Bộ xử lý lượng tử là gì và nó hoạt động như thế nào?

Bạn có thể tự hỏi bộ xử lý lượng tử là gì và nó hoạt động như thế nào? Trong bài viết này, chúng tôi sẽ đi sâu vào thế giới này và cố gắng tìm hiểu thêm về sinh vật kỳ lạ này rằng có lẽ một ngày nào đó sẽ là một phần của khung gầm RGB đẹp, dĩ nhiên là lượng tử.

Chỉ số nội dung

Giống như mọi thứ trong cuộc sống này, bạn có thể thích nghi hoặc chết. Và đó chính xác là những gì xảy ra với công nghệ và không chính xác trong một phạm vi hàng triệu năm như những sinh vật sống, mà là trong vài năm hoặc vài tháng. Công nghệ đang phát triển với một tốc độ chóng mặt và các công ty lớn không ngừng đổi mới trong các thành phần điện tử của họ. Nhiều năng lượng hơn và tiêu thụ ít hơn để bảo vệ môi trường là những tiền đề đang là mốt hiện nay. Chúng tôi đã đạt đến điểm thu nhỏ các mạch tích hợp gần như đạt đến giới hạn vật lý. Intel cho biết nó sẽ là 5nm, ngoài ra sẽ không có Luật Moore hợp lệ. Nhưng một con số khác tăng sức mạnh, và đó là bộ xử lý lượng tử. Ngay sau đó chúng tôi bắt đầu giải thích tất cả các lợi ích của nó.

Với IBM là tiền thân, các công ty lớn như Microsoft, Google, Intel và NASA đã sẵn sàng tham gia vào cuộc chiến để xem ai có thể xây dựng bộ xử lý lượng tử mạnh mẽ và đáng tin cậy nhất. Và nó chắc chắn là tương lai gần. Chúng ta thấy bộ xử lý lượng tử này là gì

Chúng ta có cần một bộ xử lý lượng tử không

Các bộ xử lý hiện tại được dựa trên các bóng bán dẫn. Sử dụng kết hợp các bóng bán dẫn, các cổng logic được xây dựng để xử lý các tín hiệu điện chạy qua chúng. Nếu chúng ta tham gia một loạt các cổng logic, chúng ta sẽ có một bộ xử lý.

Vấn đề là ở đơn vị cơ bản của nó, các bóng bán dẫn. Nếu chúng ta thu nhỏ những thứ này, chúng ta có thể đặt nhiều hơn ở một nơi, cung cấp nhiều sức mạnh xử lý hơn. Nhưng tất nhiên, có một giới hạn vật lý cho tất cả những điều này, khi chúng ta đạt tới các bóng bán dẫn nhỏ đến mức chúng có thứ tự nanomet, chúng ta thấy mình có vấn đề với các electron lưu thông bên trong chúng để làm điều đó một cách chính xác. Có khả năng những thứ này sẽ trượt ra khỏi kênh của chúng, va chạm với các yếu tố khác trong bóng bán dẫn và gây ra lỗi chuỗi.

Và đây chính xác là vấn đề, hiện tại chúng tôi đang đạt đến giới hạn về an toàn và ổn định để sản xuất bộ xử lý sử dụng bóng bán dẫn cổ điển.

Điện toán lượng tử

Điều đầu tiên chúng ta phải biết là điện toán lượng tử là gì và không dễ để giải thích. Khái niệm này khởi hành từ những gì chúng ta biết ngày nay là điện toán cổ điển, sử dụng các bit hoặc trạng thái nhị phân là "0" (0, 5 volt) và "1" (3 volt) của một xung điện để tạo thành chuỗi logic thông tin tính toán.

Phông chữ Uza.uz

Phần điện toán lượng tử sử dụng thuật ngữ qubit hoặc cubit để chỉ thông tin hành động. Một qubit không chỉ chứa hai trạng thái như 0 và 1 mà nó còn có khả năng đồng thời chứa 0 và 1 hoặc 1 và 0, nghĩa là nó có thể có hai trạng thái này cùng một lúc. Điều này ngụ ý rằng chúng ta không có phần tử lấy các giá trị rời rạc 1 hoặc 0, nhưng, vì nó có thể chứa cả hai trạng thái, nó có tính chất liên tục và trong đó, một số trạng thái nhất định sẽ ngày càng kém ổn định hơn.

Càng nhiều qubit thì càng có nhiều thông tin có thể được xử lý

Chính xác trong khả năng có nhiều hơn hai trạng thái và có một vài trong số đó cùng một lúc, nằm ở sức mạnh của nó. Chúng tôi có thể thực hiện nhiều phép tính đồng thời và trong thời gian ngắn hơn. Càng nhiều qubit thì càng có nhiều thông tin có thể được xử lý, theo nghĩa này, nó tương tự như CPU ​​truyền thống.

Máy tính lượng tử hoạt động như thế nào

Hoạt động dựa trên các định luật lượng tử chi phối các hạt hình thành bộ xử lý lượng tử. Tất cả các hạt đều có electron ngoài proton và neutron. Nếu chúng ta lấy kính hiển vi và nhìn thấy một dòng các hạt điện tử, chúng ta có thể thấy rằng chúng có hành vi tương tự như sóng. Điều đặc trưng của sóng là nó là sự vận chuyển năng lượng mà không có sự vận chuyển vật chất, ví dụ, âm thanh, chúng là những rung động mà chúng ta không thể nhìn thấy, nhưng chúng ta biết rằng chúng di chuyển trong không khí cho đến khi chúng đến tai chúng ta.

Chà, electron là các hạt có khả năng hành xử như là hạt hoặc là sóng và đây là nguyên nhân khiến các trạng thái trùng nhau và 0 và 1 có thể xảy ra cùng một lúc. Như thể bóng của một vật thể được chiếu, ở một góc độ chúng ta tìm thấy một hình dạng và một hình dạng khác. Sự kết hợp của hai hình thành hình dạng của đối tượng vật lý.

Vì vậy, thay vì hai giá trị 1 hoặc 0 mà chúng ta gọi là bit, dựa trên điện áp, bộ xử lý này có thể hoạt động với nhiều trạng thái hơn gọi là lượng tử. Một lượng tử, ngoài việc đo giá trị tối thiểu mà cường độ có thể lấy (ví dụ 1 volt), còn có khả năng đo biến thiên nhỏ nhất có thể có mà tham số này có thể gặp khi chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác (ví dụ, có thể phân biệt hình dạng của một đối tượng bằng hai bóng đồng thời).

Chúng ta có thể có 0, 1 và 0 và 1 cùng một lúc, nghĩa là các bit được đặt chồng lên nhau

Để rõ ràng, chúng ta có thể có 0, 1 và 0 và 1 cùng một lúc, nghĩa là các bit được đặt chồng lên nhau. Càng nhiều qubit, chúng ta càng có nhiều bit có thể chồng lên nhau và sau đó nhiều giá trị hơn chúng ta có thể có cùng một lúc. Theo cách này, trong bộ xử lý 3 bit, chúng ta sẽ phải thực hiện các tác vụ có một trong 8 giá trị này, nhưng không nhiều hơn một lần. mặt khác, đối với bộ xử lý 3 qubit, chúng ta sẽ có một hạt có thể mất tám trạng thái cùng một lúc và sau đó chúng ta sẽ có thể thực hiện các tác vụ với tám thao tác cùng một lúc

Để cho chúng tôi một ý tưởng, đơn vị xử lý mạnh nhất từng được tạo ra hiện có công suất 10 teraflop hoặc 10 tỷ hoạt động điểm nổi tương tự mỗi giây. Một bộ xử lý 30 qubit sẽ có thể thực hiện cùng một số lượng hoạt động. IBM đã có bộ xử lý lượng tử 50 bit và chúng tôi vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm công nghệ này. Hãy tưởng tượng chúng ta có thể đi bao xa, vì bạn có thể thấy hiệu suất cao hơn nhiều so với một bộ xử lý thông thường. Khi các qubit của bộ xử lý lượng tử tăng lên, các hoạt động mà nó có thể thực hiện nhân lên theo cấp số nhân.

Làm thế nào bạn có thể tạo ra một bộ xử lý lượng tử

Nhờ một thiết bị có khả năng làm việc với các trạng thái liên tục thay vì chỉ có hai khả năng, có thể suy nghĩ lại các vấn đề mà cho đến bây giờ vẫn không thể giải quyết. Hoặc cũng giải quyết các vấn đề hiện tại một cách nhanh hơn và hiệu quả hơn. Tất cả những khả năng này được mở ra với một cỗ máy lượng tử.

Để định lượng hóa các tính chất của các phân tử, chúng ta phải đưa chúng đến nhiệt độ gần bằng không.

Để đạt được các trạng thái này, chúng ta không thể sử dụng các bóng bán dẫn dựa trên các xung điện mà cuối cùng sẽ là 1 hoặc 0. Để làm điều này, chúng ta sẽ phải xem xét thêm, cụ thể là các định luật vật lý lượng tử. Chúng ta sẽ phải đảm bảo rằng các qubit này được hình thành về mặt vật lý bởi các hạt và phân tử có khả năng làm một cái gì đó tương tự như các bóng bán dẫn làm, nghĩa là thiết lập mối quan hệ giữa chúng theo cách có kiểm soát để chúng cung cấp cho chúng ta thông tin mà chúng ta muốn.

Đây là những gì thực sự phức tạp và là chủ đề cần khắc phục trong điện toán lượng tử. Để định lượng hóa các tính chất của các phân tử tạo nên bộ xử lý, chúng ta phải đưa chúng đến nhiệt độ gần bằng không (-273, 15 độ C). Để máy biết cách phân biệt trạng thái này với trạng thái khác, chúng ta cần làm cho chúng khác nhau, ví dụ, dòng điện 1 V và 2 V, nếu chúng ta đặt điện áp 1, 5 V, máy sẽ không biết rằng nó là trạng thái này hay trạng thái khác. Và đây là những gì phải đạt được.

Nhược điểm của điện toán lượng tử

Hạn chế chính của công nghệ này là chính xác là kiểm soát các trạng thái khác nhau mà qua đó vật chất có thể vượt qua. Với các trạng thái đồng thời, rất khó thực hiện các phép tính ổn định bằng thuật toán lượng tử. Điều này được gọi là sự không nhất quán lượng tử, mặc dù chúng ta sẽ không đi vào những khu vườn không cần thiết. Điều chúng ta phải hiểu là chúng ta sẽ càng có nhiều qubit, càng nhiều trạng thái và số lượng trạng thái càng nhiều, chúng ta sẽ càng có nhiều tốc độ, nhưng cũng khó kiểm soát hơn sẽ là những lỗi trong những thay đổi của vật chất xảy ra.

Hơn nữa, các quy tắc chi phối các trạng thái lượng tử của các nguyên tử và hạt nói rằng chúng ta sẽ không thể quan sát quá trình tính toán trong khi nó đang diễn ra, vì nếu chúng ta can thiệp vào nó, các trạng thái chồng chất sẽ bị phá hủy hoàn toàn.

Các trạng thái lượng tử cực kỳ dễ vỡ và máy tính phải được cách ly hoàn toàn trong chân không và ở nhiệt độ gần bằng 0 tuyệt đối để đạt được tỷ lệ lỗi ở mức 0, 1%. Các nhà sản xuất làm mát bằng chất lỏng đặt pin hoặc chúng ta hết máy tính lượng tử cho Giáng sinh. Do tất cả những điều này, ít nhất trong trung hạn sẽ có máy tính lượng tử cho người dùng, có lẽ có một vài trong số chúng được phân phối trên toàn thế giới trong các điều kiện bắt buộc và chúng ta có thể truy cập chúng qua internet.

Công dụng

Với khả năng xử lý của chúng, các bộ xử lý lượng tử này sẽ chủ yếu được sử dụng để tính toán khoa học và để giải quyết các vấn đề không thể giải quyết trước đây. Đầu tiên trong các lĩnh vực ứng dụng có thể là hóa học, chính xác bởi vì bộ xử lý lượng tử là một nguyên tố dựa trên hóa học hạt. Nhờ điều này người ta có thể nghiên cứu các trạng thái lượng tử của vật chất, ngày nay không thể giải quyết bằng máy tính thông thường.

• Chúng tôi khuyên bạn nên đọc các bộ xử lý tốt nhất trên thị trường

Sau này, nó có thể có các ứng dụng cho nghiên cứu bộ gen người, điều tra các bệnh, v.v. Các khả năng là rất lớn và các yêu cầu là có thật, vì vậy chúng tôi chỉ có thể chờ đợi. Chúng tôi sẽ sẵn sàng để xem xét bộ xử lý lượng tử!