Что такое квантовый компьютер? | Новый ученый

Квантовые компьютеры — это машины, использующие свойства квантовой физики для хранения данных и выполнения вычислений.

Квантовые компьютеры — это машины, использующие свойства квантовая физика для хранения данных и выполнения вычислений. Это может быть чрезвычайно выгодно для определенных задач, где они могут значительно превзойти даже наши лучшие суперкомпьютеры.

Классические компьютеры, включая смартфоны и ноутбуки, кодируют информацию в двоичных «битах», которые могут быть равны 0 или 1. В квантовый компьютер, базовой единицей памяти является квантовый бит или кубит.

Кубиты создаются с использованием физических систем, таких как вращение электрона или ориентация фотона. Эти системы могут находиться во многих различных конфигурациях одновременно, это свойство известно как квантовое. суперпозиция. Кубиты также могут быть неразрывно связаны друг с другом с помощью явления, называемого квантовая запутанность. В результате ряд кубитов может одновременно представлять разные вещи.

Например, восьми бит достаточно для классического компьютера, чтобы представить любое число от 0 до 255. Но восьми кубитов достаточно, чтобы квантовый компьютер мог представить каждое число от 0 до 255 одновременно. Нескольких сотен запутанных кубитов было бы достаточно, чтобы представить больше чисел, чем атомов во Вселенной.

Именно здесь квантовые компьютеры получают преимущество перед классическими. В ситуациях, когда имеется большое количество возможных комбинаций, квантовые компьютеры могут рассматривать их одновременно. Примеры включают попытку найти простые множители очень большого числа или лучший маршрут между двумя местами.

Однако также может быть множество ситуаций, когда классические компьютеры по-прежнему будут превосходить квантовые. Так что компьютеры будущего могут быть комбинацией обоих этих типов.

На данный момент квантовые компьютеры очень чувствительны: тепло, электромагнитные поля и столкновения с молекулами воздуха могут привести к тому, что кубит потеряет свои квантовые свойства. Этот процесс, известный как квантовая декогеренция, приводит к краху системы, и это происходит тем быстрее, чем больше задействовано частиц.

Квантовые компьютеры должны защищать кубиты от внешних помех либо путем их физической изоляции, держать их в прохладе или поражая их тщательно контролируемыми импульсами энергии. Дополнительные кубиты необходимы для исправления ошибок, которые проникают в систему.