вантовый компьютер


»сточник: автор: јнастаси€


„то такое квантовый компьютер и зачем он нужен.
ћногие из нас слышали о квантовом компьютер, но что он собой представл€ет, а главное какие задачи с помощью него можно решать, известно далеко не всем.  вантовый компьютер уже несколько лет активно изучают лучшие умы мира; он даже по€вл€лс€ на обложке журнала Time, с подписью: Ђќн обещает решить некоторые самые сложные проблемы человечества, при этом никто не знает, как он в действительности работаетї.

 вантовый компьютер - это вычислительное устройство, которое использует принципиально иную систему хранени€ и передачи данных. ≈сли обычные компьютеры оперируют двоичным кодом (значение каждого бита равно либо 0, либо 1), то квантовые компьютеры в теории могут оперировать значени€ми, когда каждый бит равен и 0, и 1 - это называетс€ кубитом.

Ѕиты и кубиты


¬ обычном компьютере все вычислени€ основаны на пон€тии Ђбитї. Ёто такой элемент, который может принимать значени€ 0 или 1. ‘изически это реализовано так:
1. ¬ компьютере есть деталь под названием транзистор. ѕредставьте, что это кран на трубе: если его включить, вода польЄтс€, если выключить Ч остановитс€.
2. ¬ транзисторе вода Ч это электричество, и включение-выключение крана тоже зависит от электричества. ѕредставьте, что краны соединены между собой так, что вода из одного крана включает или выключает другой кран, Ч и так каскадом по цепочке.

3. “ранзисторы соединены таким хитрым образом, что когда они включаютс€ и выключаютс€, на них можно производить математические вычислени€.
4. »з-за того, что транзисторов очень много (миллиарды), а работают они очень быстро (близко к скорости света), транзисторные компьютеры могут очень быстро совершать математические вычислени€.
5. ¬сЄ, что вы видите в компьютере, Ч это производные от вычислений. ¬ы видите окно, буквы, картинки, а где-то в самой-самой глубине это просто сложение и вычитание, а ещЄ глубже Ч включение-выключение кранов с электричеством на скорости света.

“ранзистор в компьютере может принимать значение 1 или 0, то есть ЂвключЄнї или Ђвыключенї. — точки зрени€ компьютерной логики, этот транзистор называетс€ битом. Ёто минимальна€ единица информации в компьютере. ‘изически бит может быть в процессоре, на чипе пам€ти, на магнитном диске, но суть одна: это какое-то физическое пространство, которое определЄнно либо включено, либо выключено.
 лючевое слово здесь Ч ЂопределЄнної. ѕрограммист и инженер может точно узнать, в каком состо€нии находитс€ тот или иной бит. «ар€д в нЄм либо есть, либо нет, никаких промежуточных состо€ний там не существует.

¬ квантовом компьютере вместо битов Ч кубиты.  убиты Ч это квантовые частицы, у которых есть интересна€ особенность: кроме стандартных 0 и 1 кубит может находитьс€ между нулЄм и единицей Ч это называют суперпозицией. Ќагл€днее это видно на рисунке:


 вантовый компьютер



≈щЄ одна особенность кубитов Ч зависимость значени€ от измерени€. Ёто значит, что программист не узнает значение кубита до тех пор, пока его не измерит, а сам факт измерени€ тоже вли€ет на значение кубита. «вучит странно, но это особенность квантовых частиц.

»менно благодар€ тому, что кубит находитс€ во всех состо€ни€х одновременно до тех пор, пока его не измерили, компьютер мгновенно перебирает все возможные варианты решени€, потому что кубиты св€заны между собой. ѕолучаетс€, что решение становитс€ известно сразу, как только введены все данные. —уперпозици€ и даЄт ту параллельность в вычислени€х, котора€ ускор€ет работу алгоритмов в разы.

¬с€ сложность в том, что результат работы квантового компьютера Ч это правильный ответ с какой-то долей веро€тности. » нужно строить алгоритмы таким образом, чтобы максимально приблизить веро€тность правильного ответа к единице.



 вантовый компьютер работает по принципам квантовой механики



—ейчас компьютеры исследуют многие ученые и крупные компании, такие как Google, IBM, Microsoft и другие. ѕо их словам, если такой компьютер все же удастс€ создать, то это будет насто€щий прорыв, сравнимый с открытием классических компьютеров.

 вантовый компьютер и непреодолимые трудности


 вантовый компьютер Ч это вычислительное устройство, работающее по принципам квантовой механики, которую по праву можно назвать самым сложным разделом физики.  вантова€ механика зародилась в начале 20-ого века, и изучает поведение квантовых систем и ее элементов.  вантова€ частица может находитьс€ в нескольких местах и состо€ни€х одновременно, поэтому по определению квантова€ механика полностью противоречит общей теории относительности. Ќо давайте не будем углубл€тьс€ в науку, а вернемс€ к нашей главной теме Ч квантовому компьютеру.

¬ начале века вы€снилось, что использование электрических схем дл€ создани€ вычислительных устройств имеет свои границы, и все они практически были достигнуты. —ейчас же перед человечеством встают все новые и новые задачи, дл€ решени€ которых классических компьютеров будет недостаточно. —амый простой пример такой задачи Ч это разложение больших чисел на множители. ƒл€ этой цели было построено большинство криптографических систем. Ёто покажетс€ банальным но, если бы кому-то удалось быстро разложить большое число на простые множители, то дл€ него стали доступны транзакции во всех банках мира.

ƒруга€ не менее важна€ задача, с которой современные компьютеры никогда не смогут справитьс€ Ч это моделирование квантовых систем и молекул ƒЌ . »сход€ из этого, можно сделать вывод, что создание квантовых компьютеров Ч весьма перспективное решение, которое позволит решить эти и многие другие проблемы.

ѕринцип работы квантового компьютера




 вантовый компьютер


 лассический компьютер работает на основе транзисторов и кремниевых чипов, которые используют дл€ обработки информации бинарный код, состо€щий из нулей и единиц. Ѕит, как минимальна€ единица информации имеет два базовых состо€ни€: 1 и 0. »зменени€ этих состо€ний можно легко контролировать: объекты могут либо находитьс€ в конкретном месте, либо Ч не находитс€.

»менно поэтому многие физические объекты внешнего мира можно перенести в виртуальный с помощью сложных комбинаций битов. –абота же квантового компьютера будет основыватьс€ на принципе суперпозиции, а вместо битов будут использоватьс€ кубиты (квантовые биты), которые одновременно могут находитьс€ во всевозможных состо€ни€х (в 1 и 0 одновременно). ѕо словам ученных, за счет этого квантовые компьютеры дл€ определенных классов задач будут в миллионы раз мощнее нынешних.

—ейчас уже описаны дес€тки всевозможных алгоритмов работы квантового компьютера, даже разрабатываютс€ особые €зыки программировани€.

ѕо большому счету, мир использует квантовые технологии уже давно. Ћазеры, томографы и сверхчувствительные микроскопы базируютс€ на массовых эффектах, создаваемых большими группами квантовых частиц или волн, которые подчин€ютс€ законам квантовой механики. ќсновна€ же задача состоит в использовании этих эффектов дл€ отдельных частиц, а не групп в целом.

ƒл€ чего нужен квантовый компьютер?




 вантовый компьютер


ѕока ученные труд€тс€ над созданием квантового компьютера, они одновременно ищут ему применение. √лавным остаетс€ тот факт, что такой компьютер сможет моментально совершать вычислени€ и работать с большим объемом данных.

ќдно из самых важных применений квантового компьютера сейчас Ч разложение на простые числа. ƒело в том, что вс€ современна€ криптографи€ основана на том, что никто не сможет быстро разложить число из 30Ц40 знаков (или больше) на простые множители. Ќа обычном компьютере на это уйдЄт миллиарды лет.  вантовый компьютер сможет это сделать примерно за 18 секунд.

Ёто означает, что тайн больше не будет, потому что любые алгоритмы шифровани€ можно будет сразу взломать и получить доступ к чему угодно. Ёто касаетс€ всего Ч от банковских переводов до сообщений в мессенджере. ¬озможно, наступит интересный момент, когда обычное шифрование перестанет работать, а квантовое шифрование ещЄ не изобретут.

— помощью квантовых компьютеров можно оптимизировать множество процессов: от медицины и до машиностроени€. Ќапример, у людей по€витс€ возможность диагностировать рак на более ранних стади€х, или делать более сложные автопилоты.  ак упоминалось ранее, с помощью квантового компьютера будет возможно быстро раскладывать большие числа на множители и моделировать молекулы ƒЌ . “акже существует теори€ того, что квантовый компьютер будет справл€тьс€ с задачами, которые обычный компьютер решить не в состо€нии или потратит на это тыс€чи лет вычислений.

Ёто, допустим, создание искусственного интеллекта или поиск разумных существ во ¬селенной, кроме человека. ¬ любом случае все ученные сход€тс€ на том, что это создание такого компьютера будет насто€щим прорывом, возможно, главным в истории человечества.

 лючевые слова:
 вантовый
компьютер
проблемы человечества
транзистор
 убиты
квантовые частицы
квантова€ механика
шифрование
суперпозици€
электричество
робот
робототехника


¬ернутьс€ в рубрику:

—ловарик робототехника


≈сли вы хотите видеть на нашем сайте больше статей то кликните ѕоделитьс€ в социальных сет€х! —пасибо!
—мотрите также:

ќбратите внимание полезна€ информаци€.