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Quels sont les ordinateurs quantiques?

"Allez-vous avoir un ordinateur purement quantique dans cinq ans? Non - ce que vous avez est des éléments de ces choses sortent, vous faites toujours avec la technologie. De la même manière vous avez une carte de processeur graphique avec un processeur principal conseil à un ordinateur moderne, vous verrez les choses ajoutée sur; les gens vont trouver un moyen d'utiliser l'informatique quantique et les techniques quantiques, et ce est ce que je pense que ça va aller de l'avant. Et ceux que je peux certainement voir dans la période de cinq ans ".

- Professeur Alan Woodward, Université de Surrey

Les jours d'ordinateurs traditionnels peuvent être numérotés. La loi de Moore stipule que le nombre de transistors (les pièces d'ordinateurs qui traitent l'information) sur un CPU disponibles dans le commerce va doubler tous les deux ans. Cela semble bien, au début, mais que les entreprises tentent de serrer de plus en plus de transistors sur les problèmes de CPU commence à émerger. Chips produites par Pentium aujourd'hui ont été réduits à seulement 20 atomes de diamètre, et quand ce nombre tombe à cinq, il y aura de sérieux problèmes. Comme physicien Michio Kaku dit, «la puissance de l'ordinateur ne peut tout simplement pas maintenir sa croissance exponentielle rapide en utilisant la technologie de silicium standard." Quelque chose de nouveau doit intervenir à sa place, et que la nouvelle chose pourrait bien être les ordinateurs quantiques.

Enchevêtrement et superposition


Quel est le point?

Donc, les ordinateurs quantiques sont assez rapide sur le front de traitement et ils font usage de certains physique cool, mais quels seraient-ils effectivement être utilisées? L'utilisation la plus directe pour les ordinateurs quantiques est pour modéliser le comportement des atomes, qui est au-delà de la portée des machines modernes. Ce fut d'abord suggéré par le regretté physicien Richard Feynman, et peut conduire à d'énormes percées dans des choses comme les supraconducteurs. L'ensemble complexe de variables rend la modélisation comportement atomique précision pratiquement impossible pour les ordinateurs classiques, mais bien de la compétence de traitement de qubit.

La puissance de traitement des ordinateurs quantiques simultanée signifie également que certains calculs peuvent être effectués beaucoup plus facilement. La plupart des transactions bancaires en ligne utilisent un type de cryptage appelé RSA, qui est basé sur un grand nombre et de ses deux facteurs. Calcul des facteurs d'un certain nombre de ce genre est pratiquement impossible pour un ordinateur classique, mais avec la technologie quantique il pourrait être achevée en quelques secondes.

Il n'y a pas de nombreux usages clairement définis d'ordinateurs quantiques encore, mais Scott Aaronson fait un point important: «Ce est difficile pour moi d'imaginer pourquoi vous voulez un ordinateur quantique pour vérifier votre courrier électronique ou pour jouer Angry Birds. Mais pour être juste, les gens dans les années 1950 dit: «Je ne vois pas pourquoi quelqu'un voudrait un ordinateur dans leur maison», l'imagination alors peut-être ce est seulement limité ".

Comme vous descendez à l'échelle atomique, un nouvel ensemble de lois commencent à entrer en jeu, et ceux-ci commencent déjà à présenter des problèmes pour les fabricants d'ordinateurs. Pour saisir les rudiments de l'informatique quantique, vous devez comprendre quelques phénomènes inhabituels du monde de la mécanique quantique. Ce est le monde atomique; celui dans lequel vous pouvez difficilement dire où tout est et où un électron peut tourner dans deux directions simultanément. Pensez que cela sonne comme un non-sens? L'ordinateur que vous utilisez pour lire cet article est basé sur les règles de la mécanique quantique. En d'autres termes, les applications sont très réels.

Les deux idées les plus importantes que vous devez comprendre l'enchevêtrement et superpositions. Les électrons, qui orbite les noyaux des atomes, ont une propriété appelée rotation, et ils peuvent filer soit vers le haut ou vers le bas. Ils viennent aussi en paires, et ces paires de spin dans des directions opposées. Sans regarder de très près, il est impossible de savoir de quel côté d'une paire d'électrons tourne. L'interprétation standard de la mécanique quantique dit que l'électron est dans une superposition de fois haut et bas spin (et chaque emplacement entre les deux) jusqu'à ce que nous regardons, ce qui l'amène à revenir à un état.

Les paires se sont entremêlées, ce qui signifie que si l'on patine haut, l'autre est bas et vice-versa. Autrement dit, si vous avez deux électrons dans une paire, les deux existent dans une superposition des deux haut et en bas de spin jusqu'à ce que vous regardez l'un d'eux. À ce stade, l'électron observée revient à un état (jusqu'à, par exemple) et son partenaire empêtré prend l'état opposé (vers le bas). Einstein célèbre appelé cette «action fantôme à distance." Superpositions et l'effet de nos observations ne sont pas faciles à obtenir votre tête autour, mais ils sont essentiels pour l'informatique quantique.

Bits et qubits



Des ordinateurs ordinaires travail basé sur "bits", qui sont "ON" et positions "OFF" représentés par uns et de zéros (numéros binaires). En raison de superpositions, un ordinateur quantique, fabriqués à partir de tels objets quantiques des électrons, des photons et des atomes, peut aussi être une seule et un zéro simultanément. Ces nouveaux bits sont appelés «qubits», ou bits quantiques. Dans un système binaire à trois bits, un ordinateur classique peut représenter ne importe quel nombre de zéro à sept à un moment donné. Trois qubits, d'autre part, dans les états de superposition peuvent représenter tous les numéros en même temps.

Superpositions signifie essentiellement que les qubits peuvent effectuer de nombreuses calcul simultanément, plutôt que un à la fois comme les ordinateurs classiques. Cela signifie que d'un ordinateur avec 30 qubits serait équivalent à un ordinateur ordinaire de travail à 10 téraflops par seconde. Ce est simplement une mesure de la vitesse de traitement, et tout ce que vous devez savoir pour saisir la grande augmentation de la puissance que les ordinateurs quantiques pourraient apporter traitement, ce est que nos ordinateurs actuels sont mesurés en gigaflops par seconde.

Défis pratiques



Il ya quelques questions pratiques assez prohibitifs avec fabriquer des ordinateurs quantiques, mais plus grands et plus grands sont toujours produits. Les problèmes se posent non seulement de traiter avec des objets quantiques, mais aussi du fait qu'ils agissent différemment quand nous sommes à la recherche. Ce est une idée assez déroutant, mais une superposition se effondre dans un état ordinaire si vous regardez - si un qubit deviendrait essentiellement un peu normal si nous avons examiné il. Cela pose des problèmes évidents pour les ordinateurs quantiques réalisables, parce que même l'acte d'observation pourrait les retransformer en ordinateurs classiques.

Cependant, l'enchevêtrement fournit la réponse. Les particules sont jumelés, et en observant une vous permet connaissance de l'autre directement sans observer. En créant des paires d'atomes scientifiques essentiellement la transmission des informations à partir de l'un sur l'autre, ce qui permet l'échange d'informations nécessaires pour le calcul sans regarder directement le système et rendant ainsi un ordinateur numérique ordinaire. Bien que l'enchevêtrement pourrait présenter une solution, ce est loin d'être mis en pratique à une échelle significative. Scott Aaronson de l'Institut de Technologie du Massachusetts ne est pas dans une course, cependant, "Il était plus de 100 ans entre Charles Babbage et l'invention du transistor, de sorte que je me sens comme si nous pouvons battre, alors nous faisons bien ».




        

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