Làm thế nào để máy tính lượng tử làm việc? - Giải thích đơn giản
Ngày nay, các nhà khoa học liên tục làm việc trên máy tính lượng tử. IBM gần đây đã ra mắt máy tính lượng tử đầu tiên của mình. Chúng tôi giải thích làm thế nào những điều này làm việc ở đây.
Máy tính lượng tử: Đó là những gì được gọi là qubit
Cái gọi là qubit được sử dụng trong máy tính lượng tử.
- Các bit thông thường trên máy tính chỉ có thể nhận hai giá trị khác nhau: 0 và 1 hoặc "bật" và "tắt". Tuy nhiên, một qubit có thể ở trạng thái trung gian bằng 0 và một trong một khoảng thời gian nhất định, cái gọi là thời gian kết hợp.
- Ở trạng thái này, các nhà khoa học nói về sự chồng chất . Thông qua một phép đo, qubit sau đó thay đổi thành một trong hai trạng thái được xác định rõ ràng, để kết quả đo có thể được lưu trong một bit cổ điển. Về mặt kỹ thuật, sự mất chồng chất được gọi là sự trang trí .
- Trong phòng thí nghiệm, các qubit như vậy được tạo ra từ các ion hoặc các vòng siêu dẫn, được gọi là SQUID .
- Khi làm việc với các ion, một ion không được kích thích tương ứng với trạng thái 0 và một ion bị kích thích thành trạng thái 1. Một nguyên tử có năng lượng thấp nhất có thể được cho là không bị kích thích. Tuy nhiên, nếu bạn thêm năng lượng vào một nguyên tử, nó rất phấn khích vì các electron bên ngoài đạt mức năng lượng cao hơn. Các ion có thể được kích thích bằng laser.
Thanh ghi lượng tử - bạn cần biết rằng
Một số qubit được yêu cầu để giải các phép toán số học. Người ta nói về cái gọi là thanh ghi lượng tử. Thông tin sau đó được phân phối cho tất cả các qubit của một thanh ghi.
- Một thanh ghi lượng tử như vậy thường bao gồm 14 ion được lưu trữ dọc theo một trục ở khoảng cách vài micromet. Điều quan trọng là các qubit này dễ thao tác, nhưng cũng miễn nhiễm với nhiễu.
- Điều này có nghĩa là các qubit phải duy trì ở trạng thái tương ứng càng lâu càng tốt cho đến khi hoạt động số học được thực hiện. Trang trí, tức là rơi trở lại trạng thái cổ điển, phải bị trì hoãn càng lâu càng tốt.
- Toán tử logic được sử dụng để thao túng các trạng thái đã được sử dụng trong khoa học máy tính. Trong máy tính lượng tử, các toán tử này được gọi là cổng lượng tử. Đây là những yếu tố quyết định trong thời gian chiếu xạ và cho bước sóng của ánh sáng.
- Hoạt động đơn giản nhất là phủ định, được gọi là KHÔNG . Trạng thái của một qubit chỉ đơn giản là lật hoặc phủ định. Trong hệ thống nhị phân, 0 sẽ trở thành 1 và ngược lại. Việc lật này xảy ra rất nhanh và rất thường xuyên liên tiếp và tuân theo thuật toán của chương trình.
- Để xác định trạng thái ban đầu của một mạng lượng tử, nó được chiếu xạ bằng các xung laser. Độ dài của bức xạ có thể xác định xác suất mà một nguyên tử ở trạng thái kích thích.
- Sau khoảng mười micro giây chiếu xạ, một ion ban đầu không bị kích thích sẽ ở trạng thái kích thích. Tuy nhiên, nếu nguyên tử này được chiếu xạ chỉ trong một nửa thời gian dài, thì nó sẽ ở trạng thái trung gian đó, vì nó có khả năng cao hơn 50% ở trạng thái cơ bản và có khả năng cao hơn 50% ở trạng thái kích thích.
- Để đọc kết quả sau khi thực hiện thuật toán, một xung laser khác có bước sóng khác được bắn vào các ion. Huỳnh quang cho biết họ có phấn khích hay không. Sau đó, máy tính có thể xác định các giá trị chính xác.
Máy tính lượng tử: hiện đại
Tại hội chợ điện tử ở Las Vegas, IBM đã trình bày máy tính lượng tử sẵn sàng cho thị trường đầu tiên trong năm nay.
- So với các mô hình trước đó, IBM Q Systems One đã tính toán với 20 qubit, đây là thước đo cho một máy tính lượng tử hoạt động chính xác. Theo IBM, họ đã quản lý để giữ 20 qubit ở trạng thái chuẩn bị trong 75 micro giây.
- Một máy tính lượng tử với 50 qubit sẽ có thể đặt bất kỳ siêu máy tính cổ điển nào vào túi của nó.
- Không nên cung cấp IBM Q Systems One - một hộp thủy tinh có chiều dài và chiều rộng hai mét rưỡi để bán. Thay vào đó, người dùng được chọn có thể truy cập nó từ đám mây và thực hiện các tính toán.
Từ một máy tính lượng tử đến một thẻ đục lỗ: Đây là những gì máy tính đầu tiên trông giống như
Trong mẹo thực tế tiếp theo, chúng tôi sẽ chỉ cho bạn cách chuyển đổi chính xác các số nhị phân và thập lục phân.