Ne kemi dëgjuar për kompjuterët kuantikë për të paktën disa vjet. Por çfarë është ajo? Për çfarë shërben një kompjuter kuantik? Sot është e gjitha për të me fjalë të thjeshta.
Kuantike kompjuter është një shpikje për të cilën shumë studiues kanë shpresa të mëdha, duke pritur që ajo të ketë një ndikim pozitiv në zhvillimin e shkencës. Megjithatë, të kuptuarit se si funksionon fizika kuantike është shumë e vështirë. Disa fizikanë madje dyshojnë nëse "kompjuterët kuantikë" aktualë duhet të quhen kështu. Pengesa më e madhe në përdorimin e llogaritjes kuantike është numri i madh i gabimeve që ndikohen edhe nga ndryshimet më të vogla në mjedisin e makinave kuantike. Deri më tani, ne nuk kemi arritur ende të shfrytëzojmë plotësisht në mënyrë të kënaqshme potencialin e biteve kuantike. Sot do të përpiqemi të zbulojmë se çfarë është e veçantë për këto bit kuantike?
A ekzistojnë kompjuterët kuantikë?
Thelbi i çdo shkencëtari të vërtetë është të mos besosh dhe të kontrollosh gjatë gjithë kohës. Mua më kujtuan pikërisht këto fjalë kur isha ende student. Dhe më shumë se një herë ai u sigurua për korrektësinë e kësaj fraze. Kjo vlen edhe për "kompjuterët kuantikë". Pse citova emrin e këtyre kompjuterëve? Le të zbulojmë.
Kompjuterët kuantikë janë një temë shumë komplekse, por unë do të përpiqem ta bëj sa më të thjeshtë dhe të flas rreth tyre në një mënyrë të arritshme. Edhe sot, shkencëtarët, fizikanët dhe inxhinierët mund të debatojnë pyetjen në dukje të thjeshtë nëse një kompjuter kuantik që funksionon ekziston diku në botë. “Por si, në fund të fundit, kompanitë si IBM mburren me kompjuterët kuantikë!” – mund të thotë dikush. Dhe ai do të ketë të drejtë. Mbetet një pyetje e hapur nëse IBM ka krijuar vërtet një kompjuter kuantik apo thjesht e ka quajtur pajisjen e saj një "kompjuter kuantik".
Kur një nga miqtë e mi më kërkon të shpjegoj me fjalë të thjeshta se si kompjuterët kuantikë ndryshojnë nga kompjuterët me të cilët jemi mësuar, zakonisht përdor një krahasim të thjeshtë. Nëse kompjuterët tanë klasikë (si p.sh PC, laptopë që smartphone) janë qirinj, atëherë kompjuterët kuantikë janë llamba. Qëllimi i të dyjave është i njëjtë - për llambat inkandeshente dhe qirinjtë, është emetimi i dritës, dhe për kompjuterët, është për llogaritjet. Megjithatë, në të dyja rastet qëllimi arrihet krejtësisht ndryshe dhe rezultati është i ndryshëm. E thënë thjesht, një kompjuter kuantik nuk është thjesht një version i përmirësuar i kompjuterëve modernë, ashtu si një llambë nuk është thjesht një qiri më i madh. Ju nuk mund të krijoni një llambë duke i bërë qirinjtë gjithnjë e më mirë. Llamba e dritës është e ndryshme teknologjisë, bazuar në një kuptim më të thellë shkencor. Po kështu, një kompjuter kuantik është një lloj i ri pajisjesh i bazuar në fizikën kuantike, dhe ashtu si llamba e dritës ndryshoi shoqërinë, kompjuterët kuantikë mund të ndikojnë në shumë aspekte të jetës sonë, duke përfshirë nevojat e sigurisë, kujdesin shëndetësor dhe madje edhe internetin.
Pra, nëse i përmbahemi krahasimit të kompjuterëve me llamba, atëherë "Jozef Swan kuantik" (krijuesi i llambës së parë funksionale inkandeshente) nuk është shfaqur ende dhe deri më tani shkenca po përpiqet, me fjalë të thjeshta, të bëjë "diçka e kuqe dhe e nxehtë" duke kontrolluar se sa shkëlqen. Ne i dimë disa nga bazat teorike se si funksionojnë kompjuterët kuantikë, por ka pengesa të mëdha për zhvillimin e tyre që ende presin të zgjidhen.
Qendrat kërkimore dhe kompanitë në mbarë botën po kryejnë teste dhe kërkime të mëtejshme, dhe ekspertët në fushën e fizikës kuantike pajtohen se krijimi i makinave kuantike plotësisht funksionale që ne mund t'i përdorim për të arritur qëllime që janë të pamundura për t'u arritur në këtë fazë, padyshim do të kalojë dhjetëra të viteve.
Unë besoj, dhe shumë shkencëtarë do të pajtohen me mua, se makinat që aktualisht quhen kompjuterë kuantikë nuk e meritojnë fare një emër të tillë. Atyre u mungon aftësia për të kryer llogaritje ose për të zgjidhur probleme që ne nuk mund t'i zgjidhim në një mënyrë normale, klasike.
Ne nuk kemi arritur ende një shkallë të tillë të zhvillimit tonë teknologjik që të mund të krijonim një makinë kuantike që do të zgjidhte probleme që aktualisht janë të paarritshme për kompjuterët klasikë. Sigurisht, Google ose IBM flasin për disa ose të tjera llogaritje të kryera që do të ishin të vështira për t'u bërë në një mënyrë klasike, por për momentin nuk janë bindëse.
Lexoni gjithashtu: Kina është gjithashtu e etur për të eksploruar hapësirën. Pra, si po bëjnë ata?
Çfarë është një kuantike?
Çfarë është një "kuantike" gjithsesi? Nuk është një objekt fizik. Termi "kuant" përdoret në fizikë për të përshkruar fraksionin më të vogël të mundshëm të diçkaje. Pra, ju mund të keni një "kuantë force", një "kuantë kohore" ose një "kuantë të grimcave". Duke ndjekur këtë rrugë, do të arrijmë në terma të tillë si "fizikë kuantike" dhe "mekanikë kuantike", pra degë të shkencës që kanë të bëjnë me ndërveprimet ose sistemet më të vogla të mundshme - në nivelin e atomeve dhe madje edhe të kuarkeve individuale.
Dhe tani kemi arritur në qubit (bit kuantik), domethënë "njësinë më të vogël dhe të pandashme të informacionit kuantik". Në të njëjtën kohë, ne vijmë edhe te pika e parë, e cila na tregon për ngjashmëritë dhe ndryshimet në mënyrën se si kompjuterët klasikë (duke përdorur bit) dhe kompjuterët kuantikë (duke përdorur kubit) kryejnë llogaritjet.
Në kompjuterët klasikë, çdo pjesë e informacionit ruhet si një sekuencë e njësheve dhe zerove. Një informacion i tillë perceptohet dhe interpretohet nga një kompjuter, tastierë, smartphone, Orë e zgjuar që TV inteligjent, të ngjashme me operacionet që kryhen mbi këtë informacion. Pavarësisht nëse shikojmë fotot e pushimeve, bisedojmë me miqtë, luajmë lojën më të fundit ose kryejmë llogaritje të avancuara kriptografike, gjithçka ndodh në një sistem binar ku ka 0 ose 1 dhe asgjë tjetër. Në fakt, është më shumë si një po ose jo klasike.
Se sa joefikas është ky sistem, mund të shihet kur të arrijmë kufijtë e tij. Dhe nëse na mbaron hapësira në smartfonët tanë për një selfie tjetër apo shkencëtarët po përpiqen të krijojnë modele matematikore të zhvillimit të një pandemie, problemi është se ka shumë zero dhe një, dhe burimet për t'i ruajtur ato dhe fuqia për llogaritur ato nuk janë të disponueshme.
Qubit e zgjidh këtë problem. Kjo pjesë e informacionit përdor vetitë e fizikës kuantike që e lejojnë atë të mbetet në një të ashtuquajtur mbivendosje. Një kubit mund të marrë çdo vlerë midis 0 dhe 1. Ai ka vetitë e të gjithë spektrit dhe mund të ketë vlera të tilla si 15 përqind zero dhe 85 përqind një. Teorikisht, kjo ju lejon të ruani shumë më tepër informacion ose të shpejtoni llogaritjet. Por në të njëjtën kohë, lindin shumë probleme që janë të vështira për t'u kontrolluar dhe madje kuptuar.
Një tipar tjetër i kompjuterëve kuantikë, i cili lejon shkallëzim shtesë të fuqisë llogaritëse, është përdorimi i ngatërrimit kuantik. Kjo është një gjendje ku dy kubit janë të lidhur me njëri-tjetrin, dhe sa herë që ne vëzhgojmë njërin prej tyre, tjetri do të jetë saktësisht në të njëjtën gjendje. Ngatërrimi lejon që kubitët të grupohen në njësi edhe më efikase për regjistrimin dhe përpunimin e informacionit.
Lexoni gjithashtu: Cilët janë biohakerët dhe pse ata vullnetarisht çipojnë veten?
Pajisje kuantike
Një kompjuter kuantik përbëhet nga tre pjesë kryesore: një zonë për ruajtjen e kubitëve, një metodë për transmetimin e sinjaleve në kubit dhe një kompjuter klasik për ekzekutimin e një programi dhe dërgimin e udhëzimeve.
Materiali kuantik që përbën kubit është delikat dhe jashtëzakonisht i ndjeshëm ndaj ndikimeve mjedisore. Për disa metoda të ruajtjes së kubitëve, njësia që strehon kubitët mbahet në një temperaturë afër zeros absolute për të maksimizuar koherencën e tyre. Llojet e tjera të ruajtjes së kubit përdorin një dhomë vakum për të minimizuar dridhjet dhe për të stabilizuar kubitët.
Ekzistojnë metoda të ndryshme të transmetimit të sinjaleve në kubit, të tilla si mikrovalët, lazerët dhe tensioni elektrik.
Për të vendosur funksionimin normal të kompjuterëve kuantikë, është e nevojshme të zgjidhen shumë probleme. Një problem i madh me kompjuterët kuantikë është korrigjimi i gabimeve dhe shkallëzimi (shtimi i më shumë kubitëve) rrit më tej frekuencën e tyre. Për shkak të këtyre kufizimeve, një kompjuter personal kuantik në tryezën tuaj është ende një e ardhme e largët, por kompjuterët kuantikë komercialë mund të bëhen të disponueshëm në të ardhmen e afërt. Le të flasim për këtë në më shumë detaje.
Problemet e kompjuterëve kuantikë
Megjithatë, kompjuterët kuantikë kanë një problem të madh. Kjo do të thotë, shkencëtarët kanë një problem të madh me përdorimin e tyre, sepse, falë vetive të tyre të veçanta, kubitët kanë nevojë për një mjedis mjaft të qetë për të qenë në gjendje të lexojnë me saktësi çdo të dhënë prej tyre. Çdo shkelje, edhe më e vogël, do ta bëjë të pamundur leximin e saktë të informacionit.
Në rastin e kompjuterëve klasikë, një problem i ngjashëm ka luajtur gjithashtu një rol të rëndësishëm në të kaluarën, por sot është aq i parëndësishëm sa që shpesh anashkalohet edhe në shkencën akademike. Po flasim për shkallën e gabimit. Është një tregues që përcakton se çfarë përqindje e biteve ose kubiteve të informacionit mund të korruptohet. Kjo mund të ndodhë, për shembull, në kohën e mbitensionit ose shqetësimeve të tjera.
Për pajisjet klasike, probabiliteti i gabimit është afërsisht një deri 1017 pak Në rastin e kompjuterëve kuantikë, ky është ende një nga disa qindra. Dhe kjo është në një situatë ku kompjuterët kuantikë punojnë në kushtet më të izoluara dhe në një temperaturë prej -272 gradë Celsius, pra pak mbi zero absolute. Çdo luhatje e temperaturës, ndryshime në fushën elektromagnetike, madje edhe lëvizje shkatërrojnë të gjithë llogaritjen.
Një problem tjetër është “paqëndrueshmëria” e gjendjeve kuantike. Sa herë që matim ose duam të shqetësojmë një gjendje kuantike, ajo kthehet në një nga dy pozicionet, zero dhe një. Në këtë rast, gjendja kuantike do të kalbet. Ky proces quhet dekoherencë kuantike.
Mendoni për këtë në këtë mënyrë: një kompjuter kuantik është një matematikan i aftë që kryen llogaritje komplekse dhe rezultatet e tij janë midis 0 dhe 1 milion. Ne, nga ana tjetër, jemi një fëmijë që kupton vetëm se diçka mund të jetë shumë ose shumë pak. Sa herë që një matematikan mund të ketë rezultate të ndryshme, të tilla si 356 ose 670,23, sipas të kuptuarit tonë për botën, secili prej këtyre rezultateve do të klasifikohej si pak (1) ose shumë (846), pa përcaktuar një ndryshim specifik midis të dyjave. Kjo është dekoherenca kuantike. Mënyra e vetme për të bërë një llogaritje të saktë është të garantoni punën e matematikës përpara se të përfundojë.
Lexoni gjithashtu: Çfarë do të bëjnë këmbëngulja dhe zgjuarsia në Mars?
Për çfarë do t'i përdorim kompjuterët kuantikë?
Sot lind pyetja se për çfarë mund të përdoren kompjuterët kuantikë, ashtu si 20 vjet më parë, për çfarë mund të përdoret një smartphone. Sigurisht, tashmë ka disa plane dhe supozime, por drejtimet më interesante për përdorimin e kubitëve ndoshta do të bëhen të qarta kur kompjuterët kuantikë të përhapen.
Kriptografia është një nga fushat më të njohura ku përdoret më shpesh kompjuteri kuantik. Puna është se do të jetë një metodë e transmetimit të informacionit në një mënyrë shumë të sigurt dhe siguria nuk bazohet në kompleksitetin e proceseve llogaritëse, por në ligjet e fizikës, të cilat do të japin besim se disa gjëra janë thjesht të pamundura. Dhe në këtë moment do të jetë e pamundur të dëgjosh, spiunosh, hakosh.
Siguria në këtë rast garantohet nga vetitë fizike të kubitëve, të cilat, siç e shpjegova më herët, pushojnë së shfaquri veçori të mbivendosjes sapo të vëzhgohen. Pra, çdo përpjekje për të përgjuar apo edhe kopjuar mesazhin e koduar thjesht do ta shkatërrojë atë.
Kompjuterët kuantikë mund të na lejojnë gjithashtu të kuptojmë më mirë proceset natyrore. "Kaosi" i mbivendosjes pasqyron shumë më mirë mënyrën, për shembull, mutacionet në ADN, dhe rrjedhimisht zhvillimin e sëmundjeve dhe evolucionit. Llogaritja kuantike po përdoret tashmë sot për të krijuar ilaçe të reja.
Ndoshta ka kuptim të flasim për përdorimin e kompjuterëve kuantikë për teleportimin e të dhënave. Po, pikërisht teleportimi i të dhënave, dhe ndoshta një person. Ne do të jemi në gjendje të teleportojmë informacionin nga një vend në tjetrin pa e transferuar atë fizikisht. Tingëllon si fantazi, por është e mundur, sepse kjo rrjedhshmëri e grimcave kuantike mund të ngatërrohet në kohë dhe hapësirë, kështu që një ndryshim në një grimcë mund të ndikojë në një tjetër, dhe kjo krijon një kanal për teleportim. Kjo tashmë është demonstruar në laboratorë dhe mund të jetë pjesë e internetit kuantike të së ardhmes. Ne nuk kemi ende një rrjet të tillë, por disa shkencëtarë tashmë janë duke punuar në këto mundësi, duke simuluar një rrjet kuantik në një kompjuter kuantik. Ata tashmë kanë zhvilluar dhe zbatuar protokolle të reja interesante, të tilla si teleportimi ndërmjet përdoruesve të rrjetit dhe transferimi efikas i të dhënave, madje edhe votimi i sigurt.
Duhet thënë gjithashtu se kompjuterët kuantikë duhet të përdoren për të simuluar situata të ndryshme dhe për të gjetur zgjidhje për problemet, duke përfshirë ilaçet dhe vaksinat. Për shembull, gjatë pandemive si koronavirusi, kur nevojitet një llogaritje dhe llogaritje më e shpejtë e opsioneve. Këtu mund të përdorni mundësinë e modelimit kuantik, i cili nuk mund të kryhet në një kompjuter klasik. Kur shfaqet një sëmundje e re, procesi i gjetjes së një kure zgjat rreth 15 vjet dhe mund të kushtojë deri në 2,6 miliardë dollarë. Në disa sëmundje, është e nevojshme të filtrohen përmes miliona molekulave për të identifikuar vetëm qindra individë premtues që ka të ngjarë të bëhen donatorë. Pastaj, gjatë testimit, afërsisht 99% e molekulave bien për shkak, ndër të tjera, për shkak të parashikimit të gabuar të sjelljes dhe kufizimeve të marrjes së mostrave. Këtu do të dilnin në pah kompjuterët kuantikë.
Dhe këto janë ende vetëm disa nga idetë e mrekullueshme të asaj që mund të arrihet duke përdorur fizikën kuantike. Aktualisht arrijmë ta zbusim deri diku karakterin e saj kapriçioz, por të gjitha zhvillimet janë ende në nivelin fillestar. Krijimi i një kompjuteri kuantik të vërtetë dhe aplikimi i tij masiv është ende shumë larg, por përparimi nuk qëndron ende. Prandaj, ndoshta pas rreth dhjetë vjetësh do ta lexoni këtë artikull me ndihmën e një kompjuteri kuantik dhe do të buzëqeshni me përbuzje.
Lexoni gjithashtu:
Çoch sağ olun, muellimin bize pajisje moderne memorie