▷ Wat is een quantumprocessor en hoe werkt het?

U vraagt ​​zich misschien af wat een kwantumprocessor is en hoe werkt het ? In dit artikel zullen we ons verdiepen in deze wereld en proberen meer te leren over dit vreemde wezen dat misschien ooit deel zal uitmaken van ons prachtige RGB-chassis, natuurlijk quantum.

Inhoudsindex

Zoals alles in dit leven, pas je je aan of sterf je. En het is precies wat er met technologie gebeurt en niet precies in een reeks van miljoenen jaren als levende wezens, maar in een kwestie van jaren of maanden. De technologie evolueert in een duizelingwekkend tempo en grote bedrijven innoveren voortdurend in hun elektronische componenten. Meer vermogen en minder verbruik om het milieu te beschermen zijn de gebouwen die tegenwoordig in de mode zijn. We hebben een punt bereikt waarop de miniaturisatie van geïntegreerde schakelingen bijna de fysieke limiet bereikt. Intel zegt dat het 5 nm zal zijn, verder zal er geen geldige wet van Moore zijn. Maar een ander cijfer wint aan kracht en het is de kwantumprocessor. Al snel beginnen we al zijn voordelen uit te leggen.

Met IBM als voorloper worden grote bedrijven als Microsoft, Google, Intel en NASA al aangemoedigd om te zien wie de meest betrouwbare en krachtige quantumprocessor kan bouwen. En het is zeker de nabije toekomst. We zien waar deze kwantumprocessor om draait

Hebben we een kwantumprocessor nodig

De huidige processors zijn gebaseerd op transistors. Met behulp van een combinatie van transistors worden logische poorten gebouwd om de elektrische signalen die er doorheen stromen te verwerken. Als we ons aansluiten bij een reeks logische poorten, krijgen we een processor.

Het probleem zit dan in de basiseenheid, de transistors. Als we deze miniaturiseren, kunnen we meer op één plek plaatsen, wat meer verwerkingskracht oplevert. Maar natuurlijk is er een fysieke limiet aan dit alles, wanneer we transistors bereiken die zo klein zijn dat ze in de orde van grootte van nanometer zijn, vinden we problemen voor de elektronen die erin circuleren om het correct te doen. Het is mogelijk dat deze uit hun kanaal glippen, botsen met andere elementen in de transistor en kettingstoringen veroorzaken.

En dit is precies het probleem dat we momenteel de grens van veiligheid en stabiliteit bereiken om processors te vervaardigen die klassieke transistors gebruiken.

Quantum computing

Het eerste dat we moeten weten, is wat quantumcomputing is, en het is niet gemakkelijk uit te leggen. Dit concept wijkt af van wat we tegenwoordig kennen als klassiek computergebruik, dat bits of binaire toestanden van "0" (0, 5 volt) en "1" (3 volt) van een elektrische impuls gebruikt om logische ketens te vormen van berekenbare informatie.

Uza.uz-lettertype

Quantum computing van zijn kant gebruikt de term qubit of cubit om te verwijzen naar bruikbare informatie. Een qubit bevat niet alleen twee toestanden zoals 0 en 1, maar het kan ook tegelijkertijd 0 en 1 of 1 en 0 bevatten, dat wil zeggen dat het deze twee toestanden tegelijkertijd kan hebben. Dit houdt in dat we geen element hebben dat afzonderlijke waarden 1 of 0 aanneemt, maar omdat het beide toestanden kan bevatten, heeft het een continu karakter en daarbinnen bepaalde toestanden die min of meer stabiel zullen zijn.

Hoe meer qubits, hoe meer informatie kan worden verwerkt

Juist in het vermogen om meer dan twee staten te hebben en er meerdere tegelijkertijd te hebben, ligt de kracht ervan. Mogelijk kunnen we meer berekeningen tegelijkertijd en in minder tijd uitvoeren. Hoe meer qubits, hoe meer informatie kan worden verwerkt, in deze zin is het vergelijkbaar met traditionele CPU's.

Hoe een kwantumcomputer werkt

De operatie is gebaseerd op de kwantumwetten die de deeltjes beheersen die de kwantumprocessor vormen. Alle deeltjes hebben naast protonen en neutronen ook elektronen. Als we een microscoop nemen en een stroom elektronendeeltjes zien, kunnen we zien dat ze een soortgelijk gedrag vertonen als golven. Wat een golf kenmerkt, is dat het een transport van energie is zonder het transport van materie, bijvoorbeeld geluid, het zijn trillingen die we niet kunnen zien, maar we weten dat ze door de lucht reizen totdat ze onze oren bereiken.

Welnu, elektronen zijn deeltjes die zich kunnen gedragen als een deeltje of als een golf en dit zorgt ervoor dat toestanden elkaar overlappen en dat 0 en 1 tegelijkertijd kunnen voorkomen. Het is alsof de schaduwen van een object worden geprojecteerd, onder de ene hoek vinden we de ene vorm en de andere een andere. De combinatie van de twee vormt de vorm van het fysieke object.

Dus in plaats van twee waarden 1 of 0 die we kennen als bits, die zijn gebaseerd op elektrische spanningen, kan deze processor werken met meer toestanden die quanta worden genoemd. Een quantum kan, naast het meten van de minimale waarde die een magnitude kan aannemen (bijvoorbeeld 1 volt), ook de kleinst mogelijke variatie meten die deze parameter kan ervaren bij het overgaan van de ene toestand naar de andere (bijvoorbeeld de vorm kunnen differentiëren) van een object door middel van twee gelijktijdige schaduwen).

We kunnen 0, 1 en 0 en 1 tegelijkertijd hebben, dat wil zeggen bits bovenop elkaar

Voor alle duidelijkheid, we kunnen 0, 1 en 0 en 1 tegelijkertijd hebben, dat wil zeggen bits bovenop elkaar. Hoe meer qubits, hoe meer bits we boven elkaar kunnen hebben en hoe meer waarden we tegelijkertijd kunnen hebben. Op deze manier zullen we in een 3-bits processor taken moeten uitvoeren die een van deze 8 waarden hebben, maar niet meer dan één tegelijk. Aan de andere kant hebben we voor een 3 qubit-processor een deeltje dat acht toestanden tegelijk kan aannemen en dan kunnen we taken uitvoeren met acht bewerkingen tegelijkertijd

Om ons een idee te geven, de krachtigste processoreenheid die ooit is gemaakt, heeft momenteel een capaciteit van 10 teraflops of wat dezelfde 10 miljard drijvende-kommabewerkingen per seconde is. Een 30-qubit-processor zou hetzelfde aantal bewerkingen kunnen uitvoeren. IBM heeft al een 50-bit quantumprocessor en we bevinden ons nog in de experimentele fase van deze technologie. Stel je voor hoe ver we kunnen gaan, aangezien je kunt zien dat de prestaties veel hoger zijn dan in een normale processor. Naarmate de qubits van een kwantumprocessor toenemen, vermenigvuldigen de bewerkingen die deze kan uitvoeren exponentieel.

Hoe maak je een quantumprocessor

Dankzij een apparaat dat in staat is om met continue toestanden te werken in plaats van slechts twee mogelijkheden te hebben, is het mogelijk om problemen te heroverwegen die tot nu toe onmogelijk waren op te lossen. Of los huidige problemen ook sneller en efficiënter op. Al deze mogelijkheden worden geopend met een kwantummachine.

Om de eigenschappen van de moleculen te "kwantificeren", moeten we ze op temperaturen brengen die dicht bij het absolute nulpunt liggen.

Om deze toestanden te bereiken, kunnen we geen transistors gebruiken op basis van elektrische impulsen die uiteindelijk ofwel een 1 ofwel een 0 zullen zijn. Om dit te doen, zullen we verder moeten kijken, specifiek naar wetten van de kwantumfysica. We zullen ervoor moeten zorgen dat deze qubit, fysiek gevormd door deeltjes en moleculen, in staat is iets soortgelijks te doen als wat transistors doen, dat wil zeggen, om op een gecontroleerde manier relaties tussen hen tot stand te brengen, zodat ze ons de informatie bieden die we willen.

Dit is wat echt ingewikkeld is en het onderwerp dat overwonnen moet worden in quantum computing. Om de eigenschappen van de moleculen waaruit de processor bestaat te “kwantificeren”, moeten we ze op temperaturen brengen die dicht bij het absolute nulpunt liggen (-273, 15 graden Celsius). Om ervoor te zorgen dat de machine weet hoe ze de ene toestand van de andere kan onderscheiden, moeten we ze anders maken, bijvoorbeeld een stroom van 1 V en 2 V, als we een spanning van 1, 5 V plaatsen, weet de machine niet dat het de een of de ander is. En dit is wat moet worden bereikt.

Nadelen van quantum computing

Het belangrijkste nadeel van deze technologie is juist die van het beheersen van deze verschillende toestanden waardoor materie kan passeren. Met gelijktijdige toestanden is het erg moeilijk om stabiele berekeningen uit te voeren met behulp van kwantumalgoritmen. Dit wordt kwantuminconsistentie genoemd, hoewel we niet in onnodige tuinen gaan. Wat we moeten begrijpen, is dat hoe meer qubits we meer toestanden zullen hebben, en hoe groter het aantal toestanden, hoe meer snelheid we zullen hebben, maar ook moeilijker te beheersen zullen de fouten zijn in de veranderingen van materie die zich voordoen.

Bovendien zeggen de normen die deze kwantumtoestanden van atomen en deeltjes beheersen dat we het rekenproces niet kunnen observeren terwijl het plaatsvindt, omdat als we erin zouden interfereren, de gesuperponeerde staten volledig zouden worden vernietigd.

Kwantumtoestanden zijn uiterst kwetsbaar en computers moeten volledig onder vacuüm en bij temperaturen dichtbij het absolute nulpunt worden geïsoleerd om een ​​foutenpercentage in de orde van 0, 1% te bereiken. Ofwel fabrikanten van vloeistofkoeling plaatsen de batterijen of we hebben geen kwantumcomputer meer voor Kerstmis. Vanwege dit alles zullen er op zijn minst op middellange termijn kwantumcomputers voor gebruikers zijn, misschien zijn er een paar van deze over de hele wereld verspreid onder de vereiste omstandigheden en kunnen we ze via internet openen.

Gebruikt

Met hun verwerkingskracht zullen deze kwantumprocessors voornamelijk worden gebruikt voor wetenschappelijke berekeningen en om eerder onopgeloste problemen op te lossen. Het eerste toepassingsgebied is mogelijk chemie, juist omdat de quantumprocessor een element is dat is gebaseerd op deeltjeschemie. Hierdoor kon men de kwantumtoestanden van materie bestuderen, die tegenwoordig onmogelijk op te lossen zijn met conventionele computers.

• We raden u aan de beste processors op de markt te lezen

Hierna zou het toepassingen kunnen hebben voor de studie van het menselijk genoom, het onderzoeken van ziekten, enz. De mogelijkheden zijn enorm en de claims zijn reëel, dus we kunnen alleen maar wachten. We zijn klaar voor de herziening van de kwantumprocessor!