Відео

Транскрипція

Протягом більшої частини нашої історії, людські технології складалася з наших мізків, вогню та гострих палиць

У той час як вогонь і гострі палиці стали електростанціями і ядерною зброєю

Найбільша модернізація відбулася з нашими мізками

З 1960-х років, потужність наших електронних мізків зростала в геометричній прогресії

дозволяючи комп’ютерам водночас зменшуватись і ставати потужніше

Але цей процес йде до досягнення своєї фізичної межі

Комплектуючі комп’ютерів наближаються до розмірів атома

Щоб зрозуміти, чому це є проблемою, ми повинні з’ясувати деякі основи

In a Nutshell - By Kurzgesagt

Комп’ютер складається з дуже простих компонентів

що роблять дуже прості речі

Відображаючих дані, засоби їх обробки, і керуючі механізми

Комп’ютерні чіпи містять модулі, які містять логічні вентилі, що складаються з транзисторів

Транзистор є найпростішим пристроєм обробки даних у комп’ютерах

по суті вимикач, який може або блокувати або відкривати шлях інформації, що проходить

Ця інформація складається з бітів

Які являють собою 0 чи 1

Комбінації декількох бітів використовуються для формулювання більш складної інформації

Транзистори об’єднані для створення логічних вентилів, які все ще дуже проста річ

Наприклад, вентиль AND подає на вихід 1, якщо всі її входи є 1 і подає 0 в іншому випадку

Комбінації логічних вентилів, нарешті, формують осмислені модулі наприклад для складання двох чисел

Після того, як ви можете додати, ви можете також множити

і як тільки вам вдалося множити, ви можете по суті зробити що завгодно

Оскільки всі основні операції простіше, ніж математика у першому класі

Ви можете уявити комп’ютер як групу 7-річних, що відповідають на прості математичні питання

Досить велика група з них могла би обчислити будь-що

від астрофізики до Зельди

Проте деталі стають все менше і менше

квантова фізика все ускладнює

В кількох словах, транзистор є просто електричним перемикачем

Електрика — це електрони, що рухаються з одного місця в інше

Таким чином, перемикач — це прохід, який може блокувати переміщення електронів

14 нанометрів — це типовий розмір транзисторів на сьогодні

Що приблизно у 8 разів менше, ніж діаметр віруса ВІЛ

і в 500 разів менше, ніж еритроцити

Якщо транзистори зменшаться до розмірів лише кількох атомів

Електрони можуть просто перескочити на іншу сторону заблокованого проходу

завдяки процесу, що називають квантовим тунелюванням

У квантовому світі, фізика працює зовсім по-іншому ніж у звичному, передбачуваному нами світі

отже традиційні комп’ютери просто перестають працювати

Ми наближаємося до реальної фізичної межі нашого технічного прогресу

Щоб вирішити цю проблему

вчені намагаються використати ці незвичайні квантові властивості на користь

шляхом створення квантових комп’ютерів

У звичайних комп’ютерах, найменшою одиницею інформації є біти

квантові комп’ютери використовують кубіти, які також можуть мати одне з двох значень

Кубіт може бути будь-якою квантовою системою з двох рівнів

таких як спін у магнітному полі або одиночний фотон

0 і 1 є можливими станами такої системи

як горизонтальна чи вертикальна поляризація фотона

У квантовому світі кубіт не повинен бути тільки у одному зі станів

Він може бути у будь-якій пропорції обох станів одночасно

Це називається суперпозицією

Але як тільки ви перевірите його стан, наприклад, відправивши фотон через поляризатор

Він має вирішити, бути йому вертикально або горизонтально поляризованим

Допоки за ним не слідкувати

Кубіт знаходиться в суперпозиції ймовірностей 0 і 1, і ви не можете передбачити чим він буде

Але момент, коли його вимірюють

він набуває один із визначених станів

суперпозиція змінює правила гри

Чотири класичних біта можуть перебувати в одній з двох у четвертій степені різних конфігурацій

це 16 можливих комбінацій, із яких ви можете використовувати тільки одну

Чотири кубіта в суперпозиції, однак, можуть бути у всіх 16 комбінаціях відразу

Це число зростає експоненціально з кожним доданим кубітом

20 таких вже можуть зберігати мільйон значень водночас

Дійсно дивна, неінтуїтивна властивість кубітів — це іх заплутаність

Тісний зв’язок, що змушує кожен з кубітів реагувати на зміни в стані іншого

не дивлячись на те, як далеко вони один від одного

Тобто при вимірюванні лише одного заплутаного кубіта, ви можете дізнатися властивості його партнера

не перевіряючи його

Маніпуляція кубітів також все ускладнює

Нормальний логічний вентиль отримує простий набір вводів і виробляє один певний вивід

Квантовий вентиль маніпулює вхід із суперпозицій, змінює ймовірності

і видає іншу суперпозицію на вихід

Таким чином, квантовий комп’ютер створює кубіти за допомогою квантових вентилів, тасуючи їх і змінюючи ймовірності

потім перетворює суперпозиції до конкретних послідовностей нулів та одиниць.

Це означає, що ви одночасно проводите всі можливі обчислення для вашої системи

Наприкінці ви можете виміряти тільки один з результатів, з якоюсь ймовірністю він буде тим, що вам потрібен

Отже, можливо, доведеться провести перевірку і спробувати ще раз

Але вміло використовуючи суперпозицію і заплутаність

обчислення можна зробити в рази ефективніше, ніж це коли-небудь буде можливо на звичайному комп’ютері

Навіть якщо квантові комп’ютери, ймовірно, не замінять наші домашні комп’ютери

в деяких областях, вони їх значно перевершують

Одною з них є пошукова база даних,

щоб знайти щось в базі даних, звичайному комп’ютеру доведеться перевірити кожен свій запис

Алгоритму квантового комп’ютера потрібен тільки квадратний корінь із того ж часу,

що є суттєвим для великих баз даних

Найвідоміше застосування квантових комп’ютерів — знищення ІТ-безпеки

Нині переглядання електронної пошти та інтернет-банків захищається системою шифрування

в якій ви даєте кожному відкритий ключ для шифрування повідомлень, які можете розшифрувати тільки ви

Проблема в тому, що завдяки відкритому ключеві можна вичислити ваш секретний ключ

На щастя, необхідні для такого обчислення для звичайного комп’ютера буквально займають роки проб і помилок

Але квантовий комп’ютер з експоненціальним прискоренням може запросто зробити це

Ще одне дуже захоплююче їх застосування — це симуляція

Симулятор квантового світу потребує дуже багато ресурсів

і навіть для великих структур, таких як молекули, симуляціям часто не вистачає точності

Так чому б не симулювати квантову фізику за допомогою квантової фізики

Квантові симуляції можуть відкрити багато нового про білки, що може стати революцією в медицині

Наразі ми не знаємо, чи будуть квантові комп’ютери просто спеціалізованим інструментом

або великим проривом для людства

Ми зовсім не знаємо, де межа технологічного прогрессу

і є тільки один спосіб дізнатися

Це відео створено за підтримки Австралійської Академії Наук

яка заохочує і підтримує передовий досвід в галузі науки

Дізнайтеся більше про цю тему та їй подібні на nova.org.au

Працювати з ними було чудово, так що перевірь цей сайт!

Наше відео також стало можливим завдяки вашій підтримці на patreon.com

Якщо ви хочете підтримати нас і стати частиною пташиної армії Kurzgesagt, перегляньте нашу сторінку Patreon!