▷ Kuantum işlemci nedir ve nasıl çalışır?

Bir kuantum işlemci nedir ve nasıl çalışır diye merak ediyor olabilirsiniz. Bu yazıda bu dünyayı inceleyeceğiz ve belki de bir günün tabii ki kuantum olan güzel RGB şasimizin bir parçası olacağı bu garip varlık hakkında daha fazla bilgi edinmeye çalışacağız.

İçindekiler dizini

Bu hayattaki her şey gibi, ya adapte ya da ölürsün. Ve tam olarak teknoloji ile olan şeydir ve tam olarak milyonlarca yıl içinde canlılar olarak değil, yıllar veya aylar içinde olur. Teknoloji baş döndürücü bir hızla ilerliyor ve büyük şirketler elektronik bileşenlerinde sürekli yenilikler yapıyorlar. Çevreyi korumak için daha fazla güç ve daha az tüketim günümüzde moda olan tesislerdir. Entegre devrelerin minyatürleştirilmesinin neredeyse fiziksel sınıra ulaştığı bir noktaya geldik. Intel bunun 5nm olacağını, bunun ötesinde geçerli bir Moore Yasası olmayacağını söylüyor. Ama başka bir rakam güç kazanıyor ve kuantum işlemcisi. Yakında tüm faydalarını açıklamaya başlıyoruz.

IBM öncü olarak, Microsoft, Google, Intel ve NASA gibi büyük şirketler, en güvenilir ve güçlü kuantum işlemciyi kimin oluşturabileceğini görmek için zaten bir mücadeleye katılıyor. Ve kesinlikle yakın gelecek. Bu kuantum işlemcinin ne hakkında olduğunu görüyoruz

Kuantum işlemciye ihtiyacımız var mı

Mevcut işlemciler transistörlere dayanmaktadır. Transistörlerin bir kombinasyonunu kullanarak, mantık kapıları, içinden akan elektrik sinyallerini işlemek için inşa edilir. Bir dizi mantıksal kapıya katılırsak, bir işlemci elde ederiz.

Sorun o zaman temel biriminde, transistörlerdedir. Bunları minyatürize edersek, daha fazla işlem gücü sağlayarak tek bir yere daha fazla yerleştirebiliriz. Ancak elbette, bunların hepsinde fiziksel bir sınır var, transistörlere nanometrelerin sırasına göre o kadar küçük ulaştığımızda, doğru şekilde yapmak için içlerinde dolaşan elektronlar için problemler buluyoruz. Bunların kanallarından dışarı kaymaları, transistör içindeki diğer elemanlarla çarpışma ve zincir arızalarına neden olma olasılığı vardır.

Ve bu tam olarak sorun, şu anda klasik transistörler kullanarak işlemciler üretmek için güvenlik ve istikrar sınırına ulaşıyoruz.

Kuantum hesaplama

Bilmemiz gereken ilk şey kuantum hesaplama nedir ve açıklanması kolay değildir. Bu konsept, günümüzde klasik bilgi işlem olarak bildiğimiz şeylerden, mantıksal zincirler oluşturmak için bitleri veya "0" (0, 5 volt) ve "1" (3 volt) elektriksel dürtünün ikili durumlarını kullanır. hesaplanabilir bilgi.

Uza.uz yazı tipi

Kuantum hesaplama, işlenebilen bilgilere atıfta bulunmak için kübit veya cubit terimini kullanır. Bir kübit sadece 0 ve 1 gibi iki durum içermez, aynı zamanda 0 ve 1 veya 1 ve 0'ı aynı anda içerebilir, yani bu iki duruma aynı anda sahip olabilir. Bu, ayrık değerler 1 veya 0 alan bir elemana sahip olmadığımızı, ancak her iki durumu da içerebileceğinden, sürekli bir doğaya ve içinde, gittikçe daha az kararlı olacak belirli durumlara sahip olduğu anlamına gelir.

Ne kadar fazla kübit olursa o kadar fazla bilgi işlenebilir

Tam olarak ikiden fazla eyalete sahip olma ve bunlardan birkaçına aynı anda sahip olma kabiliyetinde gücü yatar. Aynı anda ve daha kısa sürede daha fazla hesaplama yapabiliriz. Daha fazla kubit daha fazla bilgi işlenebilir, bu anlamda geleneksel CPU'lara benzer.

Kuantum bilgisayar nasıl çalışır

İşlem, kuantum işlemciyi oluşturan parçacıkları yöneten kuantum yasalarına dayanmaktadır. Tüm parçacıkların protonlara ve nötronlara ek olarak elektronları vardır. Mikroskop alırsak ve elektron parçacıklarının akışını görürsek, dalgalarınkine benzer bir davranışa sahip olduklarını görebilirdik. Bir dalgayı karakterize eden şey, maddenin, örneğin sesin taşınması olmadan enerji taşınmasıdır, göremediğimiz titreşimlerdir, ancak kulaklarımıza ulaşana kadar havada dolaştıklarını biliyoruz.

Elektronlar, bir parçacık ya da dalga olarak davranabilen parçacıklardır ve bu durumların çakışmasına neden olur ve aynı anda 0 ve 1 oluşabilir. Sanki bir nesnenin gölgeleri yansıtılmış gibi, bir açıda bir şekil diğerini buluyoruz. Bu ikisinin birleşimi fiziksel nesnenin şeklini oluşturur.

Bu nedenle, elektrik voltajlarına dayanan bit olarak bildiğimiz iki değer 1 veya 0 yerine, bu işlemci quanta adı verilen daha fazla durumla çalışabilir. Bir kuantum, bir büyüklüğün alabileceği minimum değeri (örneğin 1 volt) ölçmenin yanı sıra, bu parametrenin bir durumdan diğerine geçerken yaşayabileceği olası en küçük varyasyonu da ölçebilir (örneğin, şekli ayırt edebilmek) bir nesnenin iki eşzamanlı gölgesi ile).

Aynı anda 0, 1 ve 0 ve 1 olabilir, yani üst üste bindirilmiş bitler

Açık olmak gerekirse, aynı anda 0, 1 ve 0 ve 1'e sahip olabiliriz, yani birbiri üzerine bindirilmiş bitler. Ne kadar çok kübit olursa o kadar fazla bitin üst üste gelmesini sağlayabiliriz ve aynı anda daha fazla değere sahip olabiliriz. Bu şekilde, 3 bitlik bir işlemcide, bu 8 değerden birine sahip olan, ancak bir kerede birden fazla olmayan görevler yapmak zorundayız. Öte yandan, 3 qubit işlemci için bir seferde sekiz durumu alabilen bir parçacığa sahip olacağız ve daha sonra aynı anda sekiz işlemle görevler yapabileceğiz.

Bize bir fikir vermek için, şimdiye kadar oluşturulan en güçlü işlemci birimi şu anda 10 teraflop kapasitesine veya saniyede aynı 10 milyar kayan nokta işlemine sahip. 30 kubit işlemci aynı sayıda işlemi yapabilir. IBM'in zaten 50 bitlik bir kuantum işlemcisi var ve biz hala bu teknolojinin deneysel aşamasındayız. Performansın normal bir işlemciden çok daha yüksek olduğunu gördüğünüz için ne kadar ileri gidebileceğimizi hayal edin. Bir kuantum işlemcinin kubitleri arttıkça, gerçekleştirebileceği işlemler katlanarak çoğalır.

Bir kuantum işlemci nasıl oluşturabilirsiniz

Sadece iki olasılığa sahip olmak yerine sürekli durumlarla çalışabilen bir cihaz sayesinde, şimdiye kadar çözülmesi imkansız olan sorunları yeniden düşünmek mümkündür. Ya da mevcut sorunları daha hızlı ve daha verimli bir şekilde çözün. Tüm bu olasılıklar bir kuantum makinesi ile açılır.

Moleküllerin özelliklerini “nicelleştirmek” için, onları mutlak sıfıra yakın sıcaklıklara getirmeliyiz.

Bu durumları elde etmek için, sonunda 1 veya 0 olacak elektriksel uyarılara dayanan transistörleri kullanamayız. Bunu yapmak için, özellikle kuantum fiziği yasalarına daha fazla bakmamız gerekecek. Parçacıklar ve moleküller tarafından fiziksel olarak oluşturulan bu kubitin, transistörlerin yaptıklarına benzer bir şey yapabilmelerini, yani aramızda kontrollü bir şekilde ilişkiler kurabilmemizi ve böylece bize istediğimiz bilgileri sunmalarını sağlamalıyız.

Gerçekten karmaşık olan budur ve kuantum hesaplamada aşılması gereken konu budur. İşlemciyi oluşturan moleküllerin özelliklerini “nicelleştirmek” için, onları mutlak sıfıra (-273.15 santigrat derece) yakın sıcaklıklara getirmeliyiz. Makinenin bir durumu diğerinden nasıl ayırt edeceğini bilmesi için, bunları farklı hale getirmeliyiz, örneğin 1 V ve 2 V'luk bir akım, 1, 5 V'luk bir voltaj koyarsak, bunun biri veya diğeri olduğunu bilmeyecektir. Ve başarılması gereken budur.

Kuantum hesaplamanın dezavantajları

Bu teknolojinin en büyük dezavantajı, maddenin geçebileceği bu farklı durumları kontrol etmektir. Eşzamanlı durumlarla, kuantum algoritmaları kullanarak istikrarlı hesaplamalar yapmak çok zordur. Gereksiz bahçelere girmeyeceğimiz halde buna kuantum tutarsızlığı denir. Anlamak zorunda olduğumuz şey, daha fazla kubit daha fazla duruma sahip olacağız ve devlet sayısı arttıkça daha fazla hıza sahip olacağız, ancak kontrol edilmesi daha zor olan, meydana gelen madde değişikliklerindeki hatalar olacaktır.

Dahası, atomların ve parçacıkların bu kuantum durumlarını yöneten normlar, hesaplama sürecinde gerçekleşirken gözlemleyemeyeceğimizi söylüyor, çünkü buna müdahale edersek, üst üste binen durumlar tamamen yok edilecekti.

Kuantum durumlar son derece kırılgandır ve bilgisayarlar% 0, 1'lik bir hata oranı elde etmek için vakum altında ve mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda tamamen izole edilmelidir. Ya sıvı soğutma üreticileri pilleri takar ya da Noel için kuantum bilgisayarımız tükenir. Tüm bunlardan dolayı, en azından orta vadede kullanıcılar için kuantum bilgisayarlar olacak, belki de bunlardan birkaç tanesi gerekli koşullarda dünya çapında dağıtılabilir ve onlara internet üzerinden erişebiliriz.

uygulamaları

İşlem gücü ile, bu kuantum işlemciler esas olarak bilimsel hesaplama ve daha önce çözülemeyen sorunları çözmek için kullanılacaktır. Uygulama alanlarının ilki muhtemelen kimyadır, çünkü tam olarak kuantum işlemcisi parçacık kimyasına dayanan bir elementtir. Bu sayede, günümüzün geleneksel bilgisayarlar tarafından çözülmesi imkansız olan maddenin kuantum halleri incelenebilir.

• Piyasadaki en iyi işlemcileri okumanızı öneririz

Bundan sonra insan genomunun incelenmesi, hastalıkların araştırılması vb. Olasılıklar büyük ve iddialar gerçek, bu yüzden sadece bekleyebiliriz. Kuantum işlemcinin incelenmesine hazır olacağız!