▷ מהו מעבד קוונטי וכיצד הוא עובד?

יתכן שאתה תוהה מהו מעבד קוונטי ואיך הוא עובד ? במאמר זה נעמיק בעולם הזה וננסה ללמוד עוד על היות המוזרה הזו שאולי יום אחד יהיה חלק ממרכב ה- RGB היפה שלנו, קוונטי כמובן.

מדד התוכן

כמו כל דבר בחיים האלה, אתה מסתגל או מת. וזה בדיוק מה שקורה עם הטכנולוגיה ולא בדיוק בטווח של מיליוני שנים כיצורים חיים, אלא תוך שנים או חודשים. הטכנולוגיה מתקדמת בקצב מסחרר וחברות גדולות כל הזמן מחדשות ברכיבים האלקטרוניים שלהן. יותר כוח ופחות צריכה לשמירה על הסביבה הם הנחות היסוד האופנתיות כיום. הגענו לנקודה בה מזעור המעגלים המשולבים כמעט מגיע לגבול הפיזי. אינטל אומרת שזו תהיה 5 ננומטר, מעבר לכך שלא יהיה חוק חוק מור. אבל נתון אחר צובר כוח וזה מעבד הקוונטים. במהרה אנו מתחילים להסביר את כל היתרונות שלה.

עם יבמ כמבשר, חברות גדולות כמו מיקרוסופט, גוגל, אינטל ונאס"א כבר התגבשו במאבק כדי לראות מי יכול לבנות את מעבד הקוואנטים האמין והחזק ביותר. וזה ללא ספק העתיד הקרוב. אנו רואים על מה מעבד הקוונטים הזה

האם אנו זקוקים למעבד קוונטי

המעבדים הנוכחיים מבוססים על טרנזיסטורים. בעזרת שילוב של טרנזיסטורים, שערי לוגיקה בנויים לעיבוד האותות החשמליים הזורמים דרכם. אם נצטרף לסדרת שערים לוגיים נקבל מעבד.

הבעיה היא אז ביחידה הבסיסית שלה, הטרנזיסטורים. אם אנו ממזערים את אלה, נוכל למקם יותר במקום אחד, לספק כוח עיבוד רב יותר. אך כמובן שיש גבול פיזי לכל זה, כאשר אנו מגיעים לטרנזיסטורים כה קטנים עד שהם בסדר גודל של ננומטר, אנו מוצאים בעיות עבור האלקטרונים המסתובבים בתוכם כדי לעשות זאת נכון. יש אפשרות שאלו יחליקו מהערוץ שלהם, יתנגשו באלמנטים אחרים בתוך הטרנזיסטור ויגרמו לתקלות בשרשרת.

וזו בדיוק הבעיה, שאנחנו כרגע מגיעים לגבול הבטיחות והיציבות לייצור מעבדים באמצעות טרנזיסטורים קלאסיים.

מחשוב קוונטי

הדבר הראשון שעלינו לדעת הוא מהו מחשוב קוונטי, וזה לא קל להסביר. תפיסה זו יוצאת ממה שאנו מכירים כיום כמחשוב קלאסי, המשתמש בסיביות, או במצבים בינאריים של "0" (0.5 וולט) ו- "1" (3 וולט) של דחף חשמלי ליצירת שרשראות לוגיות של מידע מחושב.

גופן Uza.uz

מחשוב קוונטי מצידו משתמש במונח qubit או cubit כדי להתייחס למידע שניתן לבצע. קווביט לא רק מכיל שני מצבים כמו 0 ו -1 אלא שהוא מסוגל להכיל בו זמנית 0 ו 1 או 1 ו 0, כלומר הוא יכול לקבל שני מצבים אלה בו זמנית. זה מרמז שאין לנו אלמנט שלוקח ערכים 1 או 0 נפרדים, אך מכיוון שהוא יכול להכיל את שני המצבים, יש לו אופי מתמשך ובתוכו מצבים מסוימים שיהיו פחות ופחות יציבים.

ככל שמדובר בכמות גדולה יותר כך ניתן יהיה לעבד יותר מידע

בדיוק היכולת לקיים יותר משני מצבים ולהכיל כמה כאלה בו זמנית, טמונה כוחה. יתכן שנוכל לבצע יותר חישובים בו זמנית ובפחות זמן. ככל שמדובר בכמות גדולה יותר כך ניתן לעבד יותר מידע, במובן זה הוא דומה למעבדים מסורתיים.

איך עובד מחשב קוונטי

הפעולה מבוססת על חוקי הקוונטים השולטים בחלקיקים המהווים את מעבד הקוונטים. לכל החלקיקים יש אלקטרונים בנוסף לפרוטונים ונויטרונים. אם ניקח מיקרוסקופ ונראה זרימה של חלקיקי אלקטרונים, נוכל לראות שיש להם התנהגות דומה לזו של גלים. מה שמאפיין גל הוא שמדובר בהעברת אנרגיה ללא הובלת חומר, למשל צליל, הם רעידות שאנחנו לא יכולים לראות, אבל אנחנו יודעים שהם עוברים באוויר עד שהם מגיעים לאוזניים שלנו.

ובכן, אלקטרונים הם חלקיקים המסוגלים להתנהג כחלקיק או כגל וזה מה שגורם לחופפים בין מצבים ו- 0 ו- 1 יכולים להופיע בו זמנית. זה כאילו הצללים של אובייקט הוקרנו, בזווית אחת אנו מוצאים צורה אחת ואחרת אחרת. צירוף השניים מהווה את צורת האובייקט הפיזי.

אז במקום שני ערכים 1 או 0 שאנו מכירים ביטים, המבוססים על מתחים חשמליים, מעבד זה מסוגל לעבוד עם מצבים נוספים הנקראים קוואנטה. קוונטית, בנוסף למדידת הערך המינימלי שעוצמה יכולה לקחת (למשל וולט 1), מסוגל גם למדוד את הווריאציה הקטנה ביותר האפשרית שפרמטר זה יכול לחוות בעת מעבר ממצב אחד למשנהו (למשל, היכולת לבדל את הצורה של אובייקט באמצעות שני צללים סימולטניים).

אנו יכולים להיות 0, 1 ו- 0 ו 1 בו זמנית, כלומר, חתיכות המונחות זו על גבי זו

כדי להיות ברור, אנו יכולים להיות 0, 1 ו- 0 ו 1 בו זמנית, כלומר, חתיכות המונחות זו על גבי זו. ככל שיותר qubits, כך נוכל לקבל יותר ביטים אחד על השני ואז יכולים להיות לנו יותר ערכים בו זמנית. באופן זה, במעבד 3 סיביות נצטרך לבצע משימות שיש להן אחד משמונה הערכים האלה, אך לא יותר מאחת בכל פעם. מצד שני, עבור מעבד בן 3 קילובייט יהיה לנו חלקיק שיכול לקחת שמונה מצבים בכל פעם ואז נוכל לבצע משימות עם שמונה פעולות בו זמנית

כדי לתת לנו מושג, ליחידת המעבדים החזקה ביותר שאי פעם נוצרה יש כיום יכולת של 10 טרה-פלופ או מהי אותן 10 מיליארד פעולות בנקודה צפה בשנייה. מעבד בן 30 קילובייט יוכל לבצע את אותו מספר פעולות. ליבם כבר יש מעבד קוונטי של 50 סיביות ואנחנו עדיין בשלב הניסוי של טכנולוגיה זו. תאר לעצמך כמה רחוק נוכל להגיע, כפי שאתה יכול לראות שהביצועים גבוהים בהרבה מאשר במעבד רגיל. ככל שהקוביציטים של מעבד קוונטי גדלים, הפעולות שהוא יכול לבצע מתרבה בצורה אקספוננציאלית.

איך אתה יכול ליצור מעבד קוונטי

בזכות מכשיר שמסוגל לעבוד עם מצבים רציפים במקום שיש לו רק שתי אפשרויות, ניתן לחשוב מחדש על בעיות שעד כה לא ניתן היה לפתור. או גם לפתור בעיות נוכחיות בצורה מהירה ויעילה יותר. כל האפשרויות הללו נפתחות באמצעות מכונה קוונטית.

כדי "לכמת" את תכונות המולקולות, עלינו להביא אותן לטמפרטורות הקרובות לאפס מוחלט.

בכדי להשיג מצבים אלה, איננו יכולים להשתמש בטרנזיסטורים על בסיס דחפים חשמליים שבסופו של דבר יהיו 1 או 0. לשם כך, נצטרך להסתכל רחוק יותר, במיוחד על חוקים של פיזיקת הקוונטים. עלינו להבטיח שהקיביט הללו, שנוצרים פיזית על ידי חלקיקים ומולקולות, מסוגלים לעשות משהו דומה למה שעושים טרנזיסטורים, כלומר ליצור קשרים ביניהם בצורה מבוקרת, כך שהם יציעו לנו את המידע שאנחנו רוצים.

זה מה שמורכב באמת והנושא שעליו להתגבר במחשוב קוונטי. כדי "לכמת" את תכונות המולקולות המרכיבות את המעבד, עלינו להביא אותן לטמפרטורות הקרובות לאפס מוחלט (-273.15 מעלות צלזיוס). כדי שהמכונה תדע כיצד להבדיל בין מצב אחד למצב אחר, עלינו לעשות אותם שונים, למשל, זרם של 1 וולט ו -2 וולט, אם אנו ממקמים מתח של 1.5 וולט, המכונה לא תדע שהוא כזה או אחר. וזה מה שיש להשיג.

חסרונות של מחשוב קוונטי

החיסרון העיקרי של טכנולוגיה זו הוא בדיוק זה של שליטה במצבים השונים הללו דרכם יכול חומר לעבור. עם מצבים סימולטניים, קשה מאוד לבצע חישובים יציבים באמצעות אלגוריתמים קוונטיים. זה נקרא חוסר עקביות קוונטית, אם כי לא ניכנס לגנים מיותרים. מה שעלינו להבין הוא שככל שיהיו לנו יותר מדינות, וככל שמספר המדינות גדול יותר כך תהיה לנו מהירות רבה יותר, אך גם קשה יותר לשלוט יהיו טעויות בשינויי החומר המתרחשים.

יתר על כן, הנורמות השולטות במצבים קוונטיים אלה של אטומים וחלקיקים אומרות כי לא נוכל לצפות בתהליך החישוב בזמן שהוא מתרחש, שכן אם נתערב בו, המדינות המונחות על עצמן יושמדו לחלוטין.

מצבים קוונטיים הם שבירים ביותר, ועל מחשבים להיות מבודדים לחלוטין תחת ואקום ובטמפרטורות הקרובות לאפס מוחלט כדי להשיג שיעור שגיאה בסדר גודל של 0.1%. יצרני קירור נוזלים מכניסים את הסוללות או שאזלו לנו המחשב הקוונטי לחג המולד. בשל כל אלה, לפחות בטווח הבינוני יהיו מחשבים קוונטיים למשתמשים, יתכן שיש כמה כאלה המופצים ברחבי העולם בתנאים הנדרשים ונוכל לגשת אליהם דרך האינטרנט.

שימושים

בעזרת כוח העיבוד שלהם, מעבדים קוונטיים אלה ישמשו בעיקר לחישוב מדעי ולפתרון בעיות שלא ניתן היה לפתור בעבר. הראשון בתחומי היישום הוא אולי כימיה, בדיוק מכיוון שמעבד הקוונטים הוא יסוד המבוסס על כימיה של חלקיקים. בזכות זה ניתן היה ללמוד את מצבי החומר הקוונטים, כיום בלתי אפשרי לפתור על ידי מחשבים קונבנציונליים.

• אנו ממליצים לקרוא את המעבדים הטובים ביותר בשוק

לאחר מכן יתכנו יישומים לחקר הגנום האנושי, חקירת מחלות וכו '. האפשרויות ענקיות והתביעות אמיתיות, כך שאנו יכולים רק לחכות. אנו נהיה מוכנים לבדיקה של מעבד הקוונטים!