Computador quântico

Aumentar o poder computacional da tecnologia é uma das principais tarefas dos cientistas e engenheiros. Um computador quântico pode resolvê-lo. O dispositivo está sendo desenvolvido pelo Google, IBM, Intel e outras empresas. Teoricamente, um PC quântico funcionará 100 milhões de vezes mais rápido que o normal.

O que é um computador quântico?

CPU

Esse dispositivo de computação não funciona com bits, mas com qubits. Por esse motivo, um PC quântico é capaz de processar simultaneamente todos os estados possíveis de um objeto. Mas, na prática, os supercomputadores executam o mesmo número de operações lógicas por minuto..

Benefícios

Protótipo

A principal vantagem da nova tecnologia é a superioridade quântica. Essa é a capacidade dos dispositivos de computação para resolver tarefas inacessíveis a supercomputadores poderosos. Nem todos os cientistas apóiam a idéia de criar um PC assim. O principal argumento contra isso é a impossibilidade de verificar a correção da solução obtida. Durante os cálculos, o dispositivo pode cometer um erro misturando 0 e 1, e não será possível identificar o problema.

No momento, o principal problema na criação de superioridade quântica é a estabilidade dos qubits. Esses elementos requerem um manuseio cuidadoso: ruído ou vibração acidental leva à perda de dados que o computador foi capaz de calcular. Para operação estável do equipamento, a temperatura ambiente não deve ser superior a 20 mK.

Como funciona o qubit?

Bit e qubit

Em computadores padrão, as informações são representadas em código binário. Os bits para armazenamento e processamento de dados assumem os valores 0 ou 1. Os transistores executam operações matemáticas e o resultado da conversão de código binário aparece na tela.

O Qubit é uma unidade de armazenamento de informações em um computador quântico. Além de 0 e 1, ele pode estar em um estado de contorno indefinido chamado superposição. Para obter um qubit, você precisa pegar um átomo, corrigi-lo e estabilizá-lo, protegendo-o de radiação estranha, ligá-lo a outro átomo.

Quanto mais esses elementos estiverem interconectados, mais estável o sistema funciona. Para superar um supercomputador clássico, é necessário vincular mais de 49 qubits. É muito difícil fazer isso: os átomos, independentemente dos materiais utilizados, são sempre instáveis.

Computação quântica

Exemplo de cálculo

A teoria diz que, sem interação com outras partículas, o elétron não possui coordenadas inequívocas na órbita atômica. Somente durante a medição a incerteza desaparece e a localização da partícula se torna conhecida.

A natureza probabilística das mudanças permite o uso da computação quântica para pesquisar bancos de dados não estruturados..

Sobreposição e Ofuscação

A operação do computador é baseada em dois fenômenos mecânicos:

  1. Emaranhado. Um fenômeno no qual o estado de dois ou mais objetos é interdependente. Por exemplo, em 2 fótons em um estado emaranhado, o helicóptero será negativo e positivo. O relacionamento permanecerá se você remover objetos um do outro no espaço.
  2. Superposição coerente. O impacto simultâneo na partícula de condições alternativas (mutuamente exclusivas).

Decoerência

Este é um processo no qual o estado de um sistema quântico se torna incontrolável. A descoerência ocorre quando muitos qubits dependem um do outro. O problema ocorre quando o computador interage com radiação, raios cósmicos ou um campo magnético..

Diferentes métodos são usados ​​para proteger os computadores da rolagem para os processos de computação usuais. O D-Wave Systems resfria os átomos a zero para protegê-los de influências externas. O processador quântico é colocado em invólucros de proteção, portanto o dispositivo final é muito volumoso.

A probabilidade de criar um PC quântico

Comparação com o clássico

Um qubit não pode ser construído a partir de várias partículas e apenas átomos podem estar no estado requerido. Por padrão, essas múltiplas partículas são instáveis. Cientistas chineses e canadenses tentaram usar chips de fótons para desenvolver um computador, mas a pesquisa não teve êxito.

Tipos existentes de PCs quânticos:

  • em cristais de silício semicondutores;
  • em elétrons em pontos quânticos semicondutores;
  • em microcavidades de cavidade única;
  • em elementos ópticos lineares;
  • em íons em um cristal unidimensional preso em Paul.

A computação quântica envolve uma sequência de operações executadas com um ou mais qubits, o que causa alterações em todo o sistema. A tarefa é escolher entre todos os seus estados o correto que fornece o resultado dos cálculos. Pode haver o maior número possível de estados, o mais próximo possível do verdadeiro.

A precisão desses cálculos é quase sempre diferente da unidade..

História da criação

Um PC quântico completo requer avanços significativos na física. A programação deve ser diferente da existente agora. Os dispositivos de computação quântica não serão capazes de resolver problemas que estão além do poder dos comuns, mas acelerarão as soluções daqueles com os quais lidam..

A última inovação foi a criação do processador Bristlecone pelo Google. Na primavera de 2018, a empresa emitiu uma declaração sobre a obtenção de um processador de 72 qubit, mas seus princípios de trabalho não endossaram. Acredita-se que, para atingir a “superioridade quântica”, quando um PC começar a exceder o habitual, serão necessários 49 qubits. O Google alcançou a condição, mas a probabilidade de erro de cálculo (0,6%) permaneceu acima do exigido.

Onde os computadores quânticos podem ser usados?

Dispositivo e funções

A criptografia moderna é baseada no fato de que é impossível decompor rapidamente um número em 40 a 50 caracteres. Os computadores clássicos levarão de 1 a 2 bilhões de anos para fazer isso. Um PC quântico fará esses cálculos matemáticos em 25 segundos. Isso significa que qualquer algoritmo de criptografia pode ser quebrado instantaneamente..

Outras aplicações de dispositivos de computação quântica:

  • modelagem de reação química;
  • Inteligência artificial;
  • desenvolvimento de novos medicamentos.

PCs quânticos modernos não sabem como.

Os dispositivos são capazes de executar um algoritmo matemático com desempenho tremendo..

Eles são adquiridos por grandes empresas, por exemplo, para coletar estatísticas do usuário.

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