Kuantum Hesaplamanın Zorlukları

İçerik

• Kuantum Gerçekliği
• Bir Kuantum Bitinin Yapımı
• Hata Yok, Stres Yok - Hayatınızı Yok Etmeden Hayat Değiştiren Yazılım Yaratma Adım Adım Kılavuzunuz
• Ne Kadar Yakınız?
• Sonuç

Kaynak: Rcmathiraj / Dreamstime.com

Paket servisi:

Kuantum hesaplamaya, nasıl çalıştığına ve gelecekteki potansiyeline yakından bakın.

“Kuantum fiziğini anladığınızı düşünüyorsanız, kuantum fiziğini anlamıyorsunuz.” Bu alıntı, fizikçi Richard Feynman'a atfediliyor, ama aslında söyleyip söylemediği belli değil. 1995 MIT yayınından daha güvenilir bir Feynman teklifi: “Kimsenin kuantum mekaniğini anlamadığını güvenle söyleyebilirim.”

Kuantum Gerçekliği

Şimdi bunu bir an önce çözdüğümüze göre, bildiğimiz bir şey olup olmadığını görelim. Kuantum mekaniği tuhaf. Kuantum seviyesindeki küçük parçacıklar, beklendiği gibi davranmıyor. Orada işler farklı.

Kuantum evreninde çılgınca şeyler oluyor. İçsel rasgelelik, belirsizlik, dolaşma var. Hepsi biraz görünüyor.

Artık atomların ve atom altı parçacıkların birbirine bağlı gibi davrandığını biliyoruz. Einstein “uzak mesafedeki ürkütücü eylem” olarak kuantum dolaşma adını verdi. Fiziksel olarak birbirinden ayrı iki nesne hayal edin ama aynı şekilde davranıyorlar, aynı özelliklere sahipler ve bir gibi davranıyorlar. Şimdi bu iki nesnenin 100.000 ışıkyılı uzaklıkta olduğunu hayal edin. Gerçekten de garip.

Fazlası var. Kuantum mekaniğindeki belirsizlik ilkesi, parçacıkların belirli özelliklerinin henüz bilinemediğini söylüyor. Buna, dalga fonksiyonunun çöküşü ile ilgisi olan, çözülme problemini de ekleyin. Çift yarık deneyinin sürümleri, bir kuantum nesnesinin aynı anda iki yerde olabileceğini, gözlemin subatomik parçacıkların yapısını değiştirdiğini veya elektronların zamanda geriye yolculuk etmiş gibi göründüğünü gösteriyor gibi görünüyor.

Artık kuantum bir bilgisayar inşa etmenin neden bu kadar zor olabileceğini anlıyorsunuz. Ama bu insanların denemesini engellemiyor. (Kuantum hesaplama hakkında daha fazla bilgi için, bkz. Quantum Computing, Büyük Veri Yolu'ndaki Bir Sonraki Dönüşe Neden Olabilir.)

Bir Kuantum Bitinin Yapımı

Belirsizlik sorunu, hesaplamayı zorlaştırmasıdır. Hedef her zaman hareket ediyor. Bazı matematiksel sistemler geliştirseniz bile hataları nasıl düzeltirsiniz? Ve sen ikiliğin zor olduğunu düşündün.

Avustralya'daki New South Wales Üniversitesi'nden Profesör Andrea Morello “Qubit, uygun koşullar altında sadece iki kuantum seviyesine sahip olarak değerlendirilebilecek kuantum mekanik bir sistemdir” diyor. “Ve bir kere buna sahipseniz, onu kuantum bilgisini kodlamak için kullanabilirsiniz.”

Hata Yok, Stres Yok - Hayatınızı Yok Etmeden Hayat Değiştiren Yazılım Yaratma Adım Adım Kılavuzunuz

Hiç kimse yazılım kalitesiyle ilgilenmediğinde programlama becerilerinizi geliştiremezsiniz.

Söylemesi yapmaktan kolay. Şu anki kuantum bilgisayarlar henüz çok güçlü değil. Hala yapı taşlarını doğru almaya çalışıyorlar.

Aynı zamanda bir qubit olarak da bilinen kuantum bit, ikili dijital hesaplamalarda klasik bitten katlanarak daha fazla potansiyele sahiptir. Bir temel parçacık, süperpozisyon olarak bilinen bir kalite ile aynı anda birden fazla durumda olabilir. Klasik bir bit, iki durumdan birinde (bir veya sıfır) olabilirken, bir qubit, aynı anda bu pozisyonların her ikisinde de olabilir.

Bir bozuk para düşünün. İki tarafı vardır: kafalar veya kuyruklar. Bir jeton ikilidir. Ama parayı havaya çevirdiğini ve süresiz olarak uçup gitmediğini hayal et. Çevirirken, kafa mı çıkıyor yoksa kuyruk mu? İnecek olursa ne olacak? Çevirme parasını nasıl ölçebilirsiniz? Bu, süperpozisyonu gösterme konusunda zayıf bir girişim.

Peki nasıl pes edersin? Eğer kuantum fizikçileri kuantum mekaniğini anlamıyorsa, o zaman burada yeterli bir açıklama yapamayız. Qubit oluşturmak için test edilen teknolojilerin kısa bir listesine yerleşelim:

• Süper iletken devreler
• Spin litre
• İyon tuzakları
• Fotonik devreler
• Topolojik örgüler

Bunlardan en popüler olanı ilk ikisidir. Diğerleri üniversite araştırmasının konusu. İlk teknikte, süper iletkenler elektromanyetik paraziti ortadan kaldırmak için süper soğutulmuştur. Ancak tutarlılık zamanları nispeten kısa ve işler bozuluyor. Profesör Morello, spin tekniği üzerinde çalışıyor. Kuantum parçacıkları, tıpkı mıknatısların yaptığı gibi elektrik yüküne sahiptir. Mikrodalga darbeleri kurarak, aşağıdan ziyade dönerek bir elektron alabiliyor ve böylece tek elektronlu bir transistör yaratıyor.

Ardından, hata toleransı ve hata düzeltme konusu var. California Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, Santa Barbara, qubit kapıları ile yüzde 99,4 sadakat sağlamayı başardı. Oxford Üniversitesi'nde yüzde 99.9'luk geçit uygunluğu elde ettiler. Ee, henüz orada mıyız?

Ne Kadar Yakınız?

Edwin Cartlidge bu soruyu Ekim 2016 tarihli Optik ve Fotonik Haber makalesinde soruyor. ETSI'den 2015 yılında, kurumların “kuantum güvenliği” şifreleme tekniklerine geçmeleri gerektiğini belirten bir uyarı ufukta bir şey olduğunu söylemelidir.

Google, Microsoft, Intel ve IBM hepsi oyunda. Google'ın izlediği eşiklerden biri “kuantum üstünlüğü” olarak adlandırdıkları bir şeydir. Kuantum bir bilgisayarın klasik bir bilgisayarın yapamayacağı bir şey yaptığı noktayı tanımlamak için kullanılır.

Scientific American’taki David Castelvecchi’ye göre, IBM 2017’de “evrensel” bir kuantum bilgisayar çıkarmayı planlıyor. “IBM Q” olarak adlandırılan bu, İnternet üzerinden bir ücret karşılığında kullanılabilen bulut tabanlı bir hizmet olacak. Şu anda çevrimiçi olarak bulunan Kuantum Deneyimlerini deneyerek, üzerinde çalıştıkları şeylerin tadını çıkarabilirsiniz. Ancak Castelvecchi, bu çabaların hiçbirinin geleneksel bilgisayarlardan daha güçlü olmadığını söylüyor. Kuantum üstünlüğü henüz kurulmamıştır.

Techopedia'nın 2013'te bildirdiği gibi, Google bir zamanlar gelişmiş bir kuantum bilgisayar için birçok uygulamaya sahiptir. Microsoft, topolojik kuantum hesaplama üzerinde çalışıyor. Birkaç başlangıç ​​hızla yükseliyor ve bu alanda çok fazla iş yapılıyor. Ancak bazı uzmanlar yemeğin henüz tamamen pişirilmeyeceği konusunda uyarıyorlar. Avusturya'daki Innsbruck Üniversitesi'nden Rainer Blatt, “Gelecekle ilgili hiçbir basın açıklaması yapmıyorum” diyor. Ve fizikçi David Wineland, “Uzun vadede iyimserim, ancak“ uzun vadede ”ne anlama geldiğini bilmiyorum” diyor. (Bkz. 5 Cool Things Googles Quantum Computer Yapabilir.

Kuantum hesaplama üstünlüğüne ulaşılsa bile, dizüstü bilgisayarınızı en kısa zamanda değiştirmeyi aramayın. Kuantum bilgisayarlar, ilk günlerdeki ikili meslektaşları gibi, sadece belirli amaçlara adanmış özel cihazlar olabilir. En yaygın kullanımlardan biri, kuantum mekaniğini simüle eden kuantum bilgisayarına sahip olmaktır. Hava tahmini gibi yoğun bilgisayar işlemlerinin yanı sıra, kuantum hesaplamanın kullanımı merkezileştirilebilir ve bulutla sınırlandırılabilir. Tabii ki, bunun için mükemmel bir yer olabilir.

Sonuç

Profesör Morello, kuantum hesaplamanın birincil zorluğunu açıkça belirtti. Bilgileri kodlamaya başlamadan önce, qubit ile iki ayrık kuantum seviyesi oluşturabilmelisiniz. Bir kere elde edildiğinde, kuantum hesaplama “klasik bir bilgisayardan ziyade üssel olarak daha büyük bir hesaplama alanına erişim sağlıyor”. Örneğin, 300 litre olan bir kuantum bilgisayarı (N litre = 2^N- klasik bitler) evrendeki parçacıklardan daha fazla bilgi bitini işleyebilecektir.

Bu çok fazla bit. Fakat buradan oraya gitmek biraz zaman alacak.