Kuantum bilgisayarlar nasıl çalışır? - Açıklamak gerekirse

Günümüzde, bilim adamları sürekli kuantum bilgisayarlar üzerinde çalışıyorlar. IBM kısa süre önce ilk kuantum bilgisayarını piyasaya sürdü. Bunların burada nasıl çalıştığını açıklıyoruz.

Kuantum bilgisayarlar: İşte kubitler

Kübitler kuantum bilgisayarında kullanılır.

• Bilgisayardaki normal bitler yalnızca iki farklı değer alabilir: 0 ve 1 veya "açık" ve "kapalı". Bununla birlikte, bir kübit, tutarlılık süresi denilen belirli bir süre için sıfır ve bir ara durumda olabilir.
• Bu durumda, bilim adamları bir süperpozisyondan bahsediyorlar. Bir ölçüm yoluyla, kübit daha sonra açıkça tanımlanmış iki durumdan birine dönüşür, böylece ölçüm sonucu klasik bir bite kaydedilebilir. Teknik açıdan, süperpozisyon kaybına decoherence denir.
• Laboratuvarda, bu tür kübitler iyonlardan veya SQUID'ler olarak adlandırılan süper iletken döngülerden yapılır.
• İyonlarla çalışırken, çıkarılmamış bir iyonun durumu 0'a ve heyecanlı olanı durum 1'e karşılık gelir. Mümkün olan en düşük enerjiye sahip bir atomun çıkarılmamış olduğu söylenir. Ancak, bir atoma enerji eklerseniz, dış elektronlar daha yüksek enerji seviyelerine ulaştığından heyecanlanır. İyonlar bir lazer ile heyecanlandırılabilir.

Kuantum kayıtları - bilmeniz gerekir

Aritmetik işlemleri çözmek için birkaç kubit gereklidir. Bunlardan biri kuantum kaydından söz eder. Bilgiler daha sonra bir kaydın tüm kubitlerine dağıtılır.

• Böyle bir kuantum yazmacı genellikle birkaç mikrometrelik bir mesafede bir eksen boyunca depolanan 14 iyondan oluşur. Bu kübitlerin manipüle edilmesi kolaydır, ancak aynı zamanda parazite karşı bağışıklık kazanırlar.
• Bu, kubitlerin aritmetik işlem gerçekleştirilinceye kadar mümkün olduğu kadar uzun bir süre ilgili hallerinde kalmaları gerektiği anlamına gelir. Hoşgörü, yani klasik bir duruma geri dönme, mümkün olduğu kadar geciktirilmelidir.
• Mantıksal operatörler, bilgisayar bilimlerinde zaten kullanılan durumları manipüle etmek için kullanılır. Kuantum bilgisayarlarda, bu operatörlere kuantum kapıları denir. Bunlar ışınlama süresi ve ışığın dalga boyu için belirleyicidir.
• En basit işlem, NOT olarak adlandırılan olumsuzlamadır. Bir kübitin durumu basitçe ters çevrilir veya reddedilir. İkili sistemde 0 1 olur ve tersi olur. Bu çevirme çok hızlı ve çok sık aralıklarla gerçekleşir ve programın algoritmasını takip eder.
• Bir kuantum kafesinin başlangıç ​​durumunu belirlemek için lazer darbeleri ile ışınlanır. Işınlama uzunluğu, bir atomun uyarılmış durumda olma olasılığını belirleyebilir.
• Yaklaşık on mikrosaniye ışınlamadan sonra, başlangıçta uyarılmayan bir iyon uyarılmış durumdadır. Bununla birlikte, eğer bu atom sadece yarısı kadar ışınlanırsa, bu ara durumda olacaktır, çünkü zemin durumunda olma olasılığı yüzde 50 ve heyecanlı durumda olma olasılığı yüzde 50 daha yüksektir.
• Algoritmayı yürüttükten sonra sonucu okumak için, farklı dalga boyuna sahip başka bir lazer atımı iyonlara ateşlenir. Floresan, heyecanlı olup olmadıklarını gösterir. Bilgisayar daha sonra doğru değerleri belirleyebilir.

Kuantum bilgisayarlar: günümüzdeki en son teknolojiler

Las Vegas'taki elektronik fuarında IBM, piyasaya hazır ilk kuantum bilgisayarını bu yıl sundu.

• Önceki modellerle karşılaştırıldığında, IBM Q Systems One zaten düzgün çalışan bir kuantum bilgisayarı için bir kıstas olan 20 qubit ile hesaplar. IBM'e göre, 75 mikrosaniye boyunca 20 kubayı hazırlanmış durumda tutmayı başardı.
• 50 qubitlik bir kuantum bilgisayarı, herhangi bir klasik süper bilgisayarı cebine koyabilmelidir.
• IBM Q Systems One - uzunluğu iki buçuk metre olan bir cam kutu satışa sunulmamalıdır. Bunun yerine, seçilen kullanıcılar buluttan erişebilir ve hesaplamalar yapabilir.

Kuantum bilgisayardan delik kartına: İlk bilgisayar böyle görünüyordu

Bir sonraki pratik ipucunda, ikili ve onaltılık sayıları doğru bir şekilde nasıl dönüştüreceğinizi göstereceğiz.