Kaip Greitai Gali Naudotis „Quantum“ Kompiuteriai?

{h1}

Pasirodo, yra kvantinis greičio apribojimas, galintis stabdyti kvantinį skaičiavimą.

Per pastaruosius penkis dešimtmečius standartiniai kompiuterių procesoriai tapo vis greitesni. Tačiau pastaraisiais metais tapo aiškūs šios technologijos apribojimai: mikroschemų komponentai gali būti tik maži ir supakuoti tik taip arti, kol jie persidengia ar nėra trumpojo jungimo. Jei įmonės toliau kurs vis greitesnius kompiuterius, tai kažkas turės pasikeisti.

Viena svarbiausių vis greitesnio skaičiavimo ateities vilčių yra mano paties sritis, kvantinė fizika. Tikimasi, kad kvantiniai kompiuteriai bus daug greitesni nei bet kas, ką iki šiol sukūrė informacinis amžius. Bet mano neseniai atliktas tyrimas atskleidė, kad kvantiniai kompiuteriai turės savo ribas, ir pasiūlė būdų išsiaiškinti, kas tos ribos yra.

Supratimo ribos

Fizikams, mes, žmonės, gyvename vadinamajame „klasikiniame“ pasaulyje. Dauguma žmonių tiesiog vadina tai „pasauliu“ ir suprato fiziką intuityviai: mesti rutulį, pavyzdžiui, perduoda jį aukštyn, o paskui atgal nuspėjamu lanku.

Net ir sudėtingesnėse situacijose žmonės linkę nesąmoningai suprasti, kaip viskas veikia. Dauguma žmonių supranta, kad automobilis veikia degindamas benziną vidaus degimo variklyje (arba iš akumuliatoriaus išgaudamas akumuliuotą energiją), kad pagamintų energiją, kuri perduodama per pavaras ir ašis, kad pasisuktų padangos, kurios prisispaudžia prie kelio, kad automobilis judėtų į priekį..

Pagal klasikinės fizikos įstatymus šiems procesams yra teorinės ribos. Tačiau jie yra nerealiai dideli: Pavyzdžiui, mes žinome, kad automobilis niekada negali važiuoti greičiau nei šviesos greitis. Ir nesvarbu, kiek degalų yra planetoje, ar daug važiuojamosios dalies, ar kokie tvirti konstrukcijos būdai, nė vienas automobilis nepriartės prie važiavimo net 10 procentų šviesos greičio.

Žmonės niekada iš tikrųjų nesusiduria su tikromis fizinėmis pasaulio ribomis, tačiau jie egzistuoja ir, atlikę tinkamus tyrimus, fizikai gali juos nustatyti. Vis dėlto visai neseniai mokslininkai turėjo tik gana miglotą idėją, kad kvantinė fizika taip pat turi ribas, tačiau nežinojo, kaip išsiaiškinti, kaip jie gali būti pritaikyti realiame pasaulyje.

Heisenbergo netikrumas

Fizikai atsekė kvantinės teorijos istoriją iki 1927 m., Kai vokiečių fizikas Werneris Heisenbergas parodė, kad klasikiniai metodai neveikia labai mažų objektų, kurie yra maždaug atskirų atomų dydžio. Pvz., Kai kažkas meta kamuoliuką, nesunku tiksliai nustatyti, kur kamuolys yra ir kaip greitai jis juda.

Bet, kaip parodė Heisenbergas, tai netaikoma atomams ir subatominėms dalelėms. Stebėtojas gali pamatyti, kur jis yra, ar greitai juda, bet ne abu tuo pačiu metu. Tai nemaloni realizacija: net nuo to momento, kai Heisenbergas paaiškino savo idėją, Albertas Einšteinas (be kitų) su tuo nesijautė. Svarbu suvokti, kad šis „kvantinis neapibrėžtumas“ yra ne matavimo įrangos ar inžinerijos trūkumas, o veikiau tai, kaip veikia mūsų smegenys. Buvome pripratę prie to, kaip veikia „klasikinis pasaulis“, kad tikrieji „kvantinio pasaulio“ fiziniai mechanizmai yra tiesiog už mūsų galimybių pilnai suvokti.

Įėjimas į kvantinį pasaulį

Jei objektas kvantiniame pasaulyje keliauja iš vienos vietos į kitą, tyrėjai negali tiksliai išmatuoti, nei kada jis išvyko, nei kada atvyks. Fizikos ribos reikalauja nedidelio delsimo ją aptikti. Taigi, kad ir kaip greitai judesys įvyktų, jis bus aptiktas tik šiek tiek vėliau. (Laiko trukmė čia neįtikėtinai maža - kvadrilijonai sekundės sekundės - bet suskaičiuojama per trilijonus kompiuterinių skaičiavimų.)

Šis delsimas efektyviai sulėtina potencialų kvantinio skaičiavimo greitį - jis nustato tai, ką mes vadiname „kvantinio greičio apribojimu“.

Per pastaruosius kelerius metus tyrimai, prie kurių svariai prisidėjo mano grupė, parodė, kaip ši kvantinio greičio riba yra nustatoma skirtingomis sąlygomis, pavyzdžiui, naudojant skirtingo tipo medžiagas skirtinguose magnetiniuose ir elektriniuose laukuose. Kiekvienoje iš šių situacijų kvantinio greičio apribojimas yra šiek tiek didesnis arba šiek tiek mažesnis.

Dideliam visų nuostabai, mes net nustatėme, kad kartais netikėti veiksniai gali padėti paspartinti veiksmus, kartais, priešingai, nei priešingai.

Norint suprasti šią situaciją, gali būti naudinga įsivaizduoti dalelę, judančią per vandenį: dalelė judant juda vandens molekulėms. Kai dalelė judėjo, vandens molekulės greitai tekėjo atgal ten, kur buvo, nepalikdamos pėdsakų dalelės praėjime.

Dabar įsivaizduokite tą pačią dalelę, keliaujančią per medų. Medaus klampumas yra didesnis nei vandens - jis yra storesnis ir teka lėčiau - todėl medaus dalelėms judėti atgal prireiks ilgiau. Bet kvantiniame pasaulyje grįžtantis medaus srautas gali sukurti slėgį, kuris stumia kvantines daleles į priekį. Dėl šio papildomo pagreičio kvantinių dalelių greičio apribojimas gali skirtis nuo to, ko stebėtojas galėtų tikėtis kitaip.

Kvantinių kompiuterių projektavimas

Kadangi tyrėjai daugiau supras apie šį kvantinio greičio apribojimą, tai turės įtakos tam, kaip suprojektuoti kvantiniai kompiuterio procesoriai. Kaip inžinieriai suprato, kaip sumažinti tranzistorių dydį ir glaudžiau supakuoti juos į klasikinę kompiuterio mikroschemą, jiems prireiks sumanios naujovės, kad būtų galima sukurti kuo greitesnes kvantines sistemas, veikiančias kuo arčiau didžiausio greičio apribojimo.

Tokiems tyrinėtojams kaip aš reikia daug ką ištirti. Nežinia, ar kiekybinis greičio apribojimas toks didelis, kad jo pasiekti neįmanoma - kaip automobilis, kuris niekada net nepriartės prie šviesos greičio. Ir mes iki galo nesuprantame, kaip netikėti aplinkos elementai, kaip pavyzdžiui pavyzdyje esantis medus, gali padėti pagreitinti kvantinius procesus. Kai technologijos, kurių pagrindą sudaro kvantinė fizika, tampa vis dažnesnės, turėsime daugiau sužinoti apie tai, kur yra kvantinės fizikos ribos ir kaip suprojektuoti sistemas, kurios geriausiai išnaudoja tai, ką žinome.

Sebastianas Deffneris, fizikos profesorius, Merilando universitetas, Baltimorės apskritis

Šis straipsnis iš pradžių buvo paskelbtas „The Conversation“. Perskaitykite originalų straipsnį.


Vaizdo Papildas: Kalėdos 2011: planšetinis kompiuteris.




Tyrimas


10 Ekologiško Maisto Gaminimo Patarimų
10 Ekologiško Maisto Gaminimo Patarimų

Kai Vaizdo Žaidimai Tampa Visuotinai Naudojami, Taip Pat Ir Rankų Sveikatos Problemos
Kai Vaizdo Žaidimai Tampa Visuotinai Naudojami, Taip Pat Ir Rankų Sveikatos Problemos

Mokslas Naujienos


Praleisk Gyvatės Piliules: „Rapsų Gyvatės“ Vaistas Susijęs Su Salmonelėmis
Praleisk Gyvatės Piliules: „Rapsų Gyvatės“ Vaistas Susijęs Su Salmonelėmis

Šie Augalų Chemikalai Gali Padėti Jūsų Širdies Sveikatai
Šie Augalų Chemikalai Gali Padėti Jūsų Širdies Sveikatai

Savaitgalis Narkotikų Vartojimas Paprastai Tampa Kasdieniu
Savaitgalis Narkotikų Vartojimas Paprastai Tampa Kasdieniu

Matematiko Teiginiai, Patvirtinantys Pagrindinių Skaičių Ryšį
Matematiko Teiginiai, Patvirtinantys Pagrindinių Skaičių Ryšį

Vandens Lašelių Skaičiavimui Nereikia Elektros Energijos
Vandens Lašelių Skaičiavimui Nereikia Elektros Energijos


LT.WordsSideKick.com
Visos Teisės Saugomos!
Dauginti Jokių Medžiagų Leidžiama Tik Prostanovkoy Aktyvią Nuorodą Į Svetainę LT.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LT.WordsSideKick.com