Prinsip operasi dan ruang lingkup komputer kuantum

Komputasi komputer membantu kita melakukan apa yang tidak kita inginkan atau tidak bisa lakukan terutama karena kerumitan, karena kemungkinan kesalahan tidak disengaja, dan karena waktu. Misalnya, menaikkan angka ke tingkat 128 dalam pikiran.

Tujuan dan penggunaan komputer kuantum.

Apa itu komputer kuantum?

Komputer kuantum yang paling kuat (QC) adalah - atau, lebih tepatnya, akan menjadi - mekanisme yang sama sekali berbeda, berbeda dari semua yang pernah dibuat oleh manusia. Server yang paling kuat saat ini hanya tampak seperti sebagian kecil dari apa yang akhirnya dapat dilakukan oleh komputer kuantum.

Secara sederhana, tujuan penelitian di bidang komputasi kuantum adalah untuk menemukan cara mempercepat pelaksanaan instruksi gelombang panjang. Akan salah untuk mengatakan bahwa CC menjalankan program lebih cepat daripada PC atau server x86. "Program" untuk QC adalah urutan penyandian yang sama sekali berbeda dari yang pernah ada untuk prosesor biner. Setelah kelahiran komputer, perhitungan fisik yang rumit dilakukan, yang pada tahun 1940-an membantu Amerika Serikat untuk membuat bom atom. Setelah penemuan transistor, dimensi sistem ini berkurang secara signifikan. Kemudian muncul ide prosesor paralel yang mengerjakan tugas secara bersamaan.

Komputasi kuantum hanyalah langkah berikutnya. Ada banyak masalah yang perlu diselesaikan oleh komputer modern, misalnya, memecahkan sistem persamaan linear, mengoptimalkan parameter untuk vektor dukungan, menemukan jalur terpendek melalui bagian yang sewenang-wenang atau mencari daftar yang tidak terstruktur. Ini adalah masalah yang cukup abstrak sekarang, tetapi jika Anda tahu sedikit tentang algoritma atau pemrograman, Anda dapat melihat betapa berharganya hal ini. Sebagai contoh, prosesor grafis (GPU) diciptakan untuk tujuan rendering segitiga dan kemudian menggabungkannya ke dalam dunia dua atau tiga dimensi. Dan sekarang Nvidia adalah perusahaan bernilai miliaran dolar. Apakah ada teknologi komputasi kuantum atau beberapa turunan historisnya, yang sekarang banyak digunakan orang? Dengan kata lain, apa yang sebenarnya dilakukan kuantum dan kepada siapa ia melayani secara langsung?

Apa itu komputer kuantum?

Navigasi Ini adalah salah satu aplikasi utama komputer kuantum. Sistem GPS tidak dapat bekerja di mana pun di planet ini, terutama di bawah air. QC mensyaratkan bahwa atom didinginkan dan ditangguhkan dalam keadaan yang membuatnya sangat sensitif. Dalam upaya untuk memanfaatkan ini, tim ilmuwan yang bersaing berusaha untuk mengembangkan semacam accelerometer kuantum yang dapat memberikan data gerak yang sangat akurat. Kontribusi paling signifikan untuk pengembangan industri membuat Laboratorium Photonics dan Nanoscience Perancis. Contoh nyata dari ini adalah upaya untuk membuat komponen hybrid yang menggabungkan accelerometer dengan yang klasik dan kemudian menggunakan filter high-pass untuk mengurangi data klasik dari data kuantum. Hasilnya, jika diterapkan, akan menjadi kompas yang sangat akurat yang akan menghilangkan perpindahan dan pergeseran faktor skala, biasanya terkait dengan komponen gyroscopic.

Seismologi. Sensitivitas ekstrim yang sama dapat digunakan untuk mendeteksi keberadaan deposit minyak dan gas, serta aktivitas seismik potensial di tempat-tempat di mana sensor konvensional belum digunakan. Pada Juli 2017, QuantIC menunjukkan bagaimana gravimeter kuantum mendeteksi keberadaan objek yang sangat tersembunyi dengan mengukur osilasi dalam bidang gravitasi. Jika perangkat seperti itu dibuat tidak hanya praktis, tetapi juga portabel, tim percaya bahwa itu bisa menjadi sangat berharga dalam sistem peringatan dini untuk memprediksi peristiwa seismik dan tsunami. Obat-obatan Di latar depan adalah penelitian dalam perang melawan penyakit seperti penyakit Alzheimer dan multiple sclerosis; ilmuwan menggunakan perangkat lunak yang mensimulasikan perilaku antibodi buatan pada tingkat molekuler.

Fisika Ini sebenarnya alasan keberadaan konsep tersebut. Selama pidatonya pada tahun 1981 di Caltech, Profesor Richard Feynman, ayah dari kuantum elektrodinamika (QED), menyarankan bahwa satu-satunya cara untuk membangun simulasi sukses dari dunia fisik pada tingkat kuantum adalah mesin yang mematuhi hukum fisika dan mekanika kuantum. Selama pidato inilah Profesor Feynman menjelaskan, dan seluruh dunia menyadari bahwa tidak cukup bagi komputer untuk menghasilkan tabel probabilitas dan cara melempar dadu. Selain itu, untuk mendapatkan hasil yang fisikawan sendiri tidak akan menyebut apokrif, akan membutuhkan mekanisme yang berperilaku dalam nada yang sama dengan perilaku yang ingin ia tiru.

Pembelajaran mesin. Teori utama pendukung adalah bahwa sistem seperti itu dapat diadaptasi untuk "mempelajari" pola negara dalam gelombang paralel yang besar, dan tidak dalam pemindaian berturut-turut. Matematika biasa dapat menggambarkan sekumpulan hasil yang mungkin dalam bentuk vektor dalam ruang konfigurasi liar. Dekripsi Di sini, akhirnya, adalah terobosan yang melemparkan cahaya terang pertama pada perhitungan seperti itu. Apa yang membuat kode enkripsi begitu rumit, bahkan untuk komputer klasik modern, adalah bahwa mereka didasarkan pada sejumlah besar faktor yang membutuhkan jumlah waktu yang berlebihan untuk menebak dengan metode pencocokan. QC yang bekerja harus mengisolasi dan mengidentifikasi faktor-faktor tersebut dalam hitungan menit, yang membuat sistem pengkodean RSA secara efektif menjadi usang.

Enkripsi Konsep, yang disebut distribusi kunci kuantum (QKD), memberikan harapan teoretis bahwa jenis kunci publik dan pribadi yang kita gunakan hari ini untuk mengenkripsi pesan dapat diganti dengan kunci yang terkena efek keterikatan. Secara teori, pihak ketiga mana pun yang memecahkan kunci dan mencoba membaca pesan akan segera menghancurkan pesan untuk semua orang. Tentu saja ini cukup. Tetapi teori QKD didasarkan pada asumsi besar yang belum diuji di dunia nyata: bahwa nilai-nilai yang diperoleh dengan bantuan qubit terjerat sendiri terjerat dan tunduk pada efek ke mana pun mereka pergi.

Apa yang membuat komputer kuantum berbeda dari biasanya

Komputer klasik melakukan perhitungan menggunakan bit yang 0 ("mati") dan 1 ("menyala"). Menggunakan transistor untuk memproses informasi dalam bentuk urutan nol dan apa yang disebut bahasa biner komputer. Lebih banyak transistor, lebih banyak opsi pemrosesan - ini adalah perbedaan utama. QC menggunakan hukum mekanika kuantum. Sama seperti komputer klasik yang menggunakan angka nol dan satu. Keadaan ini dapat dicapai dalam partikel karena momentum sudut internalnya, yang disebut putaran. Dua keadaan 0 dan 1 dapat direpresentasikan dalam partikel belakang. Sebagai contoh, rotasi searah jarum jam mewakili 1, dan berlawanan dengan jarum jam mewakili 0. Keuntungan menggunakan QC adalah bahwa partikel dapat berada di beberapa negara pada saat yang sama. Fenomena ini disebut superposisi. Karena fenomena ini, QC secara bersamaan dapat mencapai keadaan 0 dan 1. Dengan demikian, dalam komputer klasik, informasi dinyatakan dalam satu angka 0 atau 1. QC menggunakan output yang digambarkan sebagai 0 dan 1 pada saat yang sama, yang memberikan kekuatan komputasi yang lebih besar.

Bagaimana komputer kuantum

Komputasi kuantum adalah komputasi menggunakan fenomena mekanika kuantum seperti superposisi dan keterjeratan. QC adalah perangkat yang melakukan komputasi kuantum dan terdiri dari mikroprosesor. Komputer seperti itu sama sekali berbeda dari komputer elektronik digital biner yang didasarkan pada transistor dan kapasitor. Sementara perhitungan digital konvensional mengharuskan data dikodekan ke dalam digit biner (bit), yang masing-masing selalu dalam satu dari dua keadaan spesifik (0 atau 1), perhitungan kuantum menggunakan bit atau qubit yang dapat berada dalam superposisi. Perangkat mesin Turing kuantum adalah model teoritis dari komputer seperti itu dan juga dikenal sebagai QC universal. Bidang komputasi kuantum dimulai oleh karya-karya Paul Benioff dan Yuri Manin pada 1980, Richard Feynman pada 1982, dan David Deutsch pada 1985.

Prinsip komputer kuantum

Sejak 2018, prinsip pengoperasian komputer kuantum masih dalam tahap awal, tetapi percobaan telah dilakukan di mana operasi komputasi kuantum dilakukan dengan jumlah bit kuantum yang sangat kecil. Kedua penelitian praktis dan teoritis sedang berlangsung, dan banyak pemerintah nasional dan lembaga militer mendanai penelitian tentang komputasi kuantum dalam upaya tambahan untuk mengembangkan komputer kuantum untuk tujuan sipil, bisnis, perdagangan, lingkungan, dan keamanan nasional, seperti cryptanalysis. Komputer kuantum skala besar secara teoritis dapat bekerja untuk menyelesaikan masalah tertentu lebih cepat daripada komputer klasik yang menggunakan bahkan algoritma terbaik hingga saat ini, seperti faktorisasi bilangan bulat menggunakan algoritma Shore (yang merupakan algoritma kuantum) dan pemodelan set kuantum dari badan sistem.

Ada tindakan kuantum, seperti algoritma Simon, yang berjalan lebih cepat daripada algoritma klasik probabilistik yang mungkin. Komputer klasik pada prinsipnya dapat (dengan sumber daya eksponensial) memodelkan algoritma kuantum, karena komputasi kuantum tidak melanggar tesis Church-Turing. Di sisi lain, komputer kuantum mungkin dapat secara efektif menyelesaikan masalah yang tidak mungkin dilakukan pada komputer klasik.