תוֹכֶן
דוד וינלנד זכה בפרס נובל בפיסיקה לשנת 2012 על עבודתו בכלא יונים, אשר יכול להיות בעל חשיבות עליונה למחשבים קוונטיים (תמונות getty)
ימי המחשבים המסורתיים עשויים להיות ממוספרים. חוק מור קובע כי מספר הטרנזיסטורים (רכיבים במידע עיבוד המחשב) במעבד זמין מסחרית יוכפל כל שנתיים. זה נשמע טוב בהתחלה, אבל כמו חברות מנסה לסחוט יותר ויותר טרנזיסטורים לתוך המעבד, בעיות מתחילים לצוץ. צ 'יפס המיוצר על ידי פנטיום יש עכשיו צומצם להארכה של רק 20 אטומים, וכאשר מספר זה מצטמצם לחמש, יהיו בעיות רציניות. כפי שאמר הפיזיקאי התיאורטי, מיצ'יו קאקו, "כוח המחשוב אינו יכול פשוט לשמור על הצמיחה המעריכית שלו עם טכנולוגיית סיליקון סטנדרטית". משהו חדש צריך לצוץ במקומו, וזה משהו יכול להיות מחשבים קוונטיים.
הסתבכויות שכבות
כאשר אתה מגיע לרמה האטומית, מערכת חדשה של חוקים מתחילה להשתלט, חוקים אלה כבר מתחילים להציג בעיות על יצרני המחשבים. כדי להבין את היסודות של מחשבים קוונטיים, עליך להבין כמה תופעות חריגות של מכניקת הקוונטים. זהו העולם האטומי; עולם שבו אתה בקושי יכול להגיד היכן הוא נמצא ואיפה אלקטרונים יכולים לסובב בשני כיוונים בו זמנית. האם נראה שאין לזה משמעות? המחשב שבו אתה משתמש כדי לקרוא מאמר זה מבוסס על אותם חוקים של מכניקת הקוונטים. במילים אחרות, היישומים אמיתיים מאוד.
שני הרעיונות החשובים ביותר שאתה חייב להבין הם interlacing וחפיפה. אלקטרונים, המקיפים את גרעיני האטומים, מכילים תכונה הנקראת ספין, כלומר הם יכולים להסתובב למעלה או למטה. הם באים גם בזוגות, ואלה מסתובבים בכיוונים מנוגדים. ללא התבוננות קרובה, אי אפשר לדעת לאיזה כיוון אחד האלקטרונים בצמד מסתובב. הפרשנות מנקודת המבט של מכניקת הקוונטים אומרת כי האלקטרון נמצא בסופרפוזיציה של שני הספינים מעלה ומטה עד שאנחנו מתחילים לצפות בה, מה שגורם לה להניח מצב ייחודי.
הזוגות כשלעצמם משולבים, כלומר, אם אחד מסתובב כלפי מעלה, השני הוא למטה, ולהיפך. במילים פשוטות, אם יש לך שני אלקטרונים בצמד אחד, שניהם קיימים סופרפוזיציה של פיתול הן למעלה ולמטה עד שתבוא לצפות אחד מהם. בשלב זה, האלקטרונים הנצפים חוזרת למצב (לדוגמה, למשל) והשותף שלה משתלב במצב הפוך (למטה). איינשטיין כינה את האירוע הזה "פעולה מפחידה מרחוק". חפיפות ההשפעה של התצפית שלנו הם לא קל להבין, אבל הם חיוניים עבור מחשוב קוונטי.
סיביות ו qubits
מחשב עם 30 qubits מבצע עבודה יחסית עשר teraflops לשנייה על המעבדים הנוכחי (Hemera Technologies / AbleStock.com / Getty Images)
מחשבים רגילים פועלים על "סיביות", שהן עמדות "on" ו- off ("off") המיוצגות על ידי אלה ואפס (מספרים בינאריים). בגלל חפיפות, מחשב קוונטי, המורכב מחפצים קוונטיים כגון אלקטרונים, פוטונים ואטומים, יכול להיווצר על ידי סיביות המניעות אחד ואפס בו זמנית. ביטים חדשים אלה נקראים qubits, או ביטים קוונטיים. במערכת בינארית של שלושה סיביות, מחשב קלאסי יכול לייצג כל מספר אפס לשבע בכל פרק זמן. שלושה qubits, לעומת זאת, במצבים חופפים, יכולים לייצג את כל המספרים האפשריים בו זמנית.
חפיפה בעצם אומר כי qubits יכול לבצע חישובים רבים בו זמנית, ולא לבצע אחד בכל פעם, בדיוק כמו במחשבים המסורתיים. פירוש הדבר כי מחשב עם 30 qubits יהיה שווה למחשב רגיל עובד בשעה עשר teraflops לשנייה. זה פשוט מדד של מהירות עיבוד, וכל מה שאתה צריך לדעת כדי להבין את הגידול העצום כוח עיבוד כי מחשבים קוונטיים יכול להביא את זה המחשבים הנוכחיים שלנו נמדדים ב gigaflops לשנייה.
אתגרים מעשיים
יש כמה בעיות מעשיות מגבילות בייצור של מחשבים קוונטיים, אבל הם עדיין מיוצר בגדלים גדולים יותר. בעיות מתעוררות לא רק בהתמודדות עם אובייקטים קוונטיים, אלא גם עם העובדה כי הם פועלים אחרת כאשר נצפתה. זהו רעיון די מבלבל, אבל שכבת-על מתמוטטת למצב רגיל אם אתה מתבונן בה - כך שקוויט יהפוך למעשה לנתיב רגיל אם ייראה.זה מייצג בעיה ברורה ביצירת מחשבים קוונטיים פונקציונליים, שכן עצם מעשה תצפית יכול להפוך אותם למחשבים רגילים.
עם זאת, תשזורת מציעה את הפתרון. החלקיקים משויכים, והתצפית של אחד מהם נותנת מידע על האחר אפילו מבלי להתבונן בו. על ידי יצירת זוגות של אטומים, מדענים בעצם להעביר מידע מאחד לשני, המאפשר חילופי מידע הדרוש לחישוב אפילו בלי התבוננות המערכת ישירות ובכך ובכך להפוך אותו מחשב רגיל. למרות ששילוב זה עשוי לספק פתרון, הוא רחוק מלהיות מיושם בקנה מידה משמעותי. סקוט אהרונסון מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס אומר כי הוא לא ממהר, שכן "מעל 100 שנים עברו בין צ'רלס באבאג' לבין המצאת הטרנזיסטור, כך שאני מרגיש שאם נוכל לנצח אותם, נהיה בעלי יתרון".