Il computer computing ci aiuta a fare ciò che non vogliamo o non possiamo fare principalmente a causa della complessità, a causa della probabilità di errori involontari e per il tempo. Per esempio, innalzando un numero al 128esimo grado nella mente.
Lo scopo e l'uso di un computer quantistico.
Cos'è un computer quantico?
Il più potente computer quantico (QC) è - o, piuttosto, sarebbe - un meccanismo completamente diverso, diverso da tutto ciò che è stato creato dall'uomo. I server più potenti oggi sembrano solo una piccola parte di ciò che un computer quantico a tutti gli effetti può alla fine fare.
In termini semplici, l'obiettivo della ricerca nel campo dell'informatica quantistica è scoprire i mezzi per accelerare l'esecuzione di istruzioni a onda lunga. Sarebbe sbagliato dire che CC esegue i programmi più velocemente di un PC o di un server x86. Il "programma" per QC è un ordine di codifica completamente diverso che mai esistente per un processore binario. Dopo la nascita dei computer, sono stati eseguiti complessi calcoli fisici, che negli anni '40 hanno aiutato gli Stati Uniti a creare una bomba atomica. Dopo l'invenzione del transistor, le dimensioni di questi sistemi sono state significativamente ridotte. Poi è arrivata l'idea di processori paralleli che lavoravano simultaneamente alle attività.
Il calcolo quantico è solo il prossimo passo. Ci sono molti problemi che i computer moderni richiedono molto tempo per risolvere, per esempio, risolvere un sistema lineare di equazioni, ottimizzare i parametri per i vettori di supporto, trovare il percorso più breve attraverso una sezione arbitraria o cercare la lista non strutturata. Questi sono problemi piuttosto astratti ora, ma se conosci un po 'di algoritmi o di programmazione, puoi vedere quanto può essere utile. Ad esempio, i processori grafici (GPU) sono stati inventati con l'unico scopo di rendere i triangoli e quindi unirli in un mondo a due o tre dimensioni. E ora Nvidia è un'azienda da miliardi di dollari. Esistono tecnologie di calcolo quantistico o alcuni dei suoi derivati storici, che le persone trovano ora utile? In altre parole, cosa fa realmente un quantum ea chi serve direttamente?
A cosa serve un computer quantico?
Navigazione. Questa è una delle principali applicazioni dei computer quantistici. Il sistema GPS non può funzionare in qualsiasi parte del pianeta, specialmente sott'acqua. Il controllo di qualità richiede che gli atomi vengano super raffreddati e sospesi in uno stato che li rende particolarmente sensibili. Nel tentativo di capitalizzare questo, team di scienziati in competizione stanno cercando di sviluppare un tipo di accelerometro quantistico in grado di fornire dati di movimento molto precisi. I contributi più significativi allo sviluppo del settore fanno il laboratorio francese di fotonica e nanoscienza. Un chiaro esempio di ciò è un tentativo di creare un componente ibrido che combina un accelerometro con uno classico e quindi utilizza un filtro passa-alto per sottrarre dati classici dai dati quantistici. Il risultato, se implementato, sarà una bussola estremamente accurata che eliminerà lo spostamento e la deriva del fattore di scala, solitamente associato a componenti giroscopici.
Sismologia. La stessa estrema sensibilità può essere utilizzata per rilevare la presenza di depositi di petrolio e gas, nonché potenziali attività sismiche in luoghi in cui i sensori convenzionali non sono ancora stati utilizzati. Nel luglio 2017, QuantIC ha dimostrato come un gravimetro quantistico rilevi la presenza di oggetti profondamente nascosti misurando le oscillazioni in un campo gravitazionale. Se un tale dispositivo è reso non solo pratico, ma anche portatile, il team ritiene che possa diventare prezioso in un sistema di allerta precoce per la previsione di eventi sismici e tsunami. Pharmaceuticals. In primo piano la ricerca nella lotta contro malattie come il morbo di Alzheimer e la sclerosi multipla; gli scienziati usano un software che simula il comportamento degli anticorpi artificiali a livello molecolare.
Fisica. Questa è in realtà la ragione dell'esistenza stessa del concetto. Durante il suo discorso nel 1981 al professor Caltech, Richard Feynman, padre della quantum electrodynamics (QED), suggerì che l'unico modo per costruire una simulazione di successo del mondo fisico a livello quantistico è una macchina che obbedisce alle leggi della fisica e della meccanica quantistica. Fu durante questo discorso che il professor Feynman spiegò, e il resto del mondo capì che non sarebbe stato sufficiente per un computer generare una tabella delle probabilità e come tirare i dadi. Inoltre, per ottenere risultati che i fisici stessi non chiamerebbero apocrifi, richiederebbe un meccanismo che si comportasse allo stesso modo del comportamento che intendeva imitare.
Apprendimento automatico. La teoria principale dei sostenitori è che tali sistemi possono essere adattati per "studiare" i modelli di stato in enormi onde parallele e non in scansioni successive. La matematica ordinaria può descrivere un insieme di risultati probabili sotto forma di vettori in uno spazio di configurazione selvaggio. Decodifica. Ecco, finalmente, la svolta che ha gettato la prima luce su questi calcoli. Ciò che rende i codici di crittografia così complessi, anche per i moderni computer classici, è che si basano su un numero estremamente elevato di fattori che richiedono una quantità eccessiva di tempo per indovinare il metodo di corrispondenza. Un QC funzionante deve isolare e identificare tali fattori in pochi minuti, il che rende il sistema di codifica RSA effettivamente obsoleto.
Crittografia. Il concetto, chiamato quantum key distribution (QKD), dà la speranza teorica che i tipi di chiavi pubbliche e private che utilizziamo oggi per crittografare i messaggi possano essere sostituiti da chiavi soggette a effetti di entanglement. In teoria, qualsiasi terza parte che ha decifrato la chiave e ha cercato di leggere il messaggio distruggerebbe immediatamente il messaggio per tutti. Certo, questo potrebbe essere sufficiente. Ma la teoria della QKD si basa su un'enorme ipotesi che deve ancora essere sperimentata nel mondo reale: che i valori ottenuti con l'aiuto di qubit entangled sono essi stessi aggrovigliati e soggetti ad effetti ovunque vadano.
Qual è la differenza tra un computer quantico e uno ordinario?
Un computer classico esegue calcoli usando bit che sono 0 ("off") e 1 ("on"). Usa i transistor per elaborare le informazioni sotto forma di sequenze di zeri e dei cosiddetti linguaggi binari del computer. Più transistor, più opzioni di elaborazione: questa è la differenza principale. Il controllo di qualità utilizza le leggi della meccanica quantistica. Proprio come un computer classico che usa zeri e uno. Questi stati possono essere raggiunti in particelle a causa del loro momento angolare interno, chiamato spin. Due stati 0 e 1 possono essere rappresentati nelle particelle posteriori. Ad esempio, una rotazione in senso orario rappresenta 1 e una in senso antiorario rappresenta 0. Il vantaggio dell'utilizzo di QC è che una particella può trovarsi in più stati contemporaneamente. Questo fenomeno è chiamato sovrapposizione. A causa di questo fenomeno, QC può raggiungere simultaneamente lo stato 0 e 1. Quindi, in un computer classico, l'informazione è espressa in termini di un numero 0 o 1. QC usa uscite che sono descritte come 0 e 1 allo stesso tempo, il che conferisce maggiore potenza computazionale.
Come fa un computer quantico
Il calcolo quantico sta calcolando utilizzando fenomeni meccanici quantistici come la sovrapposizione e l'entanglement. QC è un dispositivo che esegue il calcolo quantico e si compone di microprocessori. Un simile computer è completamente diverso dai computer elettronici digitali binari basati su transistor e condensatori. Mentre i calcoli digitali convenzionali richiedono che i dati siano codificati in cifre binarie (bit), ognuno dei quali è sempre in uno dei due stati specifici (0 o 1), il calcolo quantistico utilizza bit o qubit che possono essere in una sovrapposizione. Il dispositivo della macchina di Turing quantistico è un modello teorico di tale computer ed è anche noto come QC universale. L'area dell'informatica quantistica è stata avviata dalle opere di Paul Benioff e Yuri Manin nel 1980, Richard Feynman nel 1982 e David Deutsch nel 1985.
Il principio del computer quantistico
Dal 2018, il principio di funzionamento dei computer quantistici è ancora agli inizi, ma sono stati condotti esperimenti in cui le operazioni di computazione quantistica sono state eseguite con un numero molto piccolo di bit quantici. La ricerca pratica e teorica è in corso e molti governi nazionali e agenzie militari stanno finanziando la ricerca sull'informatica quantistica in ulteriori sforzi per sviluppare computer quantistici per scopi civili, commerciali, commerciali, ambientali e di sicurezza nazionale, come la crittanalisi. I computer quantistici su vasta scala teoricamente potrebbero lavorare per risolvere alcuni problemi molto più velocemente di qualsiasi computer classico che utilizza fino ad oggi anche i migliori algoritmi, come la fattorizzazione di interi utilizzando l'algoritmo di Shore (che è un algoritmo quantistico) e la modellizzazione dell'insieme di corpi del sistema.
Esistono azioni quantistiche, come l'algoritmo Simon, che funzionano più velocemente di qualsiasi possibile algoritmo probabilistico classico. Un computer classico può in teoria (con risorse esponenziali) modellare un algoritmo quantistico, poiché il calcolo quantistico non viola la tesi di Church-Turing. D'altra parte, i computer quantistici possono essere in grado di risolvere efficacemente problemi che non sono praticamente possibili sui computer classici.