за пределами академических и исследовательских областей. Возможно, наиболее разумным было бы признать, что об этой разработке стало известно широкой публике. около двух десятилетий назад, в период, когда классические компьютеры испытали очень заметную разработка.
Но есть ученые, которые с определенной силой отстаивают, что квантовые вычисления, к которым мы стремимся, невозможны, например Гил Калаи, израильский математик, преподающий в Йельском университете, правда в том, что он очень продвинулся за последние годы.
Читайте также: Как защитить свой компьютер от похитителей личных данных
Со стороны это может показаться «вечным обетованием», но достижения, которые мы наблюдаем, такие как создание первого 50-битного функционального прототипа, над которым работает IBM, приглашаем нас быть честными положительный. Да, задачи, стоящие перед математиками, физиками и инженерами, почти велики, но это делает эту разработку еще более захватывающей.
Квантовые вычисления считаются сложными и, следовательно, трудными для понимания, и это правда, что если мы углубимся в них, квантовые вычисления станут очень сложными. Причина в том, что его основы основаны на принципах квантовой физики, которые отнюдь не являются естественными, поскольку их эффекты нельзя наблюдать в макроскопическом мире, в котором мы живем.
Первое понятие, которое мы хотим знать, - это куб или кубит, что является не чем иным, как сокращением слов. И чтобы понять, что такое кубит, нам полезно предварительно рассмотреть, что такое бит в классических вычислениях.
В компьютерах, которые мы сейчас используем, бит - это минимальная единица информации. Каждый из них может принимать в любой момент времени одно из двух возможных значений: 0 или 1. Но с одним битом мы почти ничего не можем сделать, поэтому необходимо сгруппировать их в наборы по 8 бит, известные как байты или октеты. С другой стороны, байты могут быть сгруппированы в «слова», длина которых может составлять 8 бит (1 байт), 16 бит (2 байта), 32 бита (4 байта) и так далее.
Если мы проведем простой расчет, о котором я только что говорил, мы проверим, что с набором из двух битов мы можем закодировать четыре разных значения (2 2 = 4), которые будут 00, 01, 10 и 11. С тремя битами наши варианты увеличиваются до восьми возможных значений (2 3 = 8). С четырьмя битами мы получим шестнадцать значений (2 4 = 16) и так далее.
Конечно, набор битов может принимать только одно значение или внутреннее состояние в данный момент времени. Это абсолютно разумное ограничение, которое, кажется, имеет четкое отражение в мире, который мы наблюдаем, поскольку вещь не может иметь оба свойства одновременно.
Любопытно, что этого очевидного и основного принципа нет в квантовых вычислениях и кубитах, которые минимальная единица информации в этой дисциплине, в отличие от битов, не имеющих единственного значения при заданном время; то, что у них есть, - это комбинация состояний нуля и единицы одновременно.
По сути, физика, объясняющая, как кодируется квантовое состояние кубита, сложна. Нет необходимости углубляться в эту часть, чтобы продолжить статью, но интересно, что мы знаем, что квантовое состояние связано с характеристики, такие как спин электрона, который является важным свойством элементарных частиц, так же как электрический заряд, производный от его момента угловое вращение.
Эти идеи не интуитивны, но они берут начало в одном из фундаментальных принципов квантовой механики, известном как принцип суперпозиции состояний. И это важно, потому что во многом объясняет огромный потенциал квантовых процессоров.
В классическом компьютере количество информации, которую мы можем закодировать в определенном состоянии, используя N битов, размер которой равен N, но в квантовый процессор из N кубитов, конкретное состояние машины представляет собой комбинацию всех возможных наборов из N кубитов и нули.
Каждая из этих возможных коллекций имеет вероятность, которая каким-то образом указывает, какая часть этой конкретной коллекции находится во внутреннем состоянии машина, которая определяется комбинацией всех возможных коллекций в определенной пропорции, обозначенной вероятностью каждого из их.
Как видите, эта идея несколько сложна, но мы можем понять ее, если примем принцип квантовой суперпозиции и возможность того, что состояние объекта является результатом одновременного появления нескольких вариантов с разными вероятность.
Очень важным следствием этого свойства квантовых компьютеров является то, что объем информации, содержащий конкретное состояние машины, имеет размер 2 n, а не n, как в классических компьютерах. Это существенное различие объясняет потенциал квантовых вычислений, но оно также может помочь нам понять их сложность.
Если в классическом компьютере мы перейдем от работы с n битами к работе с n + 1 битами, мы увеличим информацию, которая хранит внутреннее состояние машины, в один бит. Однако если в квантовом компьютере мы перейдем от работы с n кубитами к работе с n + 1 кубитом, мы будем дублирование информации, хранящей внутреннее состояние машины, которое будет изменяться от 2 n до 2 n + 1. Это просто означает, что увеличение емкости классического компьютера по мере того, как мы вводим больше битов является линейным, тогда как в случае квантового компьютера с увеличением числа кубитов экспоненциально.
Мы уже знаем, что бит и кубит - это минимальные единицы информации, которые обрабатывают классические и квантовые компьютеры. Элементами, которые позволяют нам работать с битами в классических компьютерах, являются логические вентили, которые реализуют логические операции булевой алгебры.
Последняя представляет собой алгебраическую структуру, предназначенную для работы с выражениями логики высказываний, которые имеют особенность, заключающуюся в том, что они могут принимать только одно из двух возможных значений: истинное или истинное. false, следовательно, эта алгебра также идеально подходит для выполнения операций в цифровых двоичных системах, которые, следовательно, также могут быть приняты в данный момент времени только одним из двух возможных значений «0 или 1”.
Логическая операция И реализует произведение, операцию ИЛИ, сумму и операцию НЕ. инвертировать результат двух других, с которыми он может быть объединен для реализации NAND и NOR операции.
Они, вместе с операцией исключительного сложения (XOR) и его отрицания (XNOR), являются основными логическими операциями, с которыми компьютеры, которые мы все используем в настоящее время, работают на низком уровне. И с ними они могут решать все задачи, которые мы выполняем.
Мы можем путешествовать по Интернету, писать тексты, слушать музыку и играть в игры, а также многое другое. приложений, благодаря тому, что микропроцессор нашего компьютера способен выполнять эти логические операции. Каждый из них позволяет нам изменять внутреннее состояние ЦП, чтобы мы могли определить алгоритм как последовательность логических операции, которые изменяют внутреннее состояние процессора до тех пор, пока оно не достигнет значения, предлагаемого решением для данного проблема.
Квантовый компьютер будет полезен только в том случае, если он позволяет нам выполнять операции с кубитами, которые, как мы видели, являются единицами информации, с которыми он обрабатывает. Наша цель - использовать их для решения проблем, и процедура ее достижения, по сути, такая же, как мы описали, когда говорили о обычных компьютеров, только в этом случае логическими вентилями будут квантовые логические вентили, предназначенные для выполнения квантовых логических операции.
Более того, все мы знаем, что логические операции, выполняемые микропроцессорами классических компьютеров, - это И, ИЛИ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, NOT, NAND, NOR и XNOR, и с ними они могут выполнять все задачи, которые мы делаем с компьютером в настоящее время, как мы сказали. ранее.
Читайте также: Как восстановить удаленные файлы с вашего компьютера
Хотя квантовые компьютеры не сильно отличаются, но вместо использования этих логических вентилей они используют квантовую логику. ворота, которые нам удалось реализовать на данный момент, среди которых CNOT, Pauli, Hadamard, Toffoli или SWAP.
так что ты думаешь об этом? Просто поделитесь всеми своими взглядами и мыслями в разделе комментариев ниже. И если вам понравился этот пост, просто не забудьте поделиться им со своими друзьями и семьей.