Die Computer der letzten Jahrzehnte haben sich sehr schnell entwickelt. In der Tat, in der Erinnerung einer Generation, gingen sie von sperrigen Röhren, die riesige Räume besetzten, zu Miniaturtabletts. Speicher und Geschwindigkeit nahmen schnell zu. Aber der Moment kam, in dem Aufgaben aufkamen, die selbst modernen Super-Computern nicht gewachsen waren.
Was ist ein Quantencomputer?
Das Auftauchen neuer Aufgaben, die außerhalb der Kontrolle gewöhnlicher Computer liegen, hat dazu geführt, nach neuen Möglichkeiten Ausschau zu halten. Und als Alternative zu herkömmlichen Computern erschien Quanten. Ein Quantencomputer ist eine Computertechnik, die Grundlage der Handlung, die auf den Elementen der Quantenmechanik beruht. Die wichtigsten Bestimmungen der Quantenmechanik wurden zu Beginn des letzten Jahrhunderts formuliert. Seine Erscheinung erlaubte es, viele Probleme der Physik zu lösen, die in der klassischen Physik keine Lösung fanden.
Obwohl die Quantenlehre bereits das zweite Jahrhundert zählt, bleibt sie nur für einen engen Kreis von Spezialisten verständlich. Aber es gibt reale Ergebnisse der Quantenmechanik, an die wir bereits gewöhnt sind - Lasertechnologie, Tomographie. Und am Ende des letzten Jahrhunderts wurde die Theorie der Quantenberechnung vom sowjetischen Physiker Yu. Manin entwickelt. Fünf Jahre später enthüllte David Deutsch die Idee einer Quantenmaschine.
Gibt es einen Quantencomputer?
Aber die Verkörperung von Ideen war nicht so einfach. Von Zeit zu Zeit gibt es Berichte, dass ein anderer Quantencomputer erstellt wurde. Die Entwicklung solcher Computertechnologie wird von Riesen auf dem Gebiet der Informationstechnologie betrieben:
- D-Wave ist ein Unternehmen aus Kanada, das als erstes Unternehmen die Produktion von quantenbetriebenen Computern startete. Dennoch diskutieren Fachleute, ob diese Computer wirklich Quantencomputer sind und welche Vorteile sie bieten.
- IBM - schuf einen Quantencomputer und öffnete ihn Internetnutzern für Experimente mit Quantenalgorithmen. Bis zum Jahr 2025 plant das Unternehmen, ein Modell zu schaffen, das in der Lage ist, bereits praktische Probleme zu lösen.
- Google - kündigte in diesem Jahr die Veröffentlichung eines Computers an, der die Überlegenheit von Quantencomputern auf herkömmlichen Computern beweisen kann.
- Im Mai 2017 sagten chinesische Wissenschaftler in Shanghai, dass der leistungsstärkste Quantencomputer der Welt geschaffen wurde, der die 24-fachen Frequenzen der Signalverarbeitung um ein Vielfaches übertrifft.
- Im Juli 2017 wurde auf der Moskauer Konferenz über Quanten-Technologien bekannt, dass ein 51-Qubit-Quantencomputer geschaffen wurde.
Was ist der Unterschied zwischen einem Quantencomputer und einem gewöhnlichen Computer?
Der grundlegende Unterschied eines Quantencomputers im Ansatz zum Berechnungsprozess.
- In einem herkömmlichen Prozessor basieren alle Berechnungen auf Bits, die in zwei Zuständen 1 oder 0 existieren. Das heißt, die gesamte Arbeit wird auf die Analyse einer großen Datenmenge für die Einhaltung bestimmter Bedingungen reduziert. Der Quantencomputer basiert auf Qubits (Quantenbits). Ihr Merkmal ist die Fähigkeit, im Zustand 1, 0 und gleichzeitig 1 und 0 zu sein.
- Die Fähigkeiten eines Quantencomputers sind deutlich erhöht, da nicht nach der richtigen Antwort innerhalb des Sets gesucht werden muss. In diesem Fall wird die Antwort aus den bereits verfügbaren Varianten mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit der Übereinstimmung ausgewählt.
Wozu dient ein Quantencomputer?
Das Prinzip eines Quantencomputers, das auf der Wahl einer Lösung mit hinreichender Wahrscheinlichkeit und der Fähigkeit beruht, eine solche Lösung viel schneller als moderne Computer zu finden, bestimmt den Zweck seiner Verwendung. Vor allem beunruhigt die Entstehung dieser Art von Computertechnologie Kryptographen. Dies liegt an der Fähigkeit eines Quantencomputers, Passwörter einfach zu berechnen. Der leistungsstärkste Quantencomputer, der von russisch-amerikanischen Wissenschaftlern entwickelt wurde, ist in der Lage, Schlüssel zu bestehenden Verschlüsselungssystemen zu erhalten.
Es gibt auch nützlichere angewandte Aufgaben für Quantencomputer, sie sind verbunden mit dem Verhalten von Elementarteilchen, Genetik, Gesundheitsfürsorge, Finanzmärkten, dem Schutz von Netzwerken vor Viren, künstlicher Intelligenz und vielen anderen, die gewöhnliche Computer nicht lösen können.
Wie ist ein Quantencomputer aufgebaut?
Der Aufbau eines Quantencomputers basiert auf der Verwendung von Qubits. Als physikalische Leistung von derzeit verwendeten Qubits:
- Ringe von Supraleitern mit Jumpern, mit einem multidirektionalen Strom;
- einzelne Atome unter dem Einfluss von Laserstrahlen;
- Ionen;
- Photonen;
- Varianten der Verwendung von Nanokristallen aus Halbleitern werden entwickelt.
Quantencomputer - das Prinzip der Operation
Wenn in der Arbeit Gewissheit mit einem klassischen Computer besteht, dann ist die Frage, wie ein Quantencomputer funktioniert, schwer zu beantworten. Die Beschreibung der Funktionsweise eines Quantencomputers basiert auf zwei unverständlichen Phrasen:
- das Prinzip der Superposition ist eine Frage von Qubits, die gleichzeitig in den Positionen 1 und 0 sein können. Dies ermöglicht, dass mehrere Berechnungen gleichzeitig ausgeführt werden, anstatt Optionen auszusortieren, was einen großen Zeitgewinn ergibt;
- Quantenverschränkung ist ein von A. Einstein angemerktes Phänomen, bei dem es sich um die Verbindung zweier Teilchen handelt. In einfachen Worten, wenn eines der Teilchen eine positive Helizität hat, dann nimmt das zweite sofort eine positive Helizität an. Diese Beziehung tritt unabhängig von der Entfernung auf.
Wer hat den Quantencomputer erfunden?
Die Grundlage der Quantenmechanik wurde zu Beginn des letzten Jahrhunderts als Hypothese dargelegt. Seine Entwicklung ist mit so genialen Physikern wie Max Planck, A. Einstein, Paul Dirac verbunden. 1980 schlug Antonov die Idee der Möglichkeit der Quantenberechnung vor. Und ein Jahr später modellierte Richard Feyneman in der Theorie den ersten Quantencomputer.
Jetzt ist die Schaffung von Quantencomputern in der Entwicklungsphase und sogar schwer vorstellbar, was ein Quantencomputer leisten kann. Aber es ist absolut klar, dass die Beherrschung dieser Richtung den Menschen viele neue Entdeckungen auf allen Gebieten der Wissenschaft bringen wird, uns erlauben wird, in die Mikro- und Makrowelt zu schauen, mehr über die Natur des Geistes und der Genetik zu lernen.