В нашем современном мире компьютеры это обычный предмет нашего обихода, но мы даже не задумывались какая это сложная машина для вычислений. Но наши устройства это не предел возможностей вычислений. И я хочу вам рассказать о квантовых компьютерах, чьи вычислительные способности могут показаться для нас магией, как смартфоны столетие назад.
Маленькое описание и компании занимающиеся разработкой
Что такое квантовый компьютер - это холодный, маленький, чувствительный и очень странный мир с первого взгляда может показаться сомнительной системой, на этом пытаются построить коммерческую вычислительную машину. Некоторые компания такие как Google, Rigetti Computing, IBM и другие.
И последние (IBM) показали System One: она была просто ослепительная, эстетичная и чем-то похожа на люстру, данный аппарат стал первой интегрированной универсальной системой квантовых вычислений. Раз она была показана с ней мог поиграть каждый.
Потенциал данного устройства
Какие же возможности открывает данное устройство: свойства квантовой физики открывают нам параллельные схемы вычислений, которые, возможно, дадут нам огромный скачок в возможностях вычислительной мощности. Данные компьютеры должны произвести революции в таких сферах как: химия, фармацевтика, материаловедение, машинное обучение.
Вот настолько разнообразные направления есть у данного аппарата.
Почему они такие мощные ?
Почему же данные компьютеры способны проводить настолько глобальные вычисления? Наш компьютер при работе с текстом, видео, фото или другими данными использует единицу измерения называемой - бит. Он представляет собой два положения подключения и не подключения сети.
А в квантовых компьютерах такой единицей измерения является кубит.
Кубиты и биты похожи во многих отношения, но у них есть одно существенное отличие: кубиты - являются сверхпроводниками электронов или других субатомных частиц. Я думаю и так понятно почему кубиты это более сложная единица. Так же нужно сказать, кубиты обитают в квантовой реальности, поэтому у них есть удивительные квантовые свойства.
Суперпозиция, запутанность и интерференция
Чтобы вам было еще понятнее чем отличаются кубиты от битов, стоит привести простое сравнение. Биты можно представить как орел и решка, а вот кубиты мы видим как монету в момент вращения, они имеют сразу 2 состояния и орлом и решкой, и каждое из этих состояний имеет свою вероятность.
Чтобы поместить кубиты в суперпозицию используют калиброванные микроволновые импульсы, еще могут переворачивать кубит другие частоты и длительность импульсов, но это лишь немного другое состояние.
Суперпозиция
А что такое эта суперпозиция, что она позволяет сделать ему, что не может сделать обычный бит? Из-за нее один кубит может представлять гораздо больше информации. А происходит все это потому, что в начале ввода кубиты способны перебирать методом грубой силы большое количество возможных результатов. Но ответ возможно получить лишь после измерения кубита. Для его измерения используются те же микроволновые сигналы, они заставляют кибиты "коллапсировать" в двоичное состояние. Но из-за такого большого объема информации, приходиться проверять ответы несколько раз.
Запутанность
У кубитов есть еще одна очень полезная способность. Это запутанность. Так как на кубиты мы применяем микроволновые импульсы, их можно использовать на пару кубитов тем самым запутать их, благодаря этому они будут находиться в одном квантовом состоянии. Это по факту объединяет их в одно целое, что позволяет при изменении состояния одного кубита, поменять состояние второго. Как вы поняли это достаточно простое явление, и поэтому при помощи него мы можем увеличить вычислительные способности квантового компьютера.
Интерференция
А вот и последнее свойство у кубитов. Его можно представить как катящиеся волны. Они могут подгонять друг друга, иногда могу погасить. Такое свойство называется интерференция. Оно позволяет нам контролировать состояние кубитов. При помощи усиления сигналов, которые приводят нас к правильному ответ, и отменяя те которые выдают нам неправильные.
Как программируются квантовые компьютеры?
Идея заключается в том чтобы, закодировать часть задачи в сложное квантовое состояние, для чего мы будем использовать кубиты, а уже после манипулировать этим состоянием, что бы найти решение задачи. Решение можно измерить после коллапса суперпозиции, в детерминированных последовательностях нулей и единиц.
Как и в обычном программировании, нам нужно разработать языки ассемблера низкого уровня, которые машина понимает, чтобы перейти уже к более сложным языками высокого уровня и графическим интерфейсам, которые уже больше подходят для человеческого разума.
Вывод
Вот я вам и представил основы аспекты работы нашего квантового компьютера и уже решать вам насколько это будущее и какие возможности он может открыть нам. Я считаю это будущее, с помощью которого люди смогут сделать очень хороший скачок в науке.
