nauki ścisłe
Autor: Jakub Chabik | dodano: 2020-12-22
Nowe kwantowe możliwości obliczeniowe

Fot. Boykov/Shutterstock.com

Choć komputery kwantowe istnieją dopiero w formie prototypów, to w przyszłości pozwolą nam rozwiązywać obliczeniowo problemy, które dziś są zbyt skomplikowane.


Klasyczne komputery to maszyny bardzo proste pod względem obliczeniowym. Wszystko odbywa się według koncepcji opracowanej przez Alana Turinga na przełomie lat 30. i 40. ub.w. „Pod spodem” wszystkich przepięknych grafik we współczesnych grach komputerowych, stron i apek internetowych, umożliwiających rozmowę i zakupy albo wyznaczanie trajektorii rakiet kosmicznych, znajduje się to samo – informacja zapisywana w postaci zer i jedynek, procesor operujący na trzech rodzajach bramek logicznych (iloczyn logiczny, suma, zaprzeczenie) oraz komórkach zapamiętujących dany stan, pamięci trwałej lub nietrwałej oraz urządzeniach peryferyjnych. To wszystko. Nawet komputer Deep Blue (który już w 1997 r., analizując 200 mln posunięć w ciągu sekundy, pokonał Garriego Kasparowa w szachach) oraz japoński Fugaku – zwycięzca z listy 500 najpotężniejszych superkomputerów, który wykonuje 415 biliardów (milionów miliardów) operacji zmiennoprzecinkowych w jednej sekundzie (informatycy mówią o petaflopsach na sekundę) – oparte są na tych samych koncepcjach Turinga i von Neumanna.
Fakt, że komputery mogą robić cuda – sterować autonomicznym satelitą na orbicie Jowisza, nadawać seriale z centrów danych po drugiej stronie oceanu, zarządzać sieciami energetycznymi, podtrzymywać kruche życie wcześniaków w inkubatorach – wynika z miniaturyzacji, szybkości i pojemności. Wykonując miliardy operacji na sekundę w tysiącach krzemowych rdzeni, analizują biliony możliwości i z nich wybierają tę najlepszą, dającą pożądany rezultat. Za „mądrością” komputerów tkwią brutalna siła i szybkość krzemowych gigaherców oraz petaflopsów.
Istnieją jednak kwestie jednocześnie proste (w sensie definicji) i nieprawdopodobnie złożone, do których rozwiązania ten „brutalny” model obliczeń – sprawdzenie tysięcy albo milionów możliwości w krótkim czasie – się nie nadaje. Klasyczny problem matematyczny to rozbiór liczby całkowitej na czynniki pierwsze. Pomnożenie dwóch liczb jest banalnie proste; sprawdzenie, iloczynem jakich liczb pierwszych jest dana liczba, wymaga bardzo złożonych i kosztownych obliczeń – tym dłuższych, im większa jest liczba. Takich problemów jest więcej; w tym bardziej realnych i związanych z tzw. codziennym życiem. Ale o tym za chwilę – na razie na scenę wchodzi główny bohater: komputer kwantowy.

Jak to działa?

Komputer kwantowy bazuje na pokrewnych koncepcjach i spróbujmy najpierw opisać go na poziomie czysto matematycznym. Zamiast bitów mamy kubity, zamiast bramek logicznych – trochę inne bramki. Ale tutaj kończą się podobieństwa. U jego podstaw tkwi inny paradygmat. Kubit nie przechowuje stanu zero albo jeden. Przechowuje wartość, która jest superpozycją dwóch stanów, oznaczanych jako |0> i |1>.

Dalej piszemy o:

Na czym bazują „bramki” komputera kwantowego?  Co to jest kubit? W czym przydatna jest pułapka magnetyczna na jony? Jak wykorzystać do obliczeń splątanie kwantowe? W czym komputery kwantowe są lepsze, a w czym gorsze od klasycznych? Jak komputery kwantowe zmienią świat? Jaki wkład w wiedzę o komputerach kwantowych mają Polacy?




Więcej w miesięczniku „Wiedza i Życie" nr 01/2021 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
02/2021
01/2021
Kalendarium
Luty
25
W 1972 r. radziecka sonda Łuna 20 po pobraniu 55 gramów gruntu księżycowego powróciła na Ziemię
Warto przeczytać
Fizyka kwantowa jest dziwna. Reguły świata kwantowego, według których działa świat na poziomie atomów i cząstek subatomowych, nie są tymi samymi regułami, które obowiązują w dobrze znanym nam świecie codziennych doświadczeń - regułami, które kojarzymy ze zdrowym rozsądkiem.

Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Jakub Chabik | dodano: 2020-12-22
Nowe kwantowe możliwości obliczeniowe

Fot. Boykov/Shutterstock.com

Choć komputery kwantowe istnieją dopiero w formie prototypów, to w przyszłości pozwolą nam rozwiązywać obliczeniowo problemy, które dziś są zbyt skomplikowane.


Klasyczne komputery to maszyny bardzo proste pod względem obliczeniowym. Wszystko odbywa się według koncepcji opracowanej przez Alana Turinga na przełomie lat 30. i 40. ub.w. „Pod spodem” wszystkich przepięknych grafik we współczesnych grach komputerowych, stron i apek internetowych, umożliwiających rozmowę i zakupy albo wyznaczanie trajektorii rakiet kosmicznych, znajduje się to samo – informacja zapisywana w postaci zer i jedynek, procesor operujący na trzech rodzajach bramek logicznych (iloczyn logiczny, suma, zaprzeczenie) oraz komórkach zapamiętujących dany stan, pamięci trwałej lub nietrwałej oraz urządzeniach peryferyjnych. To wszystko. Nawet komputer Deep Blue (który już w 1997 r., analizując 200 mln posunięć w ciągu sekundy, pokonał Garriego Kasparowa w szachach) oraz japoński Fugaku – zwycięzca z listy 500 najpotężniejszych superkomputerów, który wykonuje 415 biliardów (milionów miliardów) operacji zmiennoprzecinkowych w jednej sekundzie (informatycy mówią o petaflopsach na sekundę) – oparte są na tych samych koncepcjach Turinga i von Neumanna.
Fakt, że komputery mogą robić cuda – sterować autonomicznym satelitą na orbicie Jowisza, nadawać seriale z centrów danych po drugiej stronie oceanu, zarządzać sieciami energetycznymi, podtrzymywać kruche życie wcześniaków w inkubatorach – wynika z miniaturyzacji, szybkości i pojemności. Wykonując miliardy operacji na sekundę w tysiącach krzemowych rdzeni, analizują biliony możliwości i z nich wybierają tę najlepszą, dającą pożądany rezultat. Za „mądrością” komputerów tkwią brutalna siła i szybkość krzemowych gigaherców oraz petaflopsów.
Istnieją jednak kwestie jednocześnie proste (w sensie definicji) i nieprawdopodobnie złożone, do których rozwiązania ten „brutalny” model obliczeń – sprawdzenie tysięcy albo milionów możliwości w krótkim czasie – się nie nadaje. Klasyczny problem matematyczny to rozbiór liczby całkowitej na czynniki pierwsze. Pomnożenie dwóch liczb jest banalnie proste; sprawdzenie, iloczynem jakich liczb pierwszych jest dana liczba, wymaga bardzo złożonych i kosztownych obliczeń – tym dłuższych, im większa jest liczba. Takich problemów jest więcej; w tym bardziej realnych i związanych z tzw. codziennym życiem. Ale o tym za chwilę – na razie na scenę wchodzi główny bohater: komputer kwantowy.

Jak to działa?

Komputer kwantowy bazuje na pokrewnych koncepcjach i spróbujmy najpierw opisać go na poziomie czysto matematycznym. Zamiast bitów mamy kubity, zamiast bramek logicznych – trochę inne bramki. Ale tutaj kończą się podobieństwa. U jego podstaw tkwi inny paradygmat. Kubit nie przechowuje stanu zero albo jeden. Przechowuje wartość, która jest superpozycją dwóch stanów, oznaczanych jako |0> i |1>.

Dalej piszemy o:

Na czym bazują „bramki” komputera kwantowego?  Co to jest kubit? W czym przydatna jest pułapka magnetyczna na jony? Jak wykorzystać do obliczeń splątanie kwantowe? W czym komputery kwantowe są lepsze, a w czym gorsze od klasycznych? Jak komputery kwantowe zmienią świat? Jaki wkład w wiedzę o komputerach kwantowych mają Polacy?