Переосмысление двоичного кода с помощью квантовых компьютеров
Это уникальное и весьма интригующее открытие, что квантовая механика может проявлять себя в форме, которая могла бы расширить возможности традиционных компьютерных систем, которые, как мы все сегодня знаем, работают с двоичными системами. Приложение создает так называемые квантовые компьютеры и использует принципы квантовой механики для достижения вычислительной мощности, выходящей за рамки классических компьютеров, которые мы сейчас используем. В статье дается краткий обзор этого феномена вычислений в терминах непрофессионала, который, возможно, могут усвоить нефизики-компьютерщики.
Как работают традиционные компьютеры -
Вся информация обрабатывается и понимается компьютером с использованием этого двоичного языка, состоящего из битов (0 или 1). Когда вы сломаете компьютер, вы обнаружите группу кремниевых чипов со схемами логических вентилей, состоящих из транзисторов или переключателей, которые работают с использованием напряжения. Высокое напряжение соответствует включенному состоянию переключателя, эквивалентному 1, а низкое - 0. Все формы данных, будь то текст, музыка, аудио, видео или программное обеспечение, в конечном итоге кодируются и сохраняются компьютером в виде двоичного кода в памяти компьютера.
Переосмысление двоичного кода и транзисторов -
Отказавшись от существующих классических принципов вычислений, этот новый мир квантовых вычислений следует своим собственным правилам, на которых основана природа. Природа не классическая. Мир природы не функционирует на макроскопическом уровне, и именно на этом фундаментальном аспекте построены квантовые вычисления, а именно:
Чтобы уменьшить то, что мы называем «битами» или переключением до минимально возможной дискретной единицы или квантового уровня, вычисления похожи на вычисления природы. Это приводит к появлению «кубитов» в отличие от классических битов.
Как работают квантовые компьютеры -
С логической точки зрения, квантовая система использует, как упоминалось ранее, то, что принято называть кубитами как мельчайшие дискретные единицы для представления информации , которыми могут быть электроны со спинами, фотоны с поляризацией, захваченные ионы, полупроводниковые цепи и т. Д. play as один кубит может существовать не только в двух дискретных энергетических состояниях, низком и высоком (аналогично 0 и 1), но также может существовать в состоянии суперпозиции, где он существует в обоих состояниях одновременно. Однако при измерении суперпозиция исчезает, и одно из двух различных состояний возвращается на основе вероятностей каждого состояния.
При использовании двух кубитов вместо одного кубита существует 4 дискретных состояния энергии (2 дискретных состояния для каждого кубита), и кубит может даже существовать в суперпозиции этих состояний.
Аналогичным образом при использовании n кубитов достигается 2 n состояний, которые существуют как комбинации 0 и 1 параллельно.
Таким образом, это дает возможность представлять информацию. Следующим шагом является обработка информации , которая требует манипулирования этими кубитами. Это достигается за счет использования специальных квантовых логических вентилей и квантовых алгоритмов, таких как алгоритм Шора и алгоритм Гровера, которые функционируют с использованием принципов квантовой механики суперпозиции, запутанности и измерения. Не вдаваясь в сложные детали квантовых явлений, можно сказать, что состоянием кубитов манипулируют путем применения точных электромагнитных волн, микроволн и функций усиления, как определено алгоритмами.
Преимущества квантовых компьютеров -
Два ключевых фактора делают квантовые компьютеры в миллиард раз мощнее, чем самый мощный суперкомпьютер, известный нам сегодня. Эти:
- Параллелизм
- Экспоненциальное увеличение вычислительной мощности с добавлением каждого кубита
Это дает квантовым компьютерам вычислительную мощность, выходящую за рамки классического компьютера.
Приложения квантовых вычислений - обработка миллиардов байтов может легко выполняться квантовыми компьютерами, которые могут применяться в:
- Большое количество данных
- Криптография
- Молекулярное моделирование
- Сворачивание белков
- Открытие наркотиков
- Секвенирование генома
- Диагностировать последовательность ДНК
- Катализаторный анализ
- Финансовый анализ
- Прогноз климата
- Графический поиск сложных баз данных
- Оптимизация
- Массовое тестирование программного обеспечения
Работа над квантовыми компьютерами - это непрекращающаяся попытка с огромным потенциалом революционизировать наше понимание цифрового мира. Он не стремится заменить классические компьютеры, но устойчивый квантовый компьютер может помочь классическим компьютерам в вычислительно-ресурсоемких задачах, которые являются ограничивающими, сложными и требуют много времени для наших традиционных компьютеров на основе Тьюринга.