Видео

Транскрипт

Kvantni računari objašnjeni - granice ljudske tehnologije

Većim delom istorije, ljudska tehnologija se sastojala od naših mozgova, vatre i oštrih predmeta.

Dok su vatra i oštri predmeti zamenjeni elektranama i nuklearnim oružjem,

najveća promena desila se u našim mozgovima.

Od ‘60-ih, moć ljudskog mozga raste eksponencijalno,

što doprinosi sve manjim i sve jačim računarima istovremeno.

Ali ovaj proces dostiže svoje fizičke granice.

Delovi računara se približavaju veličini atoma.

Da bi razumeli zašto je ovo problem, moramo da raščistimo neke osnove.

In a Nutshell - By Kurzgesagt

Računar je sastavljen od vrlo jednostavnih komponenti

koje obavljaju veoma jednostavne stvari.

Reprezentovanje podataka, njihova obrada i kontrolni mehanizmi.

Računarski čipovi sadrže module, koji sadrže logička kola, koja sadrže tranzistore.

Tranzistor predstavlja najjednostavniji oblik procesora u računarima,

To je prekidač koji može ili da blokira ili da pusti informaciju da prođe.

Ova informacija je sačinjena od bitova,

koji mogu imati vrednost 0 ili 1.

Kompleksne informacije se predstavljaju kombinacijom više bitova.

Tranzistori su kombinovani u logička kola koja i dalje obavljaju proste stvari.

Na primer, I kolo daje izlaz 1 ako su svi ulazi 1, odnosno 0 ako nije tako.

Kombinovanjem logičkih kola konačno formiramo značajne module, na primer za sabiranje dva broja.

Jednom kada je sabiranje dostupno, dostupno nam je i množenje,

a kada je dostupno množenje, možemo da uradimo praktično bilo šta.

S obzirom da su sve osnovne operacije bukvalno prostije od matematike za prvi razred,

možete da zamislite računar kao grupu 7-godišnjaka koja odgovaraju na vrlo prosta pitanja iz matematike.

Dovoljno veliki broj njih može da izračuna bilo šta

od astrofizike do Zelde.

Međutim, kako delovi postaju sve manji i manji,

kvantna fizika počinje da čini stvari nezgodnim.

Ukratko, tranzistor je samo električni prekidač.

Elektricitet predstavlja prenos elektrona sa jednog mesta na drugo.

Dakle, prekidač je barijera koji blokira elektrone da se kreću u određenom pravcu.

Danas, tipična veličina tranzistora je 14 nanometara,

što je oko 8 puta manje od prečnika HIV virusa,

odnosno 500 puta manje od crvenog krvnog zrnca.

Kako se tranzistori smanjuju na veličinu od tek nekoliko atoma,

elektroni mogu da probiju tu barijeru

putem procesa koji se naziva kvantno tunelovanje.

U kvantnom svetu, fizika ima potpuno drugačija pravila od fizičke na koju smo navikli,

i klasično računarstvo tu gubi smisla.

Približavamo se fizičkoj barijeri našeg tehnološkog progresa.

Da bi rešili ovaj problem,

naučnici pokušavaju da koriste neke neobične kvantne osobine u svoju korist,

tako što grade kvantni računar.

Kod normalnog računarstva, najmanja jedinica informacije je bit.

Kvantni računari koriste kubite koji takođe mogu da imaju jednu od dve vrednosti.

Kubit može biti bilo koji kvantni sistem na dva nivoa,

kao što su spin, magnetno polje ili foton.

Moguća stanja ovog sistema su 0 i 1,

na primer horizontalna i vertikalna polarizacija kod fotona.

U kvantnom svetu, kubit ne mora da ima samo jednu od tih vrednosti,

već može imati obe te vrednosti istovremeno.

Ovo se naziva superpozicija.

Međutim, čim želimo da izračunamo njegovu vrednost, recimo propuštanjem fotona kroz filter,

forton mora biti ili vertikalno ili horizontalno polarizovan.

Dakle, sve dok se ne posmatra,

kubit je u superpoziciji, može biti 0 ili 1, i mi ne možemo predvideti koju će vrednost imati.

Ali u trenutku kad želimo da izmerimo kubit,

on mora da ima vrednost jednog od svojih konačnih stanja.

Superpozicija menja pravila igre.

4 klasična bita mogu biti u jednom od 2^4 mogućih stanja u zadatom trenutku.

To je 16 mogućih kombinacija, od kojih mi možemo da koristimo samo jednu.

Međutim, 4 kubita u superpoziciji mogu da budu u svakom od ovih 16 stanja istovremeno.

Ovaj broj raste eksponencijalno sa svakim novim kubitom.

Već 20 kubita mogu da podrže milion paralelnih vrednosti.

Veoma čudna i neintuitivna osobina kubita se naziva sprezanje,

i predstavlja zatvorenu vezu koja čini da svaki kubit reaguje na promenu stanja drugog kubita istovremeno,

bez obzira koliko su međusobno udaljeni.

Ovo znači da kada merimo vrednost jednog kubita u sprezi, istovremeno znamo i koju vrednost ima drugi,

bez dodatnog merenja vrednosti.

Operacije nad kubitima su takođe drugačije.

Obično logičko kolo ima jednostavan set ulaza i proizvodi jedan konačan izlaz.

Kvantno logičko kolo ima set superpozicija za ulaz,

i daje novu superpoziciju na izlazu.

Dakle, kvantni računar uzima kubite, primenjuje kvantna logička kola na njih,

i na kraju računa izlaz tako što superpozicija kolapsuje u konačnu sekvencu nula i jedinica.

Ovo znači da istovremeno možete dobiti sve proračune koje su mogući za vaš ulaz.

Na kraju možemo da izmerimo samo jedan od rezultate, i to će biti verovatno onaj koji želimo.

tako da možda moramo da proverimo još jednom.

Ali, pametnim eksploatisanjem superpozicije i spregom,

ovo može biti eksponencijalno efikasnije od onoga što bi ikada bilo moguće sa normalnim računarom.

Dakle, iako kvantni računari verovatno neće zameniti naše kućne računare,

za neke stvari su u ogromnoj prednosti u odnosu na njih.

Jedna od tih stvari je pretraga baze podataka.

Da bi pronašao red u bazi podataka, običan računar mora da prođe kroz svaki od njenih redova.

Kvantnim računarima trebao bi samo kvadratni koren tog vremena,

što za ogromne baze podataka predstavlja veliku razliku.

Najpoznatija primena kvantnog računarstva sigurno će biti uništavanje IT bezbednosti.

Trenutno su, naše surfovanje Internetom, e-pošta i bankovni podaci, zaštićeni šifarskim sistemom

gde svako kome damo naš javni ključ može da šifruje poruku koju samo mi možemo dešifrovati.

Problem je što ovaj javni ključ može biti iskorišćen da bi izračunali naš privatni ključ.

Srećom, ovaj proces bi na normalnom računaru trajao godinama.

Ali kvantni računar sa eksponencijalno većom brzinom bi to mogao uraditi momentalno.

Još jedna zanimljiva primena je u simulacijama.

Simulacije kvantnog sveta su veoma računarski intenzivne,

i za neke veće strukture, kao što su molekuli, obično im fali preciznosti.

Zašto onda ne bi simulirali kvantnu fiziku pomoću prave kvantne fizike?

Kvantna simulacija nam može dati bolji uvid u proteine koji mogu da naprave revoluciju u medicini.

Trenutno, ne možemo znati da li će kvantni računari predstavljati samo specijalizovan alat,

ili veliku revoluciju za celo čovečanstvo.

Nemamo ideju gde su granice tehnologije,

i postoji samo jedan način da saznamo.

Ovaj video je podržan od strane Australijske akademije nauka,

koja promoviše i podržava nauku.

Pročitajte više o ovoj i sličnim temama na nova.org.au.

Bilo je super raditi sa njima, zato proverite njihov sajt!

Ovaj video i ostale je omogućila i vaša podrška preko patreon.com.

Ako želite da nas podržite tu i postanete deo Kurzgesagt armije, posetite našu Patreon stranicu.