Video
Transkriptio
Suurimman osan historiastamme, ihmisten teknologia koostui aivoistamme, tulesta, ja terävistä tikuista
Tulesta ja terävistä tikuista tuli energialaitoksia ja ydinaseita
Suurin päivitys on tapahtunut aivoillemme
1960 -luvulta asti, aivokoneidemme teho on jatkanut kasvuaan exponentaalisesti
mahdollistaen tietokoneiden koon pienenemisen ja tehojen kasvamisen
Mutta tämä prosessi lähentelee jo fyysisiä rajoja
Tietokoneiden osat lähestyvät atomin kokoa
Ymmärtääksemme miksi tämä on ongelma, meidän täytyy selvittää muutamia perusasioita
Pähkinänkuoressa -Tehnyt Kurzgesagt
Tietokone koostuu hyvin yksinkertaisistakomponenteista
jotka tekevät hyvin yksinkertaisia asioita
tiedon esittäminen, käsitteleminen ja ohjausmekanismit.
Tietokonesirut sisältävät moduuleita jotka sisältävät logiikkaportteja, jotka sisältävät transistoreita.
Transistorit ovat yksinkertaisin muoto dataa käsittelevistä prosessoreista
se on pohjimmiltaan kytkin joka voi estää tai päästää tietoa menemään läpi
tämä tieto koostuu biteistä
Joka voi olla arvoltaan 0 tai 1
Yhdistelmiä useista biteistä käytetään edustamaan monimutkaisempia tietoja
Transistorit ovat yhdistetty muodostaakseen logiikkaportteja jotka tekevät vieläkin hyvin yksinkertaisia asioita
Esimerkiksi, AND portti lähettää arvon 1 jos kaikki sen sisääntulot ovat arvoltaan 1, muuten 0
Yhdistelmä logiikkaporteista lopulta muodostaa merkityksellisiä moduuleita, esimerkiksi lisäämään kaksi lukua yhteen
Kun voit lisätä, voit myös kertoa
ja kun voit kertoa, voit periaatteessa tehdä mitä tahansa
Koska kaikki perustoiminnot ovat kirjaimellisesti yksinkertaisempia kuin ensimmäisen luokan matematiikka
Voit kuvitella tietokoneen ryhmänä 7-vuotiaita jotka vastaavat todella yksinkertaisiin matematiikka tehtäviin
Riittävän suuri ryhmä niitä voisi laskea mitä vaan
astrofysiikasta zeldaan
Kuitenkin osien pienentyessä
Kvanttifysiikka tekee asioista hankalia
Pähkinänkuoressa, transistori on vain sähköinen kytkin
Sähkö on elektronien liikkumista paikasta toiseen
Joten, kytkin on käytävä, joka voi estää elektroneja liikkumasta yhteen suuntaan
Nykyään tyypillinen koko transistoreille on 14 nanometriä
Joka on noin 8 kertaa pienempi kuin HIV-viruksen halkaisija
ja 500 kertaa pienempi kuin veren punasolu
Kun transistorit kutistuvat muutaman atomin kokoon
Elektronit voivat vain siirtyä estetyn tien toiselle puolelle
prosessissa nimeltä tunneli-ilmiö
Kvanttifysiikka toimii aika erilaisella tavalla verrattuna normaaliin fysiikkaan johon me olemme tottuneet
ja perinteisissä tietokoneissa ei ole enää mitään järkeä
Lähestymme todellista fyysistä estettä meidän teknisessä kehityksessämme
Ratkaistaksemme tämän ongelman
tiedemiehet yrittävät käyttää näitä erikoisia kvantti-ominaisuuksia hyödykseen
rakentamalla kvanttitietokoneita
Normaaleissa tietokoneissa bitit ovat pienin tiedon yksikkö
Kvanttitietokoneet käyttävät kubitteja jotka voidaan asettaa myös toiseen kahdesta arvoista
Kubitti voi olla mikä tahansa kahden tason kvanttijärjestelmä
kuten pyöräytys magneettikentässä tai yksi fotoni
0 ja 1 ovat järjestelmän mahdolliset tilat
kuten fotonit vaaka- tai pystysuora polarisaatio
Kvanttimaailmassa, kubitti ei tarvitse olla vain yksi niistä
Se voi olla mikä tahansa suhteessa molempien tilassa kerralla
Tätä kutsutaan Superpositioksi
Mutta heti kun testaat sen arvoa vaikkapa lähettämällä fotonin suodattimen läpi
Sen täytyy päättää joko pysty- tai vaakapolarisoitua
Niin kauan kuin se on huomaamatta,
Kubitti on superpositiossa nollan ja ykkösen välillä, etkä voi ennustaa kumpi arvo siitä tulee
Mutta sillä hetkellä kun mittaat sen
Se romahtaa yhteen sen tiloista
Superpositio muuttaa asioita paljon
4 klassista bittiä voivat olla yhdessä kahdesta neljänteen erilaisissa asetuksissa samaan aikaan
se on 16 mahdollista yhdistelmää, joista voit käyttää vain yhtä
Kubitit superpositiossa voivat olla kaikissa 16 yhdistelmässä yhtäaikaa
Tämä määrä kasvaa eksponentiaalisesti jokaisesta lisätystä kubitista
20 niistä voi jo tallentaa miljoonan arvoja rinnakkain
Todella outo ja epäintuitiivinen ominaisuus joka voi olla kubiteilla on lomittuminen
Läheinen yhteys, joka tekee jokaisen kubitin reagoimaan muutokseen toisessa tilassa välittömästi
ei väliä kuinka kaukana ne ovat toisistaan
Tämä tarkoittaa, kun mitataan vain yksi lomittunut kubitti, voit suoraan käyttää sen kumppanin arvoa
katsomatta
Kubittien manipulointi on myös aikamoinen aivopähkinä
Normaali logiikkaportti saa yksinkertaisen syötteen joka muodostaa yhden selvän vastauksen
Kvanttiportti manipuloi tulon superposition, pyörittää todennäköisyyksiä
ja tuottaa toisen superposition ulostuloksi
Joten kvanttitietokone asettaa joitakin kubitteja, soveltaa kvanttiportteja lomittaakseen ne ja manipuloi todennäköisyyksiä
sitten lopulta mittaa tuloksen romauttamalla superposition oikeaksi vastaukseksi ykkösinä ja nollina
Tämä tarkoittaa sitä että saat paljon laskuja jotka ovat mahdollista sinun asetuksilla valmiiksi kaikki samaan aikaan
Lopulta voit vain mitata yhden tuloksista ja se on vain todennäköisesti haluamasi
Joten saatat joutua tarkistamaan sen ja yrittämään uudelleen
Mutta taitavasti hyödyntämällä superposiotiota ja lomittumista
tämä voi olla eksponentiaalisesti tehokkaampaa kuin kuin normaali tietokone voisi ikinä olla
Kvanttitietokoneet eivät luultavasti tule korvaamaan meidän kotikoneitamme
joillakin alueilla, ne ovat ylivoimaisia
Yksi niistä on tietokannasta etsiminen
löytääkseen jotakin tietokannasta normaali tietokone joutuu mahdollisesti testaamaan joka ikisen kirjauksistaan
Kvanttitietokoneen algoritmi tarvitsee vain neliöjuuren ajasta
joka on suurille tietokannoille valtava ero
Tunnetuin tapa käyttää kvanttitietokoneita on tietoturvan pilaaminen
nyt selaat sähköpostia ja pankkitietoja jotka ovat turvassa salausjärjestelmän avulla
jossa voit antaa kaikille julkisen avaimen jolla koodata viestit ja vain sinä voit purkaa ne
Ongelmana on, että julkista avainta voidaan käyttää salaisen yksityisen avaimen laskemiseen
Onneksi, tarvittavan matematiikan laskemiseen menisi vuosia normaalilla tietokoneella
Mutta kvanttitietokone eksponentaalisella nopeutuksella voisi tehdä sen hetkessä
Toinen todella jännittävä uusi käyttö on simulaatiot
Simulaatiot kvanttimaailmasta käyttävät paljon resursseja
ja jopa isompien rakenteiden laskemisessa, kuten molekyylit niiltä puuttuu usein tarkkuus
Joten miksipä ei simuloitaisi kvanttifysiikkaa oikealla kvanttifysiikalla
Kvantti simulaatiot voisivat tarjota uusia oivalluksia proteiineihin, jotka saattaisivat mullistaa lääketieteen
Juuri nyt emme tiedä, jos kvanttitietokoneet tulevat olemaan vain erikoistunut työkalu
vai iso vallankumous ihmiskunnalle
Meillä ei ole aavistustakaan, mitkä teknologian rajat ovat
ja on vain yksi tapa saada selville
Tämä videon on tukenut Australian Academy of Science
joka edistää ja tukee huippuosaamista tieteessä
Lisätietoja tästä aiheesta ja muista aiheista kuten se, löydät osoitteessa nova.org.au
Oli ilo työskennellä heidän kanssaan, joten käy katsomassa heidän sivu!
Meidän videon on tehnyt mahdolliseksi myös teidän tukesi osoitteessa patreon.com
Jos haluat tukea meitä ja tulla osaksi Kurzgesagtin lintuarmeijaa, tutustu Patreon-sivuumme.