quant โปรเซสเซอร์ควอนตัมคืออะไรและทำงานอย่างไร

คุณอาจสงสัย ว่าตัวประมวลผลควอนตัมคืออะไรและทำงาน อย่างไร ในบทความนี้เราจะเจาะลึกลงไปในโลกนี้และพยายามเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตที่แปลกประหลาดซึ่งบางทีวันหนึ่งอาจเป็นส่วนหนึ่งของแชสซี RGB ที่สวยงามของเราแน่นอนจำนวนควอนตัม

ดัชนีเนื้อหา

เช่นเดียวกับทุกสิ่งในชีวิตนี้คุณอาจปรับตัวหรือตาย และมันก็เป็นสิ่งที่เกิดขึ้นกับเทคโนโลยีและไม่แม่นยำในช่วงหลายล้านปีในฐานะสิ่งมีชีวิต แต่ในเวลาไม่กี่ปีหรือเป็นเดือน เทคโนโลยีก้าวหน้าไปอย่างรวดเร็วและ บริษัท ขนาดใหญ่ต่างก็คิดค้นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อย่างต่อเนื่อง พลังงานที่มากขึ้นและการบริโภคที่น้อยลงเพื่อปกป้องสิ่งแวดล้อมเป็นสถานที่ที่ทันสมัยในปัจจุบัน เรามาถึงจุดที่การย่อขนาดของวงจรรวมเกือบถึงขีด จำกัด ทางกายภาพแล้ว Intel กล่าวว่ามันจะเป็น 5nm ยิ่งกว่านั้นจะไม่มีกฎหมายของมัวร์ที่ถูกต้อง แต่ตัวเลขอื่นเพิ่มความแข็งแกร่งและเป็น โปรเซสเซอร์ควอนตัม ในไม่ช้าเราจะเริ่มอธิบายประโยชน์ทั้งหมดของมัน

ด้วยไอบีเอ็มในฐานะผู้นำ บริษัท ใหญ่ ๆ อย่าง Microsoft, Google, Intel และ NASA นั้นได้ทำการต่อสู้เพื่อดูว่าใครสามารถสร้างโปรเซสเซอร์ควอนตัมที่น่าเชื่อถือและทรงพลังที่สุด และมันก็เป็นอนาคตอันใกล้นี้ เรามาดูกันว่าตัวประมวลผลควอนตัมนี้เกี่ยวกับอะไร

เราต้องการหน่วยประมวลผลควอนตัมหรือไม่

โปรเซสเซอร์ปัจจุบันขึ้นอยู่กับทรานซิสเตอร์ ด้วยการรวมกันของทรานซิสเตอร์ทำให้ประตูลอจิกถูกสร้างขึ้นเพื่อประมวลผลสัญญาณไฟฟ้าที่ไหลผ่านพวกเขา หากเราเข้าร่วมชุดของประตูตรรกะเราจะได้รับหน่วยประมวลผล

ปัญหาอยู่ในหน่วยพื้นฐานคือทรานซิสเตอร์ หากเราย่อส่วนเหล่านี้ให้เล็กลงเราสามารถวางเพิ่มในที่เดียวซึ่งให้พลังการประมวลผลที่มากขึ้น แต่แน่นอนว่ามีข้อ จำกัด ทางกายภาพสำหรับสิ่งเหล่านี้เมื่อเราไปถึงทรานซิสเตอร์ที่มีขนาดเล็กจนเป็นลำดับนาโนเมตรเราพบว่าตัวเองมีปัญหาสำหรับอิเล็กตรอนที่ไหลเวียนภายในพวกมันเพื่อทำอย่างถูกต้อง มีความเป็นไปได้ที่สิ่งเหล่านี้จะหลุดออกจากช่องทางของพวกเขาชนกับองค์ประกอบอื่น ๆ ภายในทรานซิสเตอร์และทำให้เกิดความล้มเหลวของโซ่

และนี่คือปัญหาที่เกิดขึ้นอย่างแม่นยำซึ่งขณะนี้เราถึงขีดจำกัดความปลอดภัยและความมั่นคงในการผลิตโปรเซสเซอร์โดยใช้ทรานซิสเตอร์แบบดั้งเดิม

คอมพิวเตอร์ควอนตัม

สิ่งแรกที่เราต้องรู้ก็คือควอนตัมคอมพิวเตอร์คืออะไรและมันไม่ง่ายที่จะอธิบาย แนวคิดนี้แยกออกจากสิ่งที่เรารู้ในวันนี้ว่าการคำนวณแบบคลาสสิกซึ่งใช้บิตหรือเลขฐานสองของ "0" (0.5 โวลต์) และ "1" (3 โวลต์) ของแรงกระตุ้นไฟฟ้าเพื่อสร้างโซ่ตรรกะ ของข้อมูลที่คำนวณได้

แบบอักษร Uza.uz

การคำนวณควอนตัมสำหรับชิ้นส่วนนั้นใช้คำ qubit หรือ cubit เพื่ออ้างถึงข้อมูลที่สามารถดำเนินการได้ qubit ไม่เพียง แต่มีสองสถานะเช่น 0 และ 1 แต่ก็ยังสามารถที่มี 0 และ 1 หรือ 1 และ 1 พร้อมกันนั่นคือมันสามารถมีสองสถานะในเวลาเดียวกัน นี่ก็หมายความว่าเราไม่ได้มีองค์ประกอบที่ใช้ค่าไม่ต่อเนื่อง 1 หรือ 0 แต่เนื่องจากมันสามารถมีทั้งสองสถานะมันมีธรรมชาติอย่างต่อเนื่องและอยู่ภายในมันบางสถานะที่จะมีเสถียรภาพมากขึ้นและน้อยลง

ยิ่งประมวลผลได้มากขึ้น

แม่นยำในความสามารถที่จะมีมากกว่าสองสถานะและมีหลายสิ่งในเวลาเดียวกัน เราอาจทำการคำนวณเพิ่มเติมพร้อมกันและใช้เวลาน้อยลง ยิ่งประมวลผลได้มากขึ้น qubits มากในแง่นี้มันจะคล้ายกับซีพียูแบบดั้งเดิม

คอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงานอย่างไร

การดำเนินการจะขึ้นอยู่กับกฎหมายควอนตัมที่ควบคุมอนุภาคที่เป็นหน่วยประมวลผลควอนตัม อนุภาคทั้งหมดมีอิเล็กตรอนนอกเหนือจากโปรตอนและนิวตรอน ถ้าเราใช้กล้องจุลทรรศน์และดูการไหลของอนุภาคอิเล็กตรอนเราจะเห็นว่ามันมีพฤติกรรมคล้ายกับคลื่น สิ่งที่เป็นลักษณะของคลื่นคือการขนส่งพลังงานโดยไม่มีการเคลื่อนย้ายของสสารเช่นเสียงพวกมันสั่นสะเทือนซึ่งเรามองไม่เห็น แต่เรารู้ว่าพวกมันเคลื่อนที่ผ่านอากาศจนกว่าจะถึงหูของเรา

อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคที่มีความสามารถในการทำงานไม่ว่าจะเป็นอนุภาคหรือเป็นคลื่นและนี่คือสิ่งที่ทำให้รัฐทับซ้อนและ 0 และ 1 สามารถเกิดขึ้นได้ในเวลาเดียวกัน ราวกับว่าเงาของวัตถุถูกฉายในมุมหนึ่งเราจะพบรูปร่างหนึ่งและอีกมุมหนึ่ง การรวมกันของทั้งสองรูปแบบรูปร่างของวัตถุทางกายภาพ

ดังนั้นแทนที่จะเป็นสองค่า 1 หรือ 0 ที่เรารู้ว่าเป็นบิตซึ่งขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าโปรเซสเซอร์นี้สามารถทำงานกับสถานะที่เรียกว่าควอนตัมได้มากกว่า ควอนตัมนอกเหนือจากการวัดค่าต่ำสุดที่ขนาดสามารถใช้ (ตัวอย่างเช่น 1 โวลต์) ก็ยังสามารถวัดความแปรปรวนที่เล็กที่สุดที่เป็นไปได้ซึ่งพารามิเตอร์นี้สามารถพบได้เมื่อผ่านจากรัฐหนึ่งไปยังอีกรัฐหนึ่ง (ตัวอย่างเช่น ของวัตถุโดยใช้สองเงาพร้อมกัน)

เราสามารถมี 0, 1 และ 0 และ 1 ในเวลาเดียวกันนั่นคือบิตที่ซ้อนทับกัน

เพื่อให้ชัดเจนเราสามารถมี 0, 1 และ 0 และ 1 ในเวลาเดียวกันนั่นคือบิตที่วางซ้อนทับกัน ยิ่ง qubits ยิ่งเรายิ่งมีบิตเหลืออยู่มากเท่ากันก็ยิ่งมีค่ามากขึ้นพร้อมกัน ด้วยวิธีนี้ในตัวประมวลผล 3 บิตเราจะต้องทำงานที่มีค่าใดค่าหนึ่งใน 8 ค่านี้ แต่ไม่เกินหนึ่งค่าในแต่ละครั้ง ในทางกลับกันสำหรับโปรเซสเซอร์ 3 qubit เราจะมีอนุภาคที่สามารถใช้เวลาแปดสถานะในแต่ละครั้งและจากนั้นเราจะสามารถทำงานได้พร้อมกับแปดการดำเนินการพร้อมกัน

เพื่อให้ความคิดแก่เราหน่วยประมวลผลที่ทรงพลังที่สุดที่เคยสร้างมาในปัจจุบันมีความจุ 10 เทราฟลอปหรืออะไรคือการทำงานของจุดลอยตัว 10 พันล้านจุดต่อวินาทีที่เหมือนกัน ตัวประมวลผลแบบ 30 บิตจะสามารถดำเนินการตามจำนวนที่เท่ากัน IBM มีโปรเซสเซอร์ควอนตัม 50 บิตอยู่แล้วและเรายังอยู่ในช่วงทดลองของเทคโนโลยีนี้ ลองจินตนาการดูว่าเราไปได้ไกลแค่ไหนในเมื่อคุณเห็นประสิทธิภาพนั้นสูงกว่าโปรเซสเซอร์ปกติมาก เมื่อ qubits ของตัวประมวลผลควอนตัมเพิ่มขึ้นการดำเนินการที่สามารถดำเนินการทวีคูณได้

คุณจะสร้างโปรเซสเซอร์ควอนตัมได้อย่างไร

ขอบคุณอุปกรณ์ที่สามารถทำงานกับสถานะต่อเนื่องได้แทนที่จะมีเพียงสองวิธีเท่านั้นที่เป็นไปได้ที่จะคิดใหม่ถึงปัญหาที่ไม่สามารถแก้ไขได้ หรือแก้ไขปัญหาปัจจุบันด้วยวิธีที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น ความเป็นไปได้ทั้งหมดนี้เปิดด้วยเครื่องควอนตัม

ในการ“ หาปริมาณ” คุณสมบัติของโมเลกุลเราจะต้องนำพวกมันไปที่อุณหภูมิใกล้เคียงกับค่าสัมบูรณ์

เพื่อให้บรรลุสถานะเหล่านี้เราไม่สามารถใช้ทรานซิสเตอร์โดยใช้แรงกระตุ้นไฟฟ้าซึ่งในตอนท้ายจะเป็น 1 หรือ 0 หากต้องการทำสิ่งนี้เราจะต้องดูต่อไปโดยเฉพาะกฎของฟิสิกส์ควอนตัม เราจะต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่า qubit เหล่านี้เกิดขึ้นจากอนุภาคและโมเลกุลสามารถทำสิ่งที่คล้ายกับสิ่งที่ทรานซิสเตอร์ทำนั่นคือการสร้างความสัมพันธ์ระหว่างพวกเขาในวิธีการควบคุมเพื่อให้ข้อมูลที่เราต้องการ

นี่คือสิ่งที่ซับซ้อนอย่างแท้จริงและเป็นเรื่องที่ต้องเอาชนะในการคำนวณควอนตัม ในการ“ หาปริมาณ” คุณสมบัติของโมเลกุลที่ประกอบขึ้นเป็นโปรเซสเซอร์เราต้องนำพวกเขาไปสู่อุณหภูมิที่ใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์ (-273.15 องศาเซลเซียส) เพื่อให้เครื่องจักรทราบวิธีแยกแยะสถานะหนึ่งจากอีกรัฐหนึ่งเราต้องทำให้มันแตกต่างเช่นกระแส 1 V และ 2 V หากเราวางแรงดันไฟฟ้า 1.5 V เครื่องจะไม่ทราบว่าเป็นอย่างใดอย่างหนึ่ง และนี่คือสิ่งที่ต้องทำให้สำเร็จ

ข้อเสียของการคำนวณควอนตัม

ข้อเสียเปรียบหลักของเทคโนโลยีนี้คือการควบคุมสถานะที่แตกต่างกันเหล่านี้ผ่านสิ่งที่สามารถผ่าน ด้วยสถานะที่พร้อมกันจึงเป็นการยากที่จะทำการคำนวณที่เสถียรโดยใช้อัลกอริทึมควอนตัม สิ่งนี้เรียกว่าควอนตัมที่ไม่สอดคล้องกันแม้ว่าเราจะไม่เข้าไปในสวนที่ไม่จำเป็น สิ่งที่เราต้องเข้าใจก็คือยิ่ง qubits เราจะมีสถานะมากขึ้นและยิ่งมีจำนวนรัฐที่เราจะมีความเร็วมากขึ้น แต่ยิ่งยากที่จะควบคุมจะเป็นข้อผิดพลาดในการเปลี่ยนแปลงของเรื่องที่เกิดขึ้น

นอกจากนี้บรรทัดฐานที่ควบคุมสถานะควอนตัมของอะตอมและอนุภาคเหล่านี้บอกว่าเราจะไม่สามารถสังเกตกระบวนการคำนวณในขณะที่มันกำลังเกิดขึ้นเพราะถ้าเราเข้าไปยุ่งกับมันรัฐซ้อนทับจะถูกทำลายอย่างสมบูรณ์

สถานะควอนตัมมีความเปราะบางอย่างยิ่งและคอมพิวเตอร์จะต้องแยกออกจากกันอย่างสมบูรณ์ภายใต้สุญญากาศและที่อุณหภูมิใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์เพื่อให้ได้อัตราความผิดพลาดของคำสั่ง 0.1% ผู้ผลิตของเหลวหล่อเย็นใส่แบตเตอรี่หรือเราหมดคอมพิวเตอร์ควอนตัมสำหรับคริสต์มาส เนื่องจากทั้งหมดนี้อย่างน้อยในระยะปานกลางจะมีคอมพิวเตอร์ควอนตัมสำหรับผู้ใช้บางทีอาจมีบางส่วนของการกระจายไปทั่วโลกในเงื่อนไขที่จำเป็นและเราสามารถเข้าถึงพวกเขาผ่านทางอินเทอร์เน็ต

การใช้งาน

ด้วยพลังการประมวลผลของพวกเขาโปรเซสเซอร์ควอนตัมเหล่านี้ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการคำนวณทางวิทยาศาสตร์และเพื่อแก้ปัญหาก่อนหน้านี้แก้ไม่ได้ ส่วนแรกของพื้นที่การใช้งานนั้นเป็นไปได้ทางเคมีอย่างแม่นยำเพราะตัวประมวลผลควอนตัมเป็นองค์ประกอบที่ขึ้นอยู่กับเคมีของอนุภาค ต้องขอบคุณคนนี้ที่สามารถศึกษาสถานะควอนตัมของสสารในวันนี้เป็นไปไม่ได้ที่จะแก้ไขโดยคอมพิวเตอร์ทั่วไป

• เราขอแนะนำให้อ่าน โปรเซสเซอร์ที่ดีที่สุดในตลาด

หลังจากนี้สามารถมีแอปพลิเคชั่นสำหรับการศึกษาจีโนมมนุษย์การตรวจสอบโรคและอื่น ๆ ความเป็นไปได้มีขนาดใหญ่มากและการเรียกร้องนั้นเป็นจริงดังนั้นเราจึงรอได้ เราจะพร้อมสำหรับการตรวจสอบโปรเซสเซอร์ควอนตัม!