Kuidas kvantarvutid töötavad? - Lihtsalt seletatud
Tänapäeval töötavad teadlased pidevalt kvantarvutite kallal. IBM tõi hiljuti turule oma esimese kvantarvuti. Selgitame, kuidas need siin töötavad.
Kvantarvutid: seda nimetatakse kvbititeks
Kvantarvutis kasutatakse nn kvite.
- Tavalised bitid arvutis võivad võtta ainult kaks erinevat väärtust: 0 ja 1 või "sees" ja "välja". Qubit võib aga olla vahepealses olekus null ja üks teatud aja jooksul, nn sidususaja.
- Selles olekus räägivad teadlased superpositsioonist . Mõõtmise käigus muutub kvarts seejärel üheks kahest selgelt määratletud olekust, nii et mõõtmistulemuse saab salvestada klassikalises bitis. Tehnilises mõttes nimetatakse superpositsiooni kaotust decoherence'iks .
- Laboris valmistatakse sellised jupid ioonidest või ülijuhtivatest ahelatest, nn SQUID-id .
- Ioonidega töötamisel vastab mittekasutatav ioon olekule 0 ja ergastatud olekule 1. Aatom, mille energia on võimalikult väike, väidetavalt töötab. Kui aga lisada aatomile energiat, on see elevil, sest välimised elektronid saavutavad kõrgema energiatasandi. Ioone saab ergastada laseriga.
Kvantregistrid - seda peate teadma
Aritmeetiliste toimingute lahendamiseks on vaja mitu juppi. Üks räägib nn kvantregistrist. Seejärel jagatakse teave registri kõigi osade vahel.
- Selline kvantregister koosneb tavaliselt 14 ioonist, mida hoitakse teljel mõne mikromeetri kaugusel. On oluline, et neid juppe oleks lihtne manipuleerida, kuid nad on ka häirete suhtes immuunsed.
- See tähendab, et jupid peavad jääma vastavasse olekusse nii kaua kui võimalik, kuni aritmeetiline operatsioon on tehtud. Dekoherentsus, s.o klassikalisse olekusse tagasilangemine, tuleb võimalikult kaua edasi lükata.
- Olekute manipuleerimiseks kasutatakse loogilisi operaatoreid, mida arvutiteaduses juba kasutatakse. Kvantarvutites nimetatakse neid operaatoreid kvantväravateks . Need on määravad kiirguse kestuse ja valguse lainepikkuse suhtes.
- Lihtsaim toiming on eitamine, mida nimetatakse EI . Kvartsi olek on lihtsalt ümber lükatud või eitav. Binaarses süsteemis muutuks 0 1-ks ja vastupidi. See klappimine toimub väga kiiresti ja väga sageli järjest ning järgib programmi algoritmi.
- Kvantvõre algse oleku määramiseks kiiritatakse seda laserimpulssidega. Kiirguse pikkus võib määrata aatomi ergastatud oleku tõenäosuse.
- Pärast umbes kümne mikrosekundi kiiritamist on ioon, mis esialgu ei erutu, ergastatud olekus. Kuid kui seda aatomit kiiritatakse ainult poole kauem, on see selles vahepealses olekus, kuna see on 50 protsenti tõenäolisemalt põhiseisundis ja 50 protsenti suurema tõenäosusega ergastatud olekus.
- Tulemuse lugemiseks pärast algoritmi täitmist lastakse ioonidele teine erineva lainepikkusega laserimpulss. Fluorestsents näitab, kas nad on erutatud või mitte. Seejärel saab arvuti määrata õiged väärtused.
Kvantarvutid: tänapäevane tehnika
Las Vegases toimuval elektroonikamessil esitles IBM oma selle aasta esimest turule valmis kvantarvutit.
- Võrreldes varasemate mudelitega arvutab IBM Q Systems One juba 20 juppi, mis on korrektselt töötava kvantarvuti mõõdupuu. IBMi teatel on see suutnud hoida 20 vutti ettevalmistatud olekus 75 mikrosekundi jooksul.
- 50 vutiga kvantarvuti peaks suutma panna iga klassikalise superarvuti taskusse.
- IBM Q Systems One - klaaskasti pikkuse ja laiusega kaks ja pool meetrit ei tohiks müügiks pakkuda. Selle asemel saavad valitud kasutajad sellele pilve kaudu juurde pääseda ja arvutusi teha.
Kvantarvutist perfokaardini: just see nägi välja esimene arvuti
Järgmises praktilises näpunäites näitame teile, kuidas õigesti teisendada kahend- ja kuueteistkümnendarvu.