Video

Transkrypcja

Przez większość czasu technologia ludzkości była ograniczona do naszego mózgu, ognia i do zaostrzonych kijów.

Kiedy ogień i kjie stały się elektrowniami i bronią jądrową,

największe ulepszenie zdarzyło się w naszych mózgach.

Od lat 60-tych, moc naszych maszyn obliczeniowych zwiększała się gwałtownie,

pozwalając komputerom na zwiększenie mocy i zmniejszenie objętości.

Jednak ten proces idzie w stronę spotkania z barierą fizycznych limitów.

Części komputerów zbliżają się do rozmiarów atomu.

Żeby zrozumieć istniejący w tym problem, musimy wyjaśnić sobie podstawy.

Komputer składa się z bardzo prostych komponentów,

które robią bardzo proste prace,

reprezentujące dane, środki przetwarzania ich i mechanizmy kontroli.

Chipy komputerowe zawierają moduły,

które zawierają ramki logiczne, które to zawierają tranzystory.

Tranzystor jest najprostszą formą procesora danych w komputerach,

w zasadzie przełącznikiem, który może albo zablokować, albo otworzyć

nadchodzące informacje.

Informacja ta składa się z bitów, które mogą być ustawione na zero lub jeden.

Kombinacje różnych bitów są stosowane do stanowienia szczegółowych informacji.

Tranzystory są połączone i tworzą bramki logiczne, co jeszcze robi bardzo proste rzeczy.

Na przykład bramka AND wyśle sygnał wyjściowy “jeden”, jeśli wszystkie jej wejścia znajdują “jeden”

lub w innym przypadku wyjście “zero”.

Kombinacje bramek logicznych w końcu tworzą znaczące moduły,

powiedzmy, kiedy chcemy dodać dwie liczby.

Kiedy można dodawać, można również mnożyć,

można w zasadzie wszystko zrobić.

Ponieważ wszystkie podstawowe operacje są dosłownie prostsze niż pierwszy stopień matematyki,

można sobie wyobrazić komputer jako grupę siedmiolatków,

które odpowiadają na bardzo podstawowe pytania matematyczne.

Wystarczająco dużą ilością dzieci można obliczyć cokolwiek - od astrofizyki do Zeldy [gry komputerowej].

Jednak coraz drobniejsze i drobniejsze…

Fizyka kwantowa robi rzeczy trudne.

W skrócie tranzystor jest tylko przełącznikiem elektrycznym.

Energia elektryczna to elektrony przemieszczające się z jednego miejsca do drugiego,

więc przełącznik stanowi przejście, które może blokować elektrony poruszające się w jednym kierunku.

Dziś, dla tranzystorów, typowa jest skala 14 nm,

która jest osiem razy mniejsza niż średnica wirusa HIV

i 500 razy mniejsza niż czerwonych krwinek.

Tranzystory maleją do wielkości tylko kilku atomów

i elektrony mogą się przenieść na drugą stronę w zablokowanym fragmencie

poprzez proces zwany tunelowaniem kwantowym.

W dziedzinie kwantowej, fizyka działa zupełnie inaczej niż

przewidywalne sposoby, do których jesteśmy przyzwyczajeni.

i tradycyjne komputery po prostu przestają mieć sens.

Przybliżamy się do prawdziwej fizycznej bariery dla naszego postępu technologicznego.

Aby rozwiązać ten problem, naukowcy próbują

wykorzystać te niezwykłe właściwości kwantowe na ich korzyść

poprzez budowanie komputerów kwantowych.

W zwykłych komputerach bity są najmniejszą jednostką informacji.

Komputery kwantowe używają kubitów, które mogą być ustawione na jednej z dwóch wartości.

Kubitem może być dowolny dwupoziomowy układ kwantowy,

taki jak wirowanie w polu magnetycznym lub pojedynczy foton.

Zero i jeden są możliwymi stanami tego systemu,

jak polaryzacja pionowa lub pozioma fotonu.

W świecie kwantowym kubit nie musi się znajdować w jednym z tych stanów,

może być w dowolnych proporcjach obu stanów jednocześnie.

Jest to tak zwana superpozycja.

Ale jak tylko przetestuje swoją wartość, powiedzmy, wysyłając foton przez filtr,

musi się zdecydować na pionowe lub poziome spolaryzowanie.

Tak więc jest to niezauważalne. Kubit znajduje się w superpozycji prawdopodobieństw.

na zero i jeden, i nie można przewidzieć, jaki to będzie stan.

Ale w chwili, w której można go zmierzyć, to ustawia się w jednym z określonych stanów.

Superpozycja zmienia całą grę

Cztery klasyczne bity mogą być w jednym z 2 do potęgi czwartej

różnych konfiguracjach w czasie.

To 16 możliwych kombinacji, z których można korzystać tylko z jednej.

Cztery kubity w superpozycji, jednak

mogą być w każdym z tych 16 połączeń naraz!

Ta liczba rośnie wykładniczo z każdym dodatkowym kubitem.

Dwadzieścia z nich może już zapisać milion wartości równolegle.

A naprawdę dziwne, nieintuicyjną wartością kubitów jest to, że występuje

splątanie, ścisły związek, który sprawia, że każdy z kubitów

natychmiastowo reaguje na zmiany stanu tego drugiego,

nieważne jak daleko są od siebie.

Oznacza to, że podczas pomiaru tylko jednego splątanego kubita

można bezpośrednio wyprowadzić właściwości jego “partnerów” bez konieczności patrzenia na każdy z nich.

Manipulacja kubitami jest również teleportacją.

Zwykła logika bramki to prosty zestaw wartości wprowadzanych

i produkuje jedną wartość wyjściową - ostateczną.

Milowe bramy manipulują wejściem z superpozycji,

obraca prawdopodobieństwa i tworzy inną superpozycję jako jej wartość wyjściową.

Więc komputer kwantowy tworzy kilka kubitów, bramy kwantowe wikłają je

i manipuluje prawdopodobieństwa, w końcu środki na wynik

niszczy superpozycję do aktualnej sekwencji zer i jedynek.

Oznacza to, że masz całe mnóstwo obliczeń

które są możliwe do konfiguracji (wszystko odbywa się w tym samym czasie).

Ostatecznie można zmierzyć tylko jeden z wyników,

i to tylko prawdopodobnie ten który chcesz,

więc może trzeba dokładnie sprawdzić i spróbować ponownie.

Ale sprytnie wykorzystując superpozycje i splątania,

może to być bardziej efektywne wykładniczo

niż kiedykolwiek będzie to możliwe, na normalnym komputerze.

Tak więc, gdy komputery kwantowe prawdopodobnie nie zastąpią naszych domowych komputerów,

w niektórych obszarach są one znacznie lepsze.

Jednym z nich jest przeszukanie bazy danych.

Aby znaleźć coś w bazie danych,

normalny komputer może przeanalizować każdy z jej wpisów.

Algorytmy kwantowe potrzebują tylko pierwiastek kwadratowy z tego czasu,

co stanowi ogromną różnicę dla dużych baz danych.

Najsłynniejsze wykorzystanie komputerów kwantowych niszczy bezpieczeństwo IT.

Teraz przeglądanie Internetu, e-maile i nasze dane bankowe

są szyfrowane w bezpieczny sposób przez systemy szyfrowania, w których podano wszystkie

klucze publiczne do wiadomości, kodują one tylko to co można odkodować.

Problemem jest to, że klucz publiczny może być rzeczywiście używany

do obliczania tajnego klucza prywatnego.

Na szczęście obliczanie takich kluczy na każdym normalnym komputerze

dosłownie trwa lata prób i błędów.

Jednak komputer kwantowy z wykładniczym przyspieszeniem [SpeedUp]

może to zrobić z łatwością.

Innym bardzo ekscytującym nowym zastosowaniem są symulacje.

Symulacje świata kwantowego są bardzo intensywne,

symulowane są nawet większe struktury, takich jak cząsteczki,

lecz często brakuje w nich dokładności.

Więc dlaczego nie symulujemy fizyki kwantowej z rzeczywistej fizyki kwantowej?

Kwantowe symulacje mogą dostarczyć nowych informacji na temat białek

które mogą zrewolucjonizować medycynę

W tej chwili nie wiemy, czy komputery kwantowe będą

po prostu bardzo wyspecjalizowanym narzędziem lub dużą rewolucją dla ludzkości.

Nie mamy pojęcia, gdzie są granice technologii,

istnieje tylko jeden sposób, aby się o tym przekonać!

Ten film jest wspierany przez Australijską Akademię Nauk,

która promuje i wspiera doskonałość w nauce.

Dowiedz się więcej na ten temat i inne podobne

To było cudowne z nimi pracować, więc lećmy sprawdzać ich strony!

Nasze filmy są możliwe poprzez Wasze wsparcie na Patreon.com.

Jeśli chcesz nas wspierać i stać się częścią ptasiej armii Kurzgesagt,

sprawdź naszą stronę Patreon!