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 yksinkertaisista​​komponenteista

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.