Eine Realität, die wir noch nicht kennen - Quantencomputer

In jedem Leben gibt es einige Momente, Dinge, die wir nicht erklären können. Dinge, die wir nicht verstehen können. In Bezug auf Quantencomputer befinden wir uns alle in diesem Zustand, einschließlich der weltweit größten Köpfe des 20. und 21. Jahrhunderts.

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Die Leute haben also Quantencomputer gebaut, aber sie können es nicht verstehen?

Wie umstritten ist das? Tatsache ist, dass Wissenschaftler die Oberflächenbedienung von Quantencomputern kennen, aber das zugrunde liegende Prinzip, das das gesamte Verhalten von Quantencomputern regelt, ist immer noch umstritten.

Was ist diese seltsame Wissenschaft und diese seltsamen Computer?

"Gott würfelt nicht mit dem Universum." - Albert Einstein
"Gott spielt nicht nur Würfel, sondern ... er wirft sie manchmal dorthin, wo sie nicht gesehen werden können." - Stephen Hawking

So beschreibt der größte Geist des 20. Jahrhunderts und der größte Geist des 21. Jahrhunderts diese mysteriöse Wissenschaft. Albert Einstein glaubte, dass der Verlauf aller Ereignisse vorbestimmt ist. Aber Hawking sagt nein, ist es nicht. Manchmal geschehen Dinge auf eine Weise, die nur Gott erklären kann. Warum so viele Debatten? Können sie sich nicht auf etwas einigen? Nun, die Tatsache ist, wie erwähnt, dass die Quantenmechanik wirklich mysteriös ist. Dieses Quantenverhalten verletzt die meisten allgemeinen physikalischen Phänomene. Nicht nur das, diese Natur kann nur in sehr kleinen Partikeln gesehen werden.

Willkommen in der Welt der Mathematik. Das Quantenverhalten wird vollständig durch eine Reihe mathematischer Modelle erklärt und die Ergebnisse sind wirklich kontrovers mit der natürlichen Welt, die wir jeden Tag erleben.

Grundsätzlich hängt diese Quantenphysik von der Wahrscheinlichkeit ab. Als einfaches Beispiel, während Sie diesen Artikel im Bus lesen, obwohl Sie vielleicht nicht glauben, besteht laut Quantenphysik die Wahrscheinlichkeit, dass Sie sich im „Weißen Haus“ befinden. Und denken Sie daran, dass die Wahrscheinlichkeit größer als Null ist !!. Aber das wird ziemlich klein sein wie ein Milliardstel. Theoretisch gibt es eine Chance!. Wenn Partikel immer kleiner werden, steigt diese Wahrscheinlichkeit. Wenn ein Elektron mit einer Masse von 9,10938356 × 10–31 Kilogramm betrachtet wird, besteht nach den Gesetzen der Quantenphysik eine beträchtliche Wahrscheinlichkeit. Indirekt heißt es, dass dieses Elektron an beiden Orten existieren kann. Allgemeiner kann das Elektron in mehr als einem Zustand existieren. Dies ist das Hauptkonzept hinter der ultimativen Rechenleistung von Quantencomputern, und wir werden darauf zurückkommen.

In den späten 90er Jahren kam der Nobelpreisträger Richard Feynman auf die Idee des Quantencomputers. Eigentlich war das nur die Idee. Aber das war die erste Vorstellung von einem Computer, der über alle Traditionen hinausgeht.

Was ist der große Unterschied zwischen heutigen Computern und Quantencomputern? Die direkte Antwort ist die Rechenleistung. Es wurde geschätzt, dass ein richtig entworfener Quantencomputer unter Berücksichtigung der Verarbeitungsleistung in der Lage sein wird, jeden modernen Computer zu überholen. Tatsächlich wird vorausgesagt, dass Binärcomputer, die wir heute verwenden, diese Verarbeitungskapazität niemals erreichen können. Lassen Sie uns also tief graben, um zu sehen, wie dieser Computer so schnell arbeiten kann. Die Antwort liegt in der Quantenmechanik.

Die Grundeinheit, die im heutigen Computer verwendet wird, ist ein Bit (Binärziffer). Ein Bit kann nur einen Wert enthalten. Entweder 1 oder 0. Bei Quantencomputern wird die Grundeinheit jedoch als „Qubit“ bezeichnet. Qubit oder Quantenbit ist eine Einheit der Quanteninformation - das Quantenanalogon des klassischen Bits. Wir wissen, dass Quantenelemente gleichzeitig in mehr als einem Zustand existieren können. Qubit befindet sich in der Überlagerung von "Wert 1" und "Wert 0". (Das Vorhandensein in mehr als einem Zustand gleichzeitig wird als Überlagerung definiert.) Diese Überlagerung ist der Grund, warum der Quantencomputer alle Computer in der modernen binären Welt hinter sich lässt. Dieser winzige Qubit kann sowohl 1 als auch 0 zusammen enthalten und das erhöht die Rechenleistung auf unglaubliche Weise.

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Nehmen wir ein Beispiel. Wenn wir in einem Binärcomputer zwei Bits nehmen, gibt es vier Möglichkeiten 11, 10, 00, 01. Diese beiden Bits können jedoch jeweils nur 1 von 4 annehmen. Wenn alle vier Zustände benötigt werden, sind 4 Operationen erforderlich. Aber da Qubit kann 1 und 0 gleichzeitig enthalten. Alle diese vier Zustände können gleichzeitig erreicht werden. Vier Operationen werden auf eine reduziert. (Dies geschieht, weil Qubits beide Werte enthalten können. Zwei Qubits können diese vier Zustände gleichzeitig enthalten, wenn gewöhnliche Bits jeweils einen Zustand benötigen.) Der Rest ist Mathematik. Nehmen Sie einfach 3 Qubits, die 8 Zustände gleichzeitig enthalten können. Mit 4 Qubits, 16 verschiedenen Werten. Es ist ziemlich klar, dass Quantencomputer aufgrund des Überlagerungsphänomens von Qubits tausendmal schneller verarbeiten können als gewöhnliche Computer.

Bauen wir also einen Quantencomputer. Worauf warten wir noch?

Der schwierige Teil kommt jetzt. Der Bau eines Quantencomputers ist keine einfache Aufgabe. Obwohl es einige erfolgreiche Ergebnisse gibt, bemühen sich die Wissenschaftler immer noch, ein ausgeklügeltes Modell zu entwickeln. Der Hauptgrund für die Schwierigkeiten ist als ein weiteres natürliches Phänomen bekannt, das als „Dekohärenz“ bezeichnet wird.

Was ist diese Dekohärenz? Sind Sie bereit für eine Reise in die mysteriöse Quantenwelt, um Dekohärenz zu finden?

Zu Beginn wurde erwähnt, dass Quantenelemente mehr als einen Zustand gleichzeitig existieren können und dies als Überlagerung bezeichnet wird. Dekohärenz bedeutet das natürliche Phänomen, dass ein Quantenelement andere Zustände verlässt und beginnt, in einem Zustand zu bleiben. Im Grunde ist dies die Zeit, in der dieses Element aufhört, seine Quantennatur zu zeigen. Diese Dekohärenzelemente werden von der Newtonion-Physik und nicht von der Quantenmechanik bestimmt. Wenn es keine Überlagerung gibt, gibt es keine extreme Verarbeitungsleistung.

Was am seltsamsten ist, ist der Grund für die Dekohärenz. Laut Quantenphysik, wenn wir versuchen, ein Quantenelement zu messen, das entschlüsselt wird.

Wie wir im 3D-Raum wissen, können wir jedes Objekt anhand der x-, y- und z-Achse lokalisieren. Ähnlich kann es sein, wenn wir versuchen, ein Quantenelement (z. B. ein Qubit) zu lokalisieren, aber in diesem Moment zeigt es nicht die Quantennatur. Wenn wir ein Qubit messen oder erfassen, wird es kein Qubit mehr sein, bis wir es freigeben. Dies ist eines der unglaublichsten und wunderbarsten Phänomene in der Natur, das die größten Köpfe der Welt seit den 1930er Jahren beschäftigt. Es gibt einige Modelle und Theorien, die dieses Phänomen erklären, aber dennoch sind sie umstritten.

Aufgrund dieser gruseligen Natur der Quantenwelt werden spezielle Arten von Algorithmen für Quantencomputer benötigt. Diese Algorithmen sollten so definiert werden, dass das Abrufen von Operationen ohne Messen der Qubits durchgeführt werden kann. Tatsächlich gibt es auch solche Algorithmen.

Wie wir alle heute wissen, führen die einfallsreichsten Universitäten der Welt wie MIT Cambridge und Max Plank viele Experimente auf diesem Gebiet durch. Laut Wissenschaftlern ist die Ära der Handquantencomputer nicht weit entfernt, wenn das Rätsel der Dekohärenz richtig gelöst ist.