Quantum Computing förklaras (som om du är en 5-årig)

Konceptet "Quantum Computing" som nyligen gick viralt - tack vare en viss premiärminister - är ett av de många okända vetenskapsområdena av oss icke-vetenskapliga peeps.

Anledningen till att de flesta av oss inte har hört talas om det trots att det funnits i decennier, är det för det mesta det är teoretiskt och de som experimenterade på det i början var väldigt hush-hush om det på grund av det Behovet av militär och företagshemlighet.

Ändå vet vi att en kvantmekanik och datakombination finns och plötsligt ligger detta inom alla intressen. Om du inte vet vad en kvantdator men inte vill vara borta från slingan, läs vidare för att få reda på varför det är bättre än de traditionella datorer vi jobbar med idag.

Av traditionella datorer och bitar

Datorer är mestadels digitala elektroniska och vill interagera med data representerade i binära siffror känd som bitar (0 s och 1 s). Det är bilder, text, ljud eller andra data - det är alla lagrade i bitar.

Fysiskt kan de binära talen 0 och 1 vara representerade med hjälp av någon tvåstatlig enhet som ett mynt (huvud och svans) eller en brytare (på eller av). I datorer är bitarna de närvaro eller frånvaro av spänning (1 eller 0), eller förändring eller bevarande av magnetisk riktning i magnetiska hårddiskar.

Data manipuleras genom att beräkna de lagrade bitarna. Beräkning görs av logiska grindar som typiskt består av transistorer som styr passagen av den elektroniska signalen. Om det tillåter signalen att passera, är det biten 1 och om signalen är avskuren är den 0.

Gränserna för transistorer

Med den ständigt krympande chipstorleken och det växande antalet komponenter kan elektroniska enheter komma med miljontals transistorer som kan vara så små som 7 nm (vilket är 1000 gånger mindre än en röd blodcell och bara 20 gånger större än vissa atomer).

Transistorernas storlek kan fortsätta att krympa men så småningom kommer de att träffa en fysisk gräns där elektronerna bara kommer att tunnelera genom dem och det kommer ingen kontroll över det elektroniska signalflödet.

För det ständigt växande behovet av kraftfull beräkning och mindre enheter, en storleksgräns på en grundläggande elektronisk komponent är en framstegsgräns. Forskare letar efter nya sätt som ta mindre tid och utrymme för att beräkna och lagra data, och ett av sätten vi kan använda är kvantberäkning.

Qubits, Superposition och Entanglement

Quantum computing använder qubits istället för bitar för att representera data. Qubits representeras med hjälp av kvantpartiklar som elektroner och fotoner.

Kvantpartiklar har egenskaper som spin och polarisering som kan användas för att representera data. En qubit spinning uppåt kan till exempel vara 1 och nedåt 0.

Men kraften i kvantberäkning kommer från det faktum att till skillnad från bitar som antingen är 1 eller 0, qubits kan vara 1 och 0 samtidigt, på grund av en egendom som heter överlagring, där kvantpartiklar finns i flera stater på samma gång.

Detta ökar beräkningskraften för qubit, eftersom den kan användas för både 1 och 0 under beräkning och i slutet, en gång mätt, det blir antingen 1 eller 0.

Överlagringsegenskapen kan lätt förklaras av ett berömt tankeförsök som gjorts på en imaginär katt av Schrödinger, en österrikisk fysiker.

I kvantvärlden finns det också en annan egenskap som kan utnyttjas i databehandling kvantsammanflätning. Det hänvisar i grunden till kvantpartiklarnas egenskaper som blir intrasslade och bli beroende av varandra och kan därför inte ändras separat.

De agerar som ett enda system med ett övergripande tillstånd.

Låt oss säga att 2 kvartaler genomgår entanglement, om en av kvittens tillstånd ändras, kommer den andra också att ändras. Detta leder till verklig parallellbehandling eller databehandling som kan sänka beräkningstiden väsentligt jämfört med traditionella datorer.

Svårigheter och användningar

Det finns många praktiska hinder som kan övervinnas av forskarna och ingenjörerna, som skapa en kontrollerad miljö för qubitsna och hitta sätt att manipulera sina egenskaper, för att producera ett önskat resultat.

Men när kvantumdatorer med hög datakraft slutligen skapats kan de användas för att lösa problem som annars skulle ta mycket lång tid att kompletteras med traditionella datorer.

Hitta stora faktorer, stora resande problem för ett stort antal städer och andra liknande problem kräver ett exponentiellt antal jämförelser för att få resultats. Att söka igenom kolossala databaser är fortfarande en mycket tidskrävande process för jämna nuvarande digitala datorer.

Dessa problem kan lösas med kvantdatorer, som kan lösa problem som kan ta århundraden i traditionella datorer, om några minuter.

(H / T: IBM)