Spiegazione del calcolo quantistico (come te di 5 anni)
Il concetto di "Quantum Computing" sta diventando virale di recente - grazie ad un certo Primo Ministro - è uno dei tanti territori inesplorati della scienza da noi fa capolino non scientifico.
Il motivo per cui molti di noi non ne hanno ancora sentito parlare nonostante siano in giro da decenni, è che per la maggior parte è teorico e quelli che stavano sperimentando su di esso all'inizio erano molto silenziosi a causa di la necessità del segreto militare e aziendale.
Ciononostante, ora sappiamo che esiste una combinazione di meccanica e calcolo quantistico e improvvisamente questo è nell'interesse di tutti. Se non sai cosa sia un computer quantico ma non vuoi essere escluso dal ciclo, continua a leggere per scoprire perché è meglio dei computer tradizionali con cui lavoriamo oggi.
Di computer e bit tradizionali
I computer sono per lo più digitali-elettronici e lo faranno interagire con i dati rappresentati in cifre binarie noto come bit (0 e 1). Che si tratti di immagini, testo, audio o qualsiasi altro dato - è tutto memorizzato in bit.
Fisicamente, i numeri binari 0 e 1 possono essere rappresentato utilizzando qualsiasi entità a due stati come una moneta (testa e coda) o un interruttore (acceso o spento). Nei computer, i bit sono i presenza o assenza di tensione (1 o 0), o cambiamento o conservazione della direzione magnetica in dischi rigidi magnetici.
I dati vengono manipolati calcolando i bit memorizzati. Il calcolo è fatto da porte logiche che sono tipicamente costituite da transistor che controllano il passaggio del segnale elettronico. Se lascia passare il segnale, è il bit 1 e se il segnale è interrotto, è 0.
I limiti dei transistor
Con le dimensioni sempre più ridotte del chip e il numero crescente di componenti, i dispositivi elettronici possono arrivare con milioni di transistor che possono essere piccoli come 7 nm (che è 1000 volte più piccolo di un globulo rosso e solo 20 volte più grande di alcuni atomi).
La dimensione dei transistor può continuare a ridursi, ma alla fine, colpiranno un limite fisico in cui gli elettroni passeranno solo attraverso di essi e non ci sarà controllo sul flusso del segnale elettronico.
Per il bisogno sempre crescente di potenti calcoli e dispositivi più piccoli, un limite di dimensioni su un componente elettronico di base è un margine di progresso. Gli scienziati stanno cercando nuovi modi richiedere meno tempo e spazio per calcolare e archiviare i dati, e uno dei modi in cui possiamo usare è l'informatica quantistica.
Qubits, Superposition e Entanglement
Il calcolo quantistico utilizza qubit invece di bit per rappresentare i dati. I Qubit sono rappresentati utilizzando particelle quantistiche come elettroni e fotoni.
Le particelle quantiche possiedono proprietà come spin e polarizzazione che possono essere utilizzate per rappresentare i dati. Ad esempio, un qubit che gira verso l'alto può essere 1 e 0 verso il basso.
Ma il potere dell'informatica quantistica deriva dal fatto che a differenza dei bit che sono o 1 o 0, i qubit possono essere 1 e 0 contemporaneamente, a causa di una proprietà chiamata sovrapposizione, dove le particelle quantistiche sono in più stati allo stesso tempo.
Questo aumenta il potere di calcolo di qubit, dal momento che può essere usato sia per 1 e 0 durante il calcolo e alla fine, una volta misurato, diventa o 1 o 0.
La proprietà di sovrapposizione può essere facilmente spiegata da un famoso esperimento mentale fatto su un gatto immaginario di Schrödinger, un fisico austriaco.
Nel mondo quantistico, c'è anche un'altra proprietà che può essere sfruttata nel calcolo entanglement quantistico. In sostanza si riferisce a le proprietà delle particelle quantiche che restano intrappolate e diventare dipendenti l'uno dall'altro e quindi non può essere modificato separatamente.
Si comportano come un singolo sistema con uno stato complessivo.
Diciamo che 2 qubit subiscono entanglement, se uno stato del qubit viene cambiato, anche l'altro cambierà. Questo porta a un'elaborazione o elaborazione parallela reale che può ridurre significativamente il tempo di elaborazione rispetto ai computer tradizionali.
Difficoltà e usi
Ci sono molti ostacoli pratici che devono essere superati dagli scienziati e dagli ingegneri, come creare un ambiente controllato per i qubit e trovare modi per manipolare le loro proprietà, per produrre un risultato desiderato.
Ma una volta che i computer quantistici con alta potenza computazionale sono stati finalmente creati, possono essere usati per risolvere problemi che altrimenti sarebbero ci vuole molto tempo da completare con i computer tradizionali.
Trovare i fattori primi di grandi numeri, il problema del commesso viaggiatore per un gran numero di città e altri problemi simili richiedere un numero esponenziale di confronti per ottenere risultatiS. Inoltre, la ricerca attraverso database colossali è ancora un processo che richiede molto tempo anche per i computer digitali attuali.
Questi problemi possono essere affrontati con computer quantistici, che possono risolvere problemi che possono richiedere secoli nei computer tradizionali, in pochi minuti.
(H / T: IBM)
