Quantencomputing erklärt (als ob Sie ein 5-jähriger sind)
Das Konzept des "Quantum Computing", das kürzlich dank eines gewissen Premierministers viral geworden ist, ist eines der vielen unerforschten Territorien der Wissenschaft durch uns nichtwissenschaftliche Blicke.
Der Grund, warum die meisten von uns noch nicht davon gehört haben, obwohl es seit Jahrzehnten in der Nähe ist, ist dies zum größten Teil es ist theoretisch und diejenigen, die am Anfang damit experimentierten waren sehr still darüber wegen das Bedürfnis nach Militär- und Unternehmensgeheimnis.
Trotzdem wissen wir jetzt, dass eine Kombination aus Quantenmechanik und Computing existiert, und plötzlich liegt dies im Interesse aller. Wenn Sie nicht wissen, was ein Quantencomputer ist, aber nicht außerhalb der Schleife bleiben möchten, lesen Sie weiter, um herauszufinden, warum er besser ist als die herkömmlichen Computer, mit denen wir heute arbeiten.
Von traditionellen Computern und Bits
Computer sind meistens digital-elektronisch und werden es tun interagieren mit Daten, die in binären Ziffern dargestellt werden bekannt als Bits (0 und 1). Ob Bilder, Text, Audio oder andere Daten - alles wird in Bits gespeichert.
Physisch können die Binärzahlen 0 und 1 sein dargestellt durch eine beliebige Entität mit zwei Zuständen wie eine Münze (Kopf und Schwanz) oder ein Schalter (ein oder aus). In Computern sind die Bits das An- oder Abwesenheit von Spannung (1 oder 0) oder Änderung oder Erhaltung der magnetischen Richtung in magnetischen Festplatten.
Daten werden durch Berechnen der gespeicherten Bits manipuliert. Die Berechnung erfolgt durch Logikgatter, die typischerweise aus Transistoren bestehen, die den Durchgang eines elektronischen Signals steuern. Wenn es das Signal durchlässt, ist es das Bit 1 und wenn das Signal abgeschaltet ist, ist es 0.
Die Grenzen von Transistoren
Aufgrund der immer kleiner werdenden Chipgröße und der wachsenden Anzahl von Bauteilen können elektronische Bauelemente mit Millionen von Transistoren ausgestattet werden, die bis zu 7 nm klein sein können (was 1000-mal kleiner als eine rote Blutzelle und nur 20-mal größer als einige Atome ist)..
Die Größe der Transistoren kann weiter schrumpfen, aber schließlich werden sie an eine physikalische Grenze stoßen, an der Elektronen einfach durch sie hindurchtunneln Es gibt keine Kontrolle über den elektronischen Signalfluss.
Für den ständig wachsenden Bedarf an leistungsstarken Berechnungen und kleineren Geräten, Eine Größenbegrenzung für eine elektronische Grundkomponente ist eine Einschränkung des Fortschritts. Wissenschaftler suchen nach neuen Wegen Sie benötigen weniger Zeit und Platz für die Berechnung und Speicherung von Daten, und eine der Möglichkeiten, die wir nutzen können, ist das Quantencomputing.
Qubits, Überlagerung und Verschränkung
Bei der Quantenverarbeitung werden anstelle von Bits Qbit verwendet, um Daten darzustellen. Qubits werden mit Quantenpartikeln wie dargestellt Elektronen und Photonen.
Quantenteilchen besitzen Eigenschaften wie Spin und Polarisation, die zur Darstellung von Daten verwendet werden können. Ein nach oben drehendes Qubit kann beispielsweise 1 und 0 sein.
Die Stärke des Quanten-Computing beruht jedoch auf der Tatsache, dass im Gegensatz zu Bits entweder 1 oder 0 sind, Qubits können 1 und 0 sein gleichzeitig, wegen einer Eigenschaft aufgerufen Überlagerung, wo Quantenteilchen sind in mehreren Staaten zur selben Zeit.
Dies erhöht die Rechenleistung von Qubit, da es während der Berechnung und am Ende einmal für 1 und 0 verwendet werden kann gemessen, es wird entweder 1 oder 0.
Die Superpositionseigenschaft kann leicht durch ein berühmtes Gedankenexperiment erklärt werden, das der österreichische Physiker Schrödinger an einer imaginären Katze gemacht hat.
In der Quantenwelt gibt es auch eine andere Eigenschaft, die im Computer genutzt werden kann Quantenverschränkung. Es bezieht sich im Grunde auf Quantenpartikel Eigenschaften, die sich verwickeln und voneinander abhängig werden und kann daher nicht separat geändert werden.
Sie wirken wie ein einziges System mit einem Gesamtzustand.
Nehmen wir an, zwei Qubits werden verschränkt, wenn einer der Zustände des Qubits geändert wird, ändert sich auch der andere. Dies führt zu einer echten parallelen Verarbeitung oder Berechnung, die die Rechenzeit im Vergleich zu herkömmlichen Computern erheblich verkürzen kann.
Schwierigkeiten und Verwendungen
Es gibt viele praktische Hürden, die Wissenschaftler und Ingenieure überwinden müssen Erstellen einer kontrollierten Umgebung für die Qubits und Wege finden, ihre Eigenschaften zu manipulieren, ein gewünschtes Ergebnis erzielen.
Sobald jedoch Quantencomputer mit einer hohen Rechenleistung fertiggestellt sind, können sie zur Lösung von Problemen verwendet werden, die andernfalls auftreten würden sehr lange dauern von traditionellen Computern auszufüllen.
Finden der Hauptfaktoren einer großen Anzahl, des Problems des reisenden Verkäufers für eine große Anzahl von Städten und andere ähnliche Probleme erfordern eine exponentielle Anzahl von Vergleichen, um das Ergebnis zu erhaltens. Das Durchsuchen kolossaler Datenbanken ist selbst für aktuelle Digitalcomputer immer noch ein sehr zeitaufwendiger Vorgang.
Diese Probleme können mit Quantencomputern angegangen werden, die Probleme lösen können, die bei herkömmlichen Computern Jahrhunderte dauern können, in wenigen Minuten.
(H / T: IBM)
