Робототехника CSI

Квантовый компьютер – это вычислительная машина, использующая в своей работе принципы квантовой механики, а именно спутанность и суперпозицию. Это модель машин, которая вероятнее всего появится в ближайшем будущем и навсегда изменит наш мир.

Всем известно, что стандартные компьютеры, столь часто применяемые нами в повседневной жизни, используют для проведения сложнейших операций двоичную систему исчисления. Единицей информации в ней служит бит, который может принимать значение 0 или 1. Различные операции с битами и создают все, что мы с вами видим при работе за компьютером.

Бит можно сопоставить с транзистором – полупроводником, который с помощью небольшого входного сигнала может управлять значительным током в цепи. Формально, транзистор, используемый почти во всех современных устройствах, - это переключатель, принимающий значения 0 (не пропускает ток) и 1 (пропускает ток). Данная система отлично себя зарекомендовала, однако и она имеет определенные ограничения в скорости проведения вычислений.

Рассмотрим увлекательную задачу коммивояжера. К примеру, вы имеете свой бизнес и вам нужно анонсировать ваш продукт в определенном количестве городов. Вам нужно найти оптимальный путь, включающий остановку в каждом городе по одному разу и возвращение в исходную точку. Все бы ничего, но при наличии 66 городов задача не может быть решена методом перебора вариантов, на это у обычного компьютера уйдут миллиарды лет. Тут то на помощь и приходят квантовые машины.

Дело в том, что вместо обычных битов квантовые компьютеры используют кубиты, представляющие из себя квантовые частицы, к примеру - фотоны. Кубиты могут не только принимать значения 0 и 1, но и промежуточные значения, что позволяет им проводить операции гораздо быстрее.

Как уже было упомянуто, квантовый компьютер включает в себя два основополагающих принципа квантовой механики – суперпозицию и спутанность.

Суперпозиция – это способность квантовой частица находиться сразу в нескольких состояниях одновременно. Принцип гласит: “Любая система, пока за ней не наблюдают, находится в состоянии суперпозиции”. Говоря простым языком, система принимает определенное значение, только когда на нее посмотрят. Не переживайте, этот парадокс – один из наиболее масштабных в квантовой механике, который судя по всему не понимал даже величайший Эйнштейн.

Рассмотрим знаменитый эксперимент с “котом Шредингера”. Сразу уточним, в ходе эксперимента ни один кот не пострадал!

Возьмем стальной ящик с звукоизоляцией и поместим в него счётчик Гейгера с помещенным в него атомом радиоактивного вещества. Вероятность его распада в течение часа – 50%. Если атом распадется, то счетчик приведет в действие некий механизм, который разобьет колбу с синильной кислотой.

Помещенный в данный ящик несчастный кот, пока он закрыт, и жив (колба не разбилась) и мертв (колба разбилась) одновременно, то есть находится в суперпозиции (собственно тоже самое происходит и с атомом вещества). Понятное дело такого быть не может.

В целом на таком принципе и строится работа квантового компьютера, кубит не только принимает значения 0 и 1, но также и промежуточные значения, что заметно ускоряет время проведения вычислений.

Второй принцип – квантовая запутанность. Давайте сильно углубляться в теорию тут не будем.

Представьте два игральных кубика, которые бросают независимо друг от друга, но они всегда показывают одно и тоже число. Говоря простым языком, они связаны даже на очень большом расстоянии друг от друга. Примерно тоже самое происходит и с квантовыми частицами, так некоторые из них будто связаны между собой. Изменения параметров одной частицы сразу меняют данные другой. Подобный принцип и позволяет квантовому компьютеру проводить огромное количество измерений одновременно.

В целом вот так и устроены столь необыкновенные квантовые компьютеры. Главное их отличие от современных компьютеров – это возможность одновременного перебора всех вариантов решения, а не их последовательный и длительный анализ.

👍3🔥3❤1

1.08K viewsCSI, edited 06:06