Шта је квантни процесор и како функционише?

Можда се питате шта је квантни процесор и како функционише ? У овом ћемо чланку завирити у овај свет и покушати да сазнамо више о том чудном бићу које ће можда једног дана бити део наше лепе РГБ шасије, квантно, наравно.

Садржај индекс

Као и све у овом животу, или се прилагођавате или умирете. И управо се то догађа са технологијом, и то не тачно у неколико милиона година као живих бића, већ за неколико година или месеци. Технологија напредује вртоглавим темпом и велике компаније непрестано уводе иновације у своје електронске компоненте. Више енергије и мање потрошње за заштиту животне средине су простори који су данас у моди. Дошли смо до тачке у којој минијатуризација интегрисаних кола скоро достиже физичку границу. Интел каже да ће бити 5 нм, осим што неће постојати ваљани Моореов закон. Али још једна фигура добија на снази и то је квантни процесор. Убрзо почињемо да објашњавамо све његове предности.

С ИБМ-ом као претходником, велике компаније попут Мицрософта, Гоогле-а, Интел-а и НАСА-е су већ ојачане у борби да виде ко може да изгради најпоузданији и најмоћнији квантни процесор. А то је сигурно блиска будућност. Видимо о чему се ради у овом квантном процесору

Треба ли нам квантни процесор

Тренутни процесори се базирају на транзисторима. Помоћу комбинације транзистора уграђују се логичке капије за обраду електричних сигнала који пролазе кроз њих. Ако се придружимо низу логичких пролаза, добићемо процесор.

Проблем је тада у његовој основној јединици, транзисторима. Ако их минијатуризирамо, на једно место можемо поставити више, пружајући већу моћ обраде. Али наравно, за све то постоји физичка граница, када дођемо до транзистора толико малог да је ред нанометара, наиђемо на проблеме електрона који круже унутар њих и то исправно извршити. Постоји могућност да они истекну из свог канала, сударе се са другим елементима унутар транзистора и проузрокују кварове у ланцу.

Управо је то проблем што тренутно достижемо границу сигурности и стабилности за производњу процесора користећи класичне транзисторе.

Квантно рачунање

Прво што морамо знати је шта је квантно рачунање, а то није лако објаснити. Овај концепт одступа од онога што данас знамо као класично рачунање, које користи бите или бинарна стања „0“ (0, 5 волта) и „1“ (3 волта) електричног импулса за формирање логичких ланаца рачунских информација.

Уза.уз фонт

Квантно рачунање са своје стране користи израз кбит или лакат да би се односило на делотворне информације. Кубит не садржи само два стања као што су 0 и 1, већ је способан да истовремено садржи 0 и 1 или 1 и 0, то јест, може та два стања истовремено. То подразумева да немамо елемент који узима дискретне вредности 1 или 0, али, пошто може да садржи оба стања, има континуирану природу и унутар њега, одређена стања која ће бити више и мање стабилна.

Што више кубика више информација може да се обради

Управо у способности да имамо више од два стања и да их има више истовремено, лежи његова моћ. Можда ћемо моћи да радимо више израчуна истовремено и за мање времена. Што више кубика више информација може да се обради, у том смислу је слично традиционалним процесорима.

Како функционира квантни рачунар

Операција се заснива на квантним законима који управљају честицама које формирају квантни процесор. Све честице имају протоне и протоне и неутроне. Ако узмемо микроскоп и видимо ток честица електрона, могли бисмо видети да имају понашање слично као код таласа. Оно што карактерише талас је да је то пренос енергије без преноса материје, на пример, звука, то су вибрације које не можемо да видимо, али знамо да путују ваздухом док не дођу до наших ушију.

Па, електрони су честице које су способне да се понашају или као честица или као талас и то је оно што узрокује да се стања преклапају, а 0 и 1 могу да се појаве у исто време. Као да су пројектоване сенке објекта, под једним углом проналазимо један облик, а други облик. Спој ове две формира облик физичког објекта.

Дакле, уместо две вредности 1 или 0 које знамо као битове и који су засновани на електричним напонима, овај процесор може да ради са више стања званих квант. Квант, поред мерења минималне вредности коју величина може да прими (на пример 1 волт), такође је способан да измери и најмању могућу варијацију коју овај параметар може доживети при преласку из једног стања у други (на пример, да може разликовати облик објекта помоћу две симултане сенке).

Можемо истовремено да имамо 0, 1 и 0 и 1, односно битове један на други

Да будемо јасни, можемо истовремено имати 0, 1 и 0 и 1, то јест битове један на други. Што више кубика има више битова један преко другог, а тада можемо имати и више вредности. На овај начин ћемо у 3-битном процесору морати да радимо задатке који имају једну од ових 8 вредности, али не више од једне. С друге стране, за процесор од 3 кбита имаћемо честицу која може да узме осам стања одједном и тада ћемо моћи да радимо задатке са осам операција истовремено

Да би нам дали идеју, тренутно најмоћнија процесорска јединица икад креирана је са капацитетом од 10 терафлопа или што је исто 10 милијарди операција са плутајућом тачком у секунди. Процесор од 30 кубика могао би да уради исти број операција. ИБМ већ има 50-битни квантни процесор и још увијек смо у експерименталној фази ове технологије. Замислите колико можемо далеко, јер можете видети да су перформансе много веће него у нормалном процесору. Како се квантитет квантног процесора повећава, операције које он може обављати експоненцијално се умножавају.

Како можете да направите квантни процесор

Захваљујући уређају који је способан да ради са непрекидним стањима, уместо да има само две могућности, могуће је преиспитати проблеме које до сада није било могуће решити. Или такође решити тренутне проблеме на бржи и ефикаснији начин. Све ове могућности се отварају квантном машином.

Да бисмо „квантизирали“ својства молекула, морамо их довести до температуре близу апсолутне нуле.

Да бисмо постигли ова стања, не можемо користити транзисторе базиране на електричним импулсима који ће на крају бити или 1 или 0. Да бисмо то постигли, мораћемо даље да размотримо законе квантне физике. Морат ћемо осигурати да ови кбит, које физички формирају честице и молекули, могу учинити нешто слично ономе што раде транзистори, односно успоставити међусобне односе на контролирани начин тако да нам нуде информације које ми желимо.

Ово је заиста компликовано и предмет који треба свладати у квантном рачунању. Да бисмо „квантизирали“ својства молекула који чине процесор, морамо их довести до температуре блиске апсолутној нули (-273, 15 степени Целзијуса). Да би машина знала разликовати једно стање од другог, морамо их разликовати, на пример, струју од 1 В и 2 В, ако ставимо напон од 1, 5 В, машина неће знати да је то једно или друго. И то се мора постићи.

Недостаци квантног рачунања

Главни недостатак ове технологије је управо у контроли ових различитих стања кроз која материја може проћи. Са истодобним стањима, врло је тешко извести стабилне прорачуне користећи квантне алгоритме. То се назива квантном недоследношћу, иако нећемо ићи у непотребне вртове. Оно што морамо схватити је да што ћемо више кита имати више стања, а што је већи број држава то ћемо имати већу брзину, али ће и теже контролисати бити грешака у промјенама материје које се догађају.

Даље, правила која управљају овим квантним стањима атома и честица кажу да нећемо бити у могућности да посматрамо процес рачунања док се одвија, јер ако се ми у то умешамо, нанесена стања би била у потпуности уништена.

Квантна стања су изузетно крхка, а рачунари морају бити у потпуности изоловани под вакуумом и на температурама близу апсолутне нуле да би се постигла стопа грешке од 0, 1%. Или произвођачи течног хлађења ставе батерије или нам понестане квантног рачунара за Божић. Због свега тога, бар у средњем року биће квантни рачунари за кориснике, можда их је неколико дистрибуираних широм света у траженим условима и можемо им приступити путем интернета.

Употребе

Својом процесорском снагом ови квантни процесори ће се углавном користити за научно израчунавање и за решавање претходно нерешивих проблема. Прва од области примене је вероватно хемија, управо зато што је квантни процесор елемент заснован на хемији честица. Захваљујући овоме могло би се проучавати квантна стања материје, која су данас немогућа за решавање конвенционалним рачунарима.

• Препоручујемо читање најбољих процесора на тржишту

Након тога могла би имати апликације за проучавање људског генома, истраживање болести итд. Могућности су огромне, а тврдње су стварне, тако да само можемо чекати. Бићемо спремни за преглед квантног процесора!