Quantum Computing Explained

L'informatica quantistica termine farvi sentire come se fosse una di quelle cose che non si può facilmente capire? Beh, non sei del tutto sbagliato. E 'un argomento delicato e complesso, difficile da spiegare e il fatto che si tratta di un campo relativamente nuovo di studio, forse, rende ancora più incomprensibile. In termini estremamente semplici, quantum computing ha il potenziale per accelerare i calcoli (come se i computer classici non erano abbastanza veloci) in misura incredibile che porti ad un progresso esponenziale della potenza di elaborazione. Perché abbiamo bisogno di velocità inimmaginabili e potenza di elaborazione? Ad un certo punto nella vita, o hanno visto un film o qualche sci-fi serie TV in cui i buoni devono incidere in una rete informatica e fermare i cattivi da far saltare in aria il mondo o qualche atto tale male. Ora c'è una bomba a orologeria che ticchetta ai suoi ultimi momenti ed i nostri bravi ragazzi hanno bisogno di indovinare la password e hanno bisogno di indovinare velocemente prima di essere fatto saltare in aria! Un computer quantistico sarebbe stato mandato dal cielo per questo scenario. Questo è forse, una domanda peregrina per un computer quantistico, ma cifre di interruzione a jet-velocità è sicuramente uno dei suoi usi promettenti.

Rendere senso della parola "Quantum"

Per avere computazione quantistica ha spiegato, abbiamo bisogno di approfondire un po 'nella meccanica quantistica. La meccanica quantistica si basa sul principio che ogni oggetto è fatto di particelle quantistiche o quanti (atomi, elettroni e fotoni). Queste particelle, a volte, si comportano come onde e, talvolta, le onde si comportano come particelle, ma in realtà non sono né, a meno che qualcuno la osserva. Inoltre, ciò che l'osservatore si trova bene, una probabilità casuale! Suona strano? Beh, appendere in là. I quanti può esistere in due stati contemporaneamente! Questo è chiamato il principio di sovrapposizione nella teoria quantistica, che trova applicazione nel campo dell'informatica quantistica. Un'altra contro-intuitivo principio della fisica quantistica dice che esiste una forte correlazione tra quanti, anche quando sono divise da enormi distanze, anche se sono agli estremi opposti dell'universo! Questo è il principio entanglement. Benvenuti nel bizzarro mondo della meccanica quantistica.

Come funziona I computer quantistici?

Se il paragrafo precedente non ha molto senso, forse questa una volontà. Un computer classico usa bit per codificare le informazioni, che rappresentano uno o zero, mentre un computer quantistico usa qubit. Quindi, con riferimento al paragrafo precedente, può rappresentare un qubit uno, uno zero o una sovrapposizione di questi contemporaneamente, ottenendo così parallelismo quantistico. Da questo, si capisce che un qubit può essenzialmente rappresentare le informazioni molto più di un bit in un computer classico.

L'informatica quantistica è cominciato come un 'idea che se i principi della meccanica quantistica può essere rappresentata con la costruzione di un computer quantistico, l'informatica potrebbe essere rivoluzionato. Richard Feynman, un fisico premio Nobel è considerato uno dei pionieri nel campo della computazione quantistica. Pensava che l'idea di un computer quantistico nel 1982. Nel 1994, Peter Shor, uno scienziato con Bell Labs, messo a punto un algoritmo che potrebbe essere usato per fattorizzare numeri enormi in particolare prodotti di fattori primi, utilizzando un computer quantistico. Tuttavia, questo era ancora un tentativo teorico perché non c'era nessun computer quantistico reale costruito per testare l'algoritmo.

Prime sfide nella costruzione di un Computer Quantico

Sebbene i computer quantistici da allora sono stati costruiti, soprattutto negli ultimi anni, i pionieri in questo campo ha avuto alcuni problemi reali nel tentativo di costruirli. Mentre diversi algoritmi sono state scritte per un ipotetico computer quantistico, le contro-intuitivi principi su cui essa si basava ironicamente rappresentato la sfida più grande nella realizzazione di un dispositivo fisico. Mantenere la coerenza degli stati quantici si è rivelata più difficile. Quantum parallelismo potrebbe essere raggiunta solo quando gli stati quantistici potrebbero essere conservati / controllato per un certo periodo desiderato. Fattori ambientali esterni (compreso l'atto di misurare lo stato quantico, il rumore classico e rumore quantico, ecc) erano noti per causare decoerenza quantistica e tutte le successive ricerche nel campo dei computer quantistici hanno iniziato a concentrarsi sul controllo o la rimozione di decoerenza di isolare questi fattori esterni .

Dispositivi per il controllo Quantum Decoerenza

Le trappole di ioni * e trappole ottiche: elettrodi allungati formano un campo elettromagnetico a ioni trappola, frenare il potenziale per gli atomi a sterzare. Dispositivi trappola ionica sono stati fabbricati su chip. Trappole ottiche si applicano le onde luminose per il controllo delle particelle.

* I qubit superconduttori: si tratta di permettere agli elettroni di fluire con minor resistenza alle basse temperature.

Qubit a semiconduttore * e punti quantici: si tratta in possesso di tempi ormai coerenti.

I computer quantistici sono state costruite?

I computer quantistici con un paio di qubit (fino a 10) sono state costruite nei laboratori di ricerca e fanno eseguire alcuni calcoli matematici di base. Una delle aziende più inventive del mondo, IBM sta investendo nella ricerca computazione quantistica, perché prevedono un grande potenziale di mercato. Molte altre aziende, come anche gli scienziati informatici ritengono che i computer, una volta Quantum Leap indietro da laboratori di ricerca nel territorio commerciale, potrebbero diventare Game Changer. Un dispositivo completamente funzionale quantum con migliaia di qubit entangled è ancora un idea futuristica. Tuttavia, c'è molta speculazione meno le funzionalità di computer quantistici. In realtà, molti scienziati concordano sul fatto che un vero e proprio full-scala potente dispositivo potrebbe aprire possibilità che non sono stati immaginati o percepita con i modelli giocattolo attuali, gli algoritmi di simulazione e teorie.

E 'già sul libero mercato?

Se pensavate che il mondo della computazione quantistica è abbastanza bizzarro, ecco qualcosa che è sulla stessa linea. Nel maggio del 2011, una società canadese chiamato D-Wave Systems ha fatto notizia per aver venduto a 128-qubit sistema di computazione quantistica, chiamato "D-Wave One", ad una società di sicurezza globale, Lockheed Martin. Mentre alcuni ricercatori hanno messo in dubbio le affermazioni della società di aver costruito un sistema mitico nota l'esistenza solo teoricamente, tuttavia, la società sta portando avanti con la costruzione ancora più potenti computer quantistici da scalare fino a migliaia di qubit. Lockheed Martin di essere una società di sicurezza, tutti gli aspetti di progettazione e le applicazioni della sua state-of-the-art di acquisto è stata tenuta segreta, alimentando ulteriormente la speculazione.

Usi di computer quantistici

I computer quantistici sono stati sempre pensato nel contesto di complessi calcoli matematici e gli aspetti quali l'apprendimento della macchina e l'intelligenza artificiale. L'informatica quantistica promette di avere la capacità di confrontare simultaneamente un gran numero di variabili e di elaborare un numero enorme di probabilità. Queste caratteristiche lo rendono ideale per applicazioni nei settori seguenti.

* Diagnosi medica: In questo caso, diversi sintomi dovrà essere confrontato con diverse caratteristiche della malattia ei risultati di vari altri test diagnostici.

* Bioinformatica / Simulazioni biomedica: La potenza di elaborazione in parallelo di computer quantistici sarà utile per confrontare grandi insiemi di dati clinici con strumenti statistici e probabilistici.

Robotica *: machine learning e concetti di intelligenza artificiale in grado di utilizzare la potenza dei computer quantistici per alimentare il cervello dei robot intelligenti.

* Modeling Clima: Ancora una volta grazie alla capacità di eseguire l'elaborazione in parallelo di una serie di variabili, i computer quantistici in grado di fornire simulazioni hi-tech.

* Cryptanalysis: Aggira la crittografia di sicurezza per cracking di cifre per esporre le debolezze nei sistemi di sicurezza, questa tecnica implica la collaborazione con varie combinazioni di tasti sicuri che è un uso del marchio per i computer quantistici.

Mentre computazione quantistica non è forse andando a modificare drasticamente il nostro uso quotidiano del computer se non nella misura della miniaturizzazione dell'hardware di elaborazione, la sua applicazione nei settori di cui sopra sarà qualcosa per guardare al futuro. Si può solo immaginare quanto sconcertante l'impatto di un tale salto di qualità nella tecnologia può essere.