Quantum Computing: það er brjálað

(alveg óviðeigandi mynd sem lítur flott út til að vekja athygli)

Við höfum verið að heyra um skammtafræðslu í nokkuð langan tíma núna, en hvað er efnið allt. Magnatölvur eru miklu hraðar en klassískar tölvur (tækið sem þú ert að nota til að lesa þessa færslu) svo ætla þær að gera núverandi tölvur okkar úreltar?

Nei, ég held ekki. Quantum örgjörva myndi þróast til að vera eins konar samvinnsluaðili sem mun búa við hliðina á venjulegum örgjörva til að aðstoða hann í verkefnum sem nýta sér skammtaaðlögun. Svo skulum við komast að málinu hér, svo skammtatölvur eru ekki hraðari en klassískar tölvur í öllum tilvikum? Nei það eru þeir ekki.

Svo hvað er skammtaaðlögun og hvernig getur skammtatölva nýtt sér það. Til að vita hvernig skammtatölva nýtir skammtaaðlögunina verðum við fyrst að vita hvernig klassísk tölva leysir vandamál.

Segjum sem svo að við höfum völundarhús eins og þetta

(völundarhús)

Hvernig tekst klassísk tölva að takast á við þessa lausn (einfaldað)

  • Veldu upphafsleið
  • Reyndu að fara til vinstri, hægri eða áfram (ekki afturábak)
  • Athugaðu hvort þú ert fyrir utan völundarhús
  • Ef þú ert ekki utan skaltu endurtaka skref 1
  • Ef eina leiðin til að hreyfa þig aftur á bak er þú föst.
  • Merktu leiðina sem ógilda og endurtaktu skrefin frá upphafi en forðastu skrefin sem leiða til ógildra leiða.
  • Að lokum munum við velja rétta leið með því að skjóta leið okkar í gegnum hverja og eina lausn

Þetta er mjög tímafrekt. Ein leið til að festa þetta ferli er með því að nota margar CPU algerlega til að athuga samtímis margar leiðir á sama tíma og leyfa línulega stærðargráðu sem er í réttu hlutfalli við fjölda CPU algerlega. En hámarkshraðinn sem þú getur haft er háð því hversu mikið af CPU algerlega er þú hefur sem hafa tilhneigingu til að vera í kringum 4–16 í flestum tilvikum.

Þú getur prófað að nota GPU sem er með 1000–4000 kjarna til að athuga 4000 leiðir samtímis til að ná miklu betri hraðakstri. En hvað ef þú ert með milljón mögulegar leiðir verður það mjög erfitt fyrir venjulega örgjörva að leysa völundarhús þar sem það fer eftir fjöldi kjarna fyrir hraðakstur. Svo hvernig mun skammtavinnslumaður leysa völundarhús?

Það er mjög einfalt að skammtavinnsluaðili takmarkast ekki við fjölda algera, það getur nýtt sér skammtaaðlögun til að athuga hverja leið í einu. Það hljómar brjálað. Hvernig gerir skammtatölva þetta, hvernig getur hún athugað margar leiðir á sömu leið tíma? Það gerir þetta með því að nýta sér ofurstillingu.

Kúbít: skammtaígildi reglulegra bita

Venjulegar tölvur gera útreikninga með því að nota bita sem geta geymt tvö einstök ríki annað hvort 0 eða 1, en skammtatölvur nota qubits sem geta verið 0 og 1 á sama tíma, ha?

Klassískur hluti vs Qubit

Flest okkar gætu hafa lært að mjög litlar einingar efnis (rafeind) sýna eiginleika beggja veifa efnis, sem eru tvö aðskilin ríki. Jæja, þeir sýna eiginleika bylgju og efnis samtímis, þannig að þeir eru bókstaflega til í 2 aðskildum ríkjum á sama tíma. Skammta hluti notar einnig ofurfellingu og getur verið 1,0 og ofurflagning 1 og 0.

Í klassískum bitum gefur háspenna til kynna 1 og lágspenna bendir á núll sem gerir kleift að mæla sérstök ríki. Í qubits hvernig getum við mælt ofurstæðisástandið?

Ofurstaða: „svo að þú ert dáinn og lifandi á sama tíma?“

Jæja ofurstilling er ástand fyrir mælingu og það er engin betri leið til að útskýra það en með því að nota „einfaldaða“ útgáfu af hugsunartilraun Schroedinger. Krókari læsti köttinn sinn í málmkassa með geislavirku atómi .Nú eru 50–50 líkur að atómið gæti farið í geislavirka sundrun og kötturinn deyr í kjölfar geislaeitrunar eða atómið gengst ekki fyrir sundrun og kötturinn lifir til að segja söguna. Við getum aðeins vitað hvort kötturinn er dauður eða lifandi þegar við opnum kassann en þar er jafnar líkur á því að kötturinn sé dauður eða á lífi þegar kassinn er ekki opnaður, við segjum að kötturinn sé bæði dauður og á lífi (ofurstilling) þegar kassinn er ekki opnaður og umbreytist í annað hvort látinn eða lifandi þegar þú opnar kassann , það er að ef þú opnar kassann og fannst köttinn látinn, þá var hann ekki dauður áður en dó, um leið og þú opnaðir kassann til að mæla niðurstöðu tilraunarinnar. Í meginatriðum drapst þú köttinn þegar þú opnaðir kassann :(. Láttu spóla til baka og hugsa um það sem gerðist hérna.

Qubits nýta sér ofurálagsástand til að ná fram samsöfnun skammta. Annað dæmi sem mun hjálpa til við að átta sig á hugtakinu er tilraun til myntsendinga. Gerum ráð fyrir að þú verðir að henda mynt, möguleg útkoma er annað hvort höfuð eða hali (0 og 1), þegar þú kastað myntunni það eru jafnar líkur á því að lokaástandið geti annað hvort verið höfuð eða hali sem leiði til ofurstillingar á ástandi. Þegar myntin lendir loksins í hendinni á því augnabliki neyðum við peninginn úr ofurstæðisástandi til sérstaks einn (annað hvort höfuð eða hali). Þegar þú færð höfuð í þennan heim er til samhliða heimur þar sem útkoma myntsins var hali. Kvantatölva getur notað þetta samhliða heimshugtak til að reikna öll möguleg niðurstaða í einni útreikningi. Þetta er hvernig við notaðu skammtaaðlögun til að leysa vandamál. Það er ef klassísk tölva getur notað einn bita til að tákna eitt ríki. . . . . . (0 eða 1) á tímum getur kvóti táknað 2 ríki (bæði 0 og 1). Hvernig skammtatölvu mælikvarði með fjölda kvóta er nokkuð heillandi. Ef það eru 3 klassískir bitar eru notaðir til að tákna nei, þeir geta aðeins táknað eitt ástand td (000,001,010,111) osfrv tíma en 3 qubit geta táknað 8 af öll möguleg ríki samtímis með ofurlögn (qqq þar sem hver q getur verið annaðhvort 0 eða 1) svo hvað tekur klassíska tölvu 8 útreikninga tekur aðeins 1 útreikning á qubit. Þegar fjöldi kvbita eykur gögnin sem skammtatölva eykur veldishraða sem 2 ^ n þar sem n er fjöldi qubits.svo sem hver Qubit eykur getu skammtatölvu til að vinna úr gögnum tvöfaldast, við erum núna að sjá aukningu um 10–12 Qubit á hverju ári sem þýðir að hraðakstur á stærð 1024 -4096 en skammtatölva sem var framleidd árið á undan, sem er svakaleg miðað við hámarkshraðaaukningu sem spáð er lögum samkvæmt moore fyrir örgjörva.

Skammtaflækjur: „kraftur kærleikans er hraðari en ljós“

Annað fyrirbæri sem við notum við skammtatölvur er flækjur. Ef við tökum 2 rafeindir og flækjum þær saman eru þær samtengdar ef við reynum að gera breytingu á einni hefði það strax áhrif á hina rafeindina. Segjum sem svo að við tökum 2 rafeindir og fléttum saman með því að nota cnot hliðið og við setjum þær í stöðu ofurstæðis og tökum þær að endum alheimsins. Nú hafa báðar rafeindirnar sömu líkur á því að vera í réttsælis eða rangsælis snúningi. Þegar við mælum rafeind og finnum snúning hans, þessi aðgerð á því að breyta snúningi hinnar flækju rafeindarinnar samstundis í gagnstæða átt. Þessi tafarlausa aðgerð er hraðari en ljóshraði, en Einstein spáði því að ekkert geti ferðast hraðar en ljós.Svo hann kallaði þessa ógnvekjandi aðgerð í fjarlægð.

(spooky örugglega)

Svo þú gætir verið að hugsa „þessi skammtölvutækni virðist svo framúrstefnuleg að það er engin leið að ég myndi geta notað skammtatölvu hvenær sem er á þessum áratug“ nei þú hefur rangt fyrir þér að þú getir notað skammtatölvu núna .IBM veitir að þú ert raunverulegur skammtafræði tölva til að fikta í með 5 pund eins og nú

Raunveruleg notkun skammtatölva er í próteinsuppgerð og dulkóðun fyrir sprungur. Lykillinn að dulkóðuninni er að frumþættir mjög mikils fjölda eru nánast óleysanlegir þú getur búið til töluna úr frumstuðlinum með því að margfalda þá en þú getur ekki búið til frumstuðina Aftur úr tölunni auðveldlega. Tilraunir til að leysa þetta var með því að brjótast út fyrir allar mögulegar samsetningar eitt af öðru sem getur tekið lengri tíma en aldur alheimsins. En tilkoma skammtatölva myndi breyta leiknum, skammtatölvur geta farið í gegnum allar lausnir í einu með því að nota skammtaaðlögun sem gerir alla nútíma dulkóðun ónýta. En ekki hafa áhyggjur eftir komu skammtölva þar myndi dulmál sem kallast post-skammtafræði dulritunar sem er nánast órjúfanlegt jafnvel að skammtatölvum.

Ný forrit á skammtatölvum finnast á hverjum degi þar sem IBM spáir því að skammtatölvur myndu fara almennar innan 5 ára og það virðist enginn betri tími til að komast í skammtafræðitölvu en nú. Svo frekar en að bíða eftir skammtafræðisniði Macbook að koma prófa það á IBM Q reynsla