Quantum Computing: Kahulugan, Mga Bentahe at Higit Pa

Kabuuan computing ay ang aplikasyon ng quantum-mechanical na mga prinsipyo sa pagsasagawa ng mga pagtutuos. Ang mga pangunahing phenomena na ginagamit dito ay gusot at superposisyon.

Bagama't medyo bagong buzzword ang quantum computing, mas matagal nang umiral ang quantum mechanics. Ito ay responsable para sa mga pangunahing pag-unlad sa industriya ng electronics at nag-aalok din ng mga sagot sa marami sa mga misteryo ng sangkatauhan.

Ang quantum mechanics ay nakatuon sa kung paano gumagana ang mga atom at sub-atomic na particle, habang ang salitang quantum ay tumutukoy sa pinakamaliit na particle na maaaring gamitin ng isa. Iyon ang pinakapangunahing bloke ng gusali ng anumang pisikal na bagay.

Mula sa Max Planck hanggang kay Albert Einstein, Neils Bohr, at Erwin Schrödinger, maraming mahuhusay na siyentipiko ang nasangkot sa pagbuo ng quantum mechanics at ang pagtatapos nito sa lahi ng quantum computing - isa sa mga pinakadakilang karera ng teknolohiya sa ating panahon.

Dadalhin ka ng post na ito sa mahiwagang mundo ng quantum phenomena, ipinapakita sa iyo kung paano gumawa ng computer mula rito, at ginalugad ang mga nauugnay na larangan nito.

Nakakatakot na Aksyon sa Malayo

Ang quantum phenomena ay sumasalungat sa kumbensyonal na pag-unawa at gumagana sa ganap na naiibang mga termino mula sa klasikal na pisika. Kaya, noong 1930s, ginamit ni Einstein ang mga salitang "nakapangingilabot na aksyon sa malayo" upang ilarawan ang mga phenomena ng quantum entanglement at kung paano ito hindi umaangkop sa conventional science.

Ang quantum entanglement ay hindi na bago. Kung lumikha ka ng dalawang mga particle sa parehong lugar at instant, pagkatapos ay magiging gusot sila. Ibig sabihin, anuman ang mangyari sa isa, nakakaapekto sa isa pa.

Ito ay tulad ng umibig at tumatawag sa tuwing naiisip mo ang iyong kasintahan. O tumawag at marinig ang "tatawagan lang sana kita". Ang magkatulad na kambal ay kilala rin na magkasakit nang sabay.

Ang pinaka-nakakatakot na bahagi ng quantum entanglement ay na maaari mong kunin ang isa sa mga particle na nakasalikop sa malayo. At anumang mga kundisyon na iyong isasailalim dito ay makakaapekto kaagad sa pangalawang particle, kahit na mula sa kalahating kalawakan ang layo.

Ginagamit ng mga quantum computer ang property na ito upang mag-imbak ng malaking halaga ng impormasyon sa maraming particle nang sabay-sabay. Ang mga particle na ito ay tinatawag na qubits o quantum-bits, ngunit una, tingnan ang pangalawang quantum-mechanical phenomenon.

Erwin Schrödinger at ang Kanyang Pusa

Ang isa pang maagang quantum researcher ay ang Austrian physicist na si Erwin Schrödinger, na, tulad ni Albert Einstein, ay pantay na natagpuan ang mga bahagi ng quantum phenomena na katawa-tawa. Kaya, nakaisip siya ng sikat na ngayon na eksperimento sa pag-iisip na tinatawag na "Schrödinger's cat" upang mailarawan ang kabalintunaan ng quantum superposition.

Ang eksperimento na ito ay nagsasaad na kung maglagay ka ng pusa at isang bagay na maaaring pumatay sa pusa sa isang kahon at tinatakan ito. Hindi mo malalaman kung ang pusa ay patay o buhay hanggang sa binuksan mo ang kahon. Kaya, lohikal, ang pusa ay parehong patay at buhay hanggang sa buksan mo ang kahon.

Ang superposition ay ang pangalawang phenomenon na ginagawang posible ang quantum computing. Kung saan gumagana ang mga classical na computer gamit ang mga piraso ng impormasyon na maaaring kumatawan sa 1 o 0 sa anumang oras, gumagana ang mga quantum computer sa mga qubit (quantum bits) na maaaring kumatawan sa parehong 0 at 1 sa parehong oras, tulad ng pusa na parehong patay at buhay.

Narito ang isang mas malapit na pagtingin sa mga qubit.

Ang Bit vs Ang Qubit

Ang qubit ay kung bakit posible ang quantum computing. Tinutukoy din bilang quantum bit o qbit, ang qubit ay ang pinakamaliit na yunit ng enerhiya na maaari mong manipulahin upang i-save at makuha ang impormasyon mula sa.

Ang isang regular na bit ng computer ay maaari lamang maging 0 o 1 sa anumang oras. Habang ang isang quantum bit ay maaaring pareho sa parehong oras. Dalawang regular na bit, samakatuwid, ay maaaring humawak ng 00, 01, 10, at 11 sa anumang oras. Ngunit ang dalawang quantum bit ay maaaring humawak sa lahat ng apat na estado sa parehong oras. Nangangahulugan ito ng 4x na mas mabilis na mga ikot ng pagkalkula.

Sa 3 regular na bits, maaari kang makakuha ng 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, at 111 sa anumang oras. Ngunit 3 qubits ang hahawak sa lahat ng walong estado nang sabay-sabay, na magbibigay sa iyo ng 8x na mas mabilis na pag-compute cycle. Tulad ng nakikita mo, ang ugnayang ito ay exponential, pagkatapos ang bawat karagdagang bit ay nagdodoble sa dami ng magagamit na impormasyon.

Kaya, sa 5 qubits, tumitingin ka sa 32 sabay-sabay na estado, na may 10 qubits ito ay higit sa 1,000 estado, at sa 20 qubits, higit sa isang milyon. Ngayon, isaalang-alang kung gaano karaming mga estado ang 1,000-qubit na quantum computer na ang IBM at Google ay umuunlad ay maaaring magkasabay.

Maaari kang gumawa ng mga qubit mula sa photons, mga electron, atomic nuclei, Kabuuang tuldok, mga superconductor, at iba pang mga pagpapatupad. Ang layunin ay upang lumikha ng isang matatag na koleksyon ng mga quantum bits ng enerhiya na maaari mong maginhawang itakda at sukatin sa kalooban.

Mga Bentahe ng Quantum Computing

Ang pangunahing bentahe ng quantum computing ay ang mga agarang resulta mula sa mga kumplikadong problema. Pangunahin ito sa mga sitwasyon kung saan kailangan mong piliin ang tamang sagot mula sa maraming mga posibilidad. At ginagawa nitong mahusay ang mga ito para sa number factoring, malakihang simulation, at pattern recognition sa artificial intelligence.

Ang karaniwang diskarte para sa mga klasikal na computer ay upang siyasatin ang bawat posibilidad hanggang sa makita mo ang iyong hinahanap. Kadalasang tinatawag na karayom ​​sa paghahanap ng haystack, ang tagal ng oras na aabutin ng operasyong ito ay depende sa kung gaano karaming hay o mga tala ang kailangan mong salain. At kung gaano kabilis ang iyong makina.

Pinapadali ng mga supercomputer ang mga ganitong problema sa pamamagitan ng pagtaas ng bilis ng pagsuri sa bawat posibilidad. Ang mga Quantum computer, sa kabilang banda, ay maaaring makabuo ng lahat ng mga posibilidad nang sabay-sabay, kung sapat na mga qubit ang magagamit. Iyon ang dahilan kung bakit maaari silang mag-compute ng mga problema sa ilang oras na ang mga ordinaryong computer ay aabutin ng daan-daang hanggang libu-libong taon upang ma-compute.

Mga Problema at Limitasyon sa Quantum Computing

Bagama't madali mong masusukat ang mga bit sa isang klasikal na computer, ang pagsukat ng isang qubit ay sumisira sa estado nito at sa mga gusot na qubit nito.

Gayundin, ang mga klasikal na bit ay ginawa mula sa isang malawak na hanay ng mga semiconductor na materyales na kailangan lang magkaroon ng charge (1) o hindi (0). Gayunpaman, ang mga Qubit ay mas kumplikado at mahirap ipatupad. At bilang karagdagan sa spatially na paghihiwalay ng isang qubit, kailangan mong protektahan ito mula sa panghihimasok sa kapaligiran, tulad ng temperatura at electrostatic fluctuations. Dahil ang mga maliliit na pagbabago sa kapaligiran ay makakasira din sa mga estadong ito.

Ang pagkawala ng gusot o balanse ng sistema ay tinatawag na quantum decoherence at ito ang pangunahing problema na sinusubukang lutasin ng karamihan sa mga mananaliksik. Napakalubha nito na ang paparating na 1,000-qubit machine ng Google ay mangangailangan ng hanggang 1,000 qubits para sa pagwawasto ng error ng bawat qubit. Kaya ginagawa itong isang 1-million qubits machine.

Nangangahulugan din ito na hindi mo kayang pangasiwaan sa kasalukuyan ang isang quantum computer gaya ng gagawin mo sa isang laptop o smartphone. Ang computer ay nangangailangan ng mga kondisyon sa laboratoryo upang mapanatili ang isang ligtas na antas ng katatagan para sa mga qubit nito.

Ang isa pang disbentaha ay ang limitadong saklaw ng tinatawag na quantum supremacy, dahil hindi lahat ng problema sa computing ay nagsasangkot ng malalaking volume ng mga numero o posibilidad. Kaya, ang pagpapalakas ng computational sa karamihan ng iba pang mga operasyon ay masyadong maliit upang bigyang-katwiran ang isang diskarte sa quantum-computing. At maliban na lang kung ang mga quantum computer ay mas mura kaysa sa mga classical na computer, hindi rin nila ito papalitan anumang oras sa lalong madaling panahon.

Sa kabila ng lahat ng mga pagkukulang na ito, ang mga quantum computer at ang kanilang mga qubit ay mayroong maraming potensyal sa industriya ng kompyuter dahil sa malaking bilang na maaari nilang hawakan nang madali.

May mga Panganib ba sa Quantum Computing?

Oo. Alam ng bawat magaling na hacker na ang bawat teknolohiya ay may butas. Kailangan mo lang itong hanapin. Kaya, anuman ang aktwal na pagpapatupad ng mga quantum computer sa hinaharap, magkakaroon pa rin ng mga isyu sa teknolohiya. At handang pakinabangan ng mga artista ang mga ito.

Ang sitwasyong ito ay tumutukoy sa mga paggamit tulad ng pagbabangko, pananalapi, pamahalaan, at mga katulad na pampublikong aktibidad. Ang pangalawang senaryo ay kapag ang isang malisyosong aktor ay gumagamit ng kamangha-manghang kapangyarihan ng isang mahusay na quantum computer upang makagawa ng isang gawa. At gaya ng dati, malalaman lamang ng mga tao ang ganoong posibilidad pagkatapos magawa ang gawa.

Ang quantum computing ay mahusay sa mga numero. Kaya, hindi ligtas ang mga asymmetric encryption algorithm na gumagamit ng factorization, gaya ng public-key RSA. Ang pag-hash at simetriko na cryptography, tulad ng AES-256 at 512, pati na rin ang SHA-256 at 512, sa kabilang banda, ay medyo ligtas.

Iba pang mga Aplikasyon ng Quantum Mechanics

Kahit gaano kapana-panabik ang mundo ng quantum computing, bahagi pa rin ito ng quantum mechanics. Kaya, sa madaling salita, nagsisimula pa lang ang quantum party.

Ang quantum mechanics ay naging instrumental sa semiconductor at modernong electronics development. Nagpapatuloy din ang trabaho para sa quantum networking at cryptography, gaya ng Swiss-based quantum-cryptography pioneer ID Quantique. Dagdag pa, ang mga quantum phenomena ay nagpakita ng pangako sa maraming larangan ng pananaliksik, kabilang ang photosynthesis, mga receptor ng amoy, at maging ang ating pag-unawa sa oras.

Mga Real-World Quantum Computer

Mayroong maraming mga quantum computer at katulad na mga application out doon. Nagmula sila sa malalaking multinasyunal tulad ng Google at IBM, pati na rin sa mga pamahalaan, at kahit na mas maliliit na manlalaro tulad ng Rigetti.

Ang Quantum computing ay kasalukuyang isa sa pinakamainit na lugar ng pananaliksik sa planeta. Kaya marahil mayroong higit pang mga lihim na programa doon kaysa sa maiisip mo. Nasa ibaba ang ilang pangunahing proyekto:

• Ang Google ay nagmamay-ari ng 54-qubit at 72-qubit machine
• Ang IBM ay nagmamay-ari ng higit sa 30 makina na nakakalat sa buong mundo, kabilang ang 65-qubit Manhattan
• Ang China ay tahanan ng maraming mga quantum computer, kabilang ang isang 76-qubit machine at kahit na quantum satellite communication.
• Ang 54-qubit Sycamore-powered machine ng Google ay gumugol lamang ng 200 segundo upang kalkulahin kung ano ang kakailanganin ng mga supercomputer ng 10,000 taon upang makalkula.
• Bumubuo ang IBM ng 1,000-qubit machine sa 2023
• Ang Rigetti Computing ay nagmamay-ari ng apat, kabilang ang isang 31-qubit machine
• Gumagawa ang Google ng bagong quantum center para lumikha ng 1,000-qubit na computer sa 2029. Ang pag-factor ng error correction, ang kabuuang qubit ng computer na iyon ay maaaring umabot sa 1 milyon.

Konklusyon

Narito ang mga quantum computer upang manatili. Dahil lilikha sila ng maraming pagkakataon at malulutas ang mga problema sa totoong mundo na pinaghirapan ng mga klasikal na computer sa loob ng ilang dekada.

Gayunpaman, marami pa ring gawaing dapat gawin at mga hamon na dapat lagpasan bago tayo makarating doon. At hanggang doon, maaaring sorpresahin lang ng China ang mundo.