リサーチテクノロジー

何が起こっているのか:量子コンピューター

私たちは素晴らしい時代に生きてきました。もちろん、最も平和なわけではありませんが、科学が達成したことを見てください。私たちは物質を原子に分解するだけでなく、量子技術を作成し、それらの使用方法さえ知っています。たとえば、量子コンピューターを考えてみましょう。これらのマシンは、1秒または0秒ではなく、測定前のオブジェクトの状態の確率に基づいて計算を実行します。これは、単純な論理タスクと操作を実行する従来のコンピューターと比較して、指数関数的に多くのデータを処理できることを意味します。このような技術は何十年にもわたって開発されており、量子コンピューター用に書かれた少なくとも2つのプログラムは1990年代にさかのぼります。それらの1つは、多数を素因数に分解するため、現在のコンピューターの暗号化を破ることができます。 2番目のプログラムは、従来のコンピューターが費やす時間の平方根を必要とする検索を実行できます。

量子コンピューター-未来のテクノロジー

量子技術 は、宇宙のすべての物質の基本的な構成要素である原子よりも小さい粒子である亜原子粒子の振る舞いを研究する複雑な物理学の分野です。

キュービットについて話しましょう

を表す主要な領域の1つ量子技術への関心は、量子コンピューティングです。一度に1つずつ計算を実行する従来のコンピューターとは異なり、量子コンピューターは同時に多くの計算を実行できます。

量子コンピューティングの情報の基本単位は「ビット」であり、ゼロまたは1の2つのバイナリ値のいずれかを表します。

実際には、 キュービット 「クォンタム」と「ビット」という言葉のハイブリッドです。最近のコンピューターやスマートフォンでは、ビットは情報ストレージの最小単位です。この場合、それぞれに値0または値1が含まれます。しかし、キュービットでは、量子粒子は少しです。そしてそれはすべてを変えます。

量子コンピューターは確率論的原理に基づいて動作します。

キュービットには、どちらかを表す柔軟性がありますゼロ、1つ、または両方を同時に。オブジェクトが同時に複数の形式で存在するこの機能は、重ね合わせと呼ばれます。しかし、コンピューター内の複数の量子ビットが相互作用する場合、エンタングルメントの概念が生じるため、状況はより複雑になります。量子システム内の多くの粒子が接続され、相互に影響を及ぼします。

量子コンピューターの開発により、生物学、化学、医学、輸送の分野で科学的なブレークスルーを達成することが可能になります。

たとえば、1つのキュービットがゼロを表す場合、それに関連付けられている他のキュービットは一方の値を取り、その逆も同様です。これにより、各キュービットの測定値が他方に依存するようになります。量子コンピューターの基本的な情報ブロックは、すべての可能性を同時に表すことができるため、理論的には、私たちが慣れている従来のコンピューターよりもはるかに高速で強力です。

将来の技術

最近、中国の物理学者が量子を発表しました彼らが言ったコンピューターは、通常のコンピューターに30兆年かかるタスクを完了するのに、1ミリ秒かかりました。これは、量子コンピューティングでは、操作がオブジェクトの量子状態を使用してキュービットを作成するためです。

これらの状態は、電子の回転や光子の偏光など、検出される前のオブジェクトの未定義のプロパティを表します。

明確な立場をとる代わりに、測定されていない量子状態は、混合された「重ね合わせ」で発生します。これらの重ね合わせは、他のオブジェクトの重ね合わせに関連付けることができます。つまり、それらが何であるかがまだわからなくても、最終結果は数学的に関連付けられます。

計算用の量子コンピューターは、重ね合わせやエンタングルメントなどの量子システムの特性を使用します。

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量子コンピューターの作り方は?

だから、機能的な量子を作成するにはコンピューターは、オブジェクト上でさまざまなプロセスを実行するのに十分な時間、オブジェクトを重ね合わせ状態に保つ必要があります。残念ながら、重ね合わせが測定システムの一部である材料と出会うとすぐに、いわゆる中間状態を失います。 デコヒーレンス

したがって、これらのデバイスは、量子状態をデコヒーレンスから保護すると同時に、読みやすくする必要があります。

重ね合わせと絡み合いの量子状態は非常に壊れやすく、適切な温度と環境条件がないと、すぐに品質が低下し、無秩序に動作します。現在 量子コンピューターは非常に敏感ですA:熱、電磁界、および空気分子との衝突は、デコヒーレンスおよびシステム障害を引き起こす可能性があります。

今日の量子コンピューターは非常に敏感です

理想的には、量子コンピューターは保護する必要があります量子ビットを物理的に隔離するか、低温に保つか、注意深く制御されたエネルギーパルスで充電することにより、外部干渉から量子ビットを生成します。システムに忍び寄るエラーを修正するには、追加のキュービットが必要です。

専用機器の必要性大きなリソースを投資する意思のある国だけが量子コンピューティングを模索している主な理由です。そして、科学は急速に発展しているので、遅かれ早かれ物理学者は彼らの目標を達成するでしょう。

2020年の論文で、中国の物理学者は3つの概要を説明しました国が開発しようとしていた量子技術の応用分野。たとえば、量子センサーは、海の下に数百メートル隠れている潜水艦を検出したり、GPS信号なしで数か月間独立して動作できるデバイスを誘導したりできます。

未来の技術はすでにここにあります、それは少し待つために残っています

そして量子コンピューティングは助けることができますより大きく、より複雑な分子をはるかに速くシミュレートすることにより、新薬を開発する研究者。数百のもつれ合ったキュービットは、宇宙にある原子よりも多くの数を表すのに十分です!

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