Video

Transkripce

Po většinu naší minulosti se lidská technologie skládala z

našich mozků, ohně, a ostrých klacků.

Zatímco se z ohně a klacků staly elektrárny a jaderné zbraně,

největší vylepšení se týkalo našich mozků.

Síla našich výpočetních přístrojů od 60. let exponencionálně rostla,

což umožnovalo našim počítačům stát se menšími a zároveň výkonnějšími.

Jenže tento proces se začíná přibližovat hranicím jeho fyzikálních limitů.

Počítačové dílky se blíží k velikosti atomu.

Abychom pochopili proč je toto problém, ujasníme si několik základních věcí.

Počítač je tvořen velmi jednoduchými komponenty, které dělají velmi jednoduché úkony -

zastupování dat, prostředky na jeho zpracování a ovládací prvky.

Počítačové čipy obsahují moduly,

které obsahují logické brány, které obsahují tranzistory.

Tranzistor je ta nejjednodušší podoba zpracování dat v počítačích,

zjednodušeně - přepínač, který může buď blokovat nebo otevírat

cestu pro průchozí informace.

Tyto informace jsou tvořeny bity, které mohou být nastaveny buď na 0, nebo 1.

Kombinace několika bitů jsou použity pro vytvoření složitějších informací.

Tranzistory jsou zkombinovány pro vytvoření logických bran, které stále dělají velmi jednoduché úkony.

Například brána AND bude mít výstup 1, pokud všechny její vstupy jsou 1

a pokud nejsou, bude mít výstup 0.

Zkombinování logických bran konečně vytvoří užitečné moduly,

třeba pro sečtení dvou čísel.

Jakmile můžete sčítat, tak můžete i násobit a jakmile můžete násobit,

tak můžete dělat prakticky cokoliv.

Jelikož všechny základní úkony jsou doslova jednoduší než výpočty v první třídě,

můžete si představit počítač jako skupinu 7 letých dětí

odpovídajících na velmi jednoduché matematické příklady.

Dostatečně velká parta může vypočítat cokoliv, od astrofyziky po až po Zeldu.

Avšak se stále se zmenšujicími se součástkami,

to kvantová fyzika komplikuje.

Stručně, tranzistor je pouze elektrický spínač.

Elektřina jsou elektrony pohybující se z místa na místo,

tudíž spínač je průchod který může zabránit elektronu pohyb v určitém směru.

Dnes je typické měřítko pro tranzistory 14nm,

což je zhruba 8 krát méně než průměr HIV virusu

a 500 krát menší než průměr červené krvinky.

Jelikož se tranzistory zmenšují na velikost pouze několika atomů,

elektrony by se mohly prostě přesunout na druhou stranu blokovaného průchodu.

pomocí jevu zvaném kvantové tunelování.

V kvantové oblasti funguje fyzika poněkud odlišně

než jsme zvyklí předvídat,

a tradiční počítače prostě přestávají dávat smysl.

Blížíme se k opravdové fyzické bariéře v našem technologickém vývoji.

Pro vyřešení tohoto problému se vědci pokoušejí

využít neobvyklé kvantové vlastnosti k jejich prospěchu

vytvářením kvantových počítačů.

V běžných počítačích jsou bity nejmenšími jednotkami informace.

Kvantové počítače používají qubity, které mohou také být nastaveny na jednu ze dvou hodnot.

Qubit může být jakýkoliv dvou úrovňový quantový systém,

jako například rotace v magnetickém poli, nebo samotný foton

1 a 0 jsou možné hodnoty tohoto systému,

jako horizontální nebo vertikální polarizace fotonu.

Qubit v kvantovém světě nemusí být jen v jednom z těchto stavů;

může být v jakémkoliv poměru obou stavů najednou.

Toto se nazývá superpozice.

Jenže jakmile vyzkoušíte jeho stav, řekněme třeba posláním fotonu skrz filtr,

musí se rozhodnout být buď vertikálně, nebo horizontálně polarizován.

Tudíž, dokud je nezměřený, qubit je v superpozici pravděpodobností

pro hodnoty 1, nebo 0 a nelze předpovědět která z nich to bude.

V moment kdy ho však změříte se zhroutí na jeden z jeho konkrétních stavů.

Superpozice naprosto posouvá hranice.

4 klasické bity mohou být v jednom ze dvou stavů

v sestavě 4 různých konfigurací najednou.

To je 16 možných použitelných kombinací, ze kterých můžete použít pouze jednu.

4 qubity v superpozici avšak

mohou být ve všech těchto 16-ti kombinací najednou!

Toto číslo roste exponencionálně s každým přibývajícím qubitem.

20 jich už dokáže souběžně skladovat přes milión hodnot.

Jednou ze zvláštních nepředpovídatelných vlastností qubitů

je vazba - propojení které způsobuje, že každý qubit

reaguje na změnu ve stavu jiného qubitu okamžitě,

a nezáleží jak jsou od sebe daleko.

Toto znamená, že při meření pouze jednoho qubitu ve vazbě

je možné přímo odvodit vlastnosti jeho společníka, aniž by bylo potřeba je měřit.

Manipulace s qubity je také hlavolam.

Klasická logická brána bere jednoduchou sadu vstupů

a vytváří jeden určitý výstup.

Kvantová brána upravuje vstup superpozicí,

střídá pravděpodobnosti a vytváří na výstupu další superpozici.

Takže kvantový počítač vytvoří nějaké qubity, sváže je a manipuluje pravděpodobnosti

pomocí kvantových bran a změří hodnoty výsledku,

čímž se superpozice rozpadnou na skutečné pořadí nul a jedniček.

Toto znamená že z určitého uspořádání získáte

všechny možné výsledky najednou.

Avšak je možné změřit pouze jeden z výsledků,

a jelikož by to nemusel být zrovna ten který potřebujete,

museli byste si to ověřit a zkusit to znovu.

Pokud se však chytře využije superpozice a zapletení,

tak to může být exponencionálně účinnější

než by bylo možné na běžném počítači.

Tudíž zatímco kvantové počítače nejspíše nenahradí počítače v našich domácnostech,

v některých oblastech jsou nesmírně efektivnější.

Jednou z nich je vyhledávání v databázi.

K nalezení něčeho uvnitř databáze

by běžný počítač musel porovnat klidně i všechny své záznamy.

Kvantové algoritmy vyžadují pouze odmocninu tohoto času,

což je obrovský rozdíl pro velké databáze.

Nejznámějším využitím kvantových počítačů je prolomení IT zabezpečení.

Právě v tento moment jsou vaše prohlížecí, e-mailová a bankovní data

zabezpečená šifrovacím systémem, který poskytuje všem

veřejný klíč k zakódování zpráv, které můžete pouze vy dešifrovat.

Potíž je v tom, že tento veřejný klíč může být použit

k rozluštění vašeho tajného privátního klíče

Naštěstí by na běžném počítače potřebné výpočty

trvaly doslova roky pokusu a omylu.

Kvantový počítač by však s jeho exponencionálním zrychlením

toto zvládl v mžiku.

Další velmi zajímavé využití je simulace.

Simulace kvantového světa je velmi náročná na prostředky,

a dokonce i pro větší struktury jako jsou molekuly,

často postrádají přesnost.

Proč tedy nesimulovat kvantovou fyziku pomocí skutečné kvantové fyziky?

Kvantové simulace by nám mohly poskytnout nový pohled na proteiny

který by mohl způsobit převrat v medicíně.

V tento moment ještě nevíme jestli budou kvantové počítače

pouze velmi specializovaný nástroj, nebo velký převrat pro lidstvo.

Nemáme tušení kde se nacházejí limity technologie,

a existuje pouze jeden způsob jak to zjistit!

Toto video je podpořeno Australskou Akademii vědy,

která podporuje a propaguje dokonalost ve vědě.

Více o tomto a podobných tématech se dozvíte na -

Bylo skvělé s nimi spolupracovat, omrkněte jejich webovou stránku!

Naše videa jsou umožněna díky vaší podpoře na Patreon.com

Pokud nás chcete podpořit a stát se členem Kurzgesagt ptačí armády,

omrkněte naši stránku na Patreonu!

Czech subtitles by TheJohny