Qubit? Det som science fiction är gjord av

Var det? Är det bara några år sedan som den snabbaste processorn där ute var Intel Pentium 233MMX?

Nu kan du köpa Intel P4 2 Ghz med hastigheter senare i år som når 2,5 Ghz +. Har du någonsin undrat varför? Jag vet att jag har.

Jag tror att jag kan ha hittat ett svar, en länk till varför processorhastigheterna går upp och priserna går ner. Framtiden kommer, och för er supernördar där ute kan den vara här tidigare än ni tror. Jag kan använda ett ord, ?qubit?.

För er som är bekanta med termen qubit, kan ni? vänta inte. För andra som funderar? vad pratar han om??, jag? ska berätta för dig om en liten hemlighet.

Kvantdatorer. Jag hörde det och tänkte för mig själv "ja va?" det kommer aldrig att hända, åtminstone inte under min livstid. Men enligt en artikel av R. Colin Johnson, NSF (National Science Foundation) letar redan efter en pålitlig process för spåntillverkning.

NSF har bidragit med 1,6 miljarder dollar och en fyraårig ansträngning för att skapa en sådan process. För närvarande har endast en av de ledande kandidaterna för denna process publicerat sina avkastningar. Av cirka 40 försök har bara två eller tre Quantum-datorer faktiskt fungerat i rumstemperatur.

Syftet är att få en kvantdator att fungera i rumstemperatur och göra den tillgänglig för allmänheten. Ledaren för detta projekt är Paul R. Berger, docent i elektroteknik vid Ohio State University, samarbetade med hjälp av University of Illinois vid Urbana-Champaign, University of Notre Dame, University of California vid Riverside och Naval and Air Force Research Laboratorier. Det gjorde du? tror du inte att en superdator som denna skulle göra det? Skulle du inte ha regeringens fingrar i det?

För dig som inte är bekant med vad en Quantum-dator är, här är smutsen (jag hoppas att du har din fysikhatt på).

Kvantdatorer använder en processor ungefär som alla andra datorer. Förutom att processorn för den här datorn är vad de kallar en kvantpunkt (nu är det här informationen blir tjock).

En kvantpunkt är en liten metall- eller halvledarlåda som innehåller ett väldefinierat antal elektroner. Antalet elektroner i en punkt kan justeras genom att ändra punkten? s elektrostatisk miljö. Prickar kan göras och har gjorts från 30 nm (nanometer) till 1 mikron i storlek och håller från noll till hundratals elektroner (information ovan tillhandahållen från ?The Nanoelectronics and Nanocomputing Home Sida?).
Kvantprickar lagrar information i domäner som är minst 10 gånger mindre än de som vanligtvis föreslås för framtida kiselchipsteknologier? endast ett fåtal kvadratnanometer, innehållande 50 till 10 000 atomer per lagrad kvantbit (qubit). Enheterna fungerar genom att omedelbart föra individuella elektroner över en isolator utan att ta någon tid att fysiskt passera genom den? ett fenomen som kallas "tunneling" säger R. Colin Johnson.

Idag bygger eller skapar de forskare som experimenterar med sina egna kvantchips sin egen process teknik utan att byta ut tillverkningsbarhet, bra avkastning, rumstemperaturdrift, tillförlitlighet och repeterbarhet för liten storlek.

Sannolikhetsvågen? påverkar resultatet av tunnling till kvantprickar. På grund av den ändliga sannolikheten att en elektron kan dyka upp på andra sidan av den isolerande barriären, kvant mekaniken förutspår att vissa elektroner kommer att dyka upp på den ena eller andra sidan, beroende på strömmen ?miljö? betingelser.

Enligt uppgifterna från R. Colin Johnson:

?Förutom tunnling kan varje domän i nanostorlek lagra både en 1 och 0 samtidigt i kraft av vad som kallas "superposition" inom sina qubits. Superposition? s hålla det logiska tillståndet för en qubit nebulus tills man uppmanas att "rapportera" i ett resultat. Därför representerar qubits samtidigt både 1 och 0 och kan följaktligen utföra beräkningar som överlagrar mellanliggande steg ovanpå varandra parallellt, först senare plocka ut det önskade slutresultatet från flera möjliga beräkningar.
Till exempel möjliggör superposition en 8-bitars adderare att samtidigt utföra alla möjliga 8-bitars tillägg till alla möjliga 8-bitars värden. Efter tillägget kan ett individuellt resultat plockas ut bland de 512 möjliga resultaten som överlagras ovanpå varandra i en enda maskincykel av qubit-adderaren. ?
Så vid det här laget kliar vi oss i huvudet och säger "Hugh, så vad?" är skillnaden mellan en vanlig stationär dator och en kvantdator??

Ok, moderna datorer manipulerar information i vad vi kallar binära matematik ettor och nollor. Den där? är den grundläggande basen för vår nuvarande datorvärld. De två bitarna kan bilda fyra kombinationer av ettor och nollor. I en standarddator skulle du kunna ha 8 miljarder bitar vilket ger stor potential för information.

En kvantdator utför denna uppgift annorlunda. En qubit kan uppnå flera tillstånd samtidigt - varje tillstånd har en sannolikhet. Varje kombination av ettor och nollor skulle kräva en sannolikhet. Mängden kombinationer kan växa som galningar: för n qubits finns det 2^n olika tillstånd, var och en har en sannolikhet associerad med det (Quantum).
Ett bra exempel kommer från Scientific American, som illustrerar hur en modern dator och en kvantdator skulle hitta den rätta kombinationen för ett lås:

Ta ett lås med 4 siffror: 0, 1, 2, 3; och valfritt nummer som behövs för att låsa upp det. En modern dator skulle prova varje nummer i tur och ordning: är '1' korrekt? Är "2" korrekt? Och så vidare. Den skulle eventuellt försöka alla fyra siffrorna tills den hittade rätt nummer. En kvantdator skulle testa flera tal samtidigt och få ett unikt svar för varje potentiellt korrekt svar. Den moderna datorn har i genomsnitt n/2 gissning, medan kvantdatorn bara behöver kvadratroten ur n (Quantum).

Med tanke på de enorma beräkningar som kvantdatorer kan utföra verkar möjligheterna utan gränser. Tänk på datormöjligheterna inom alla områden av lärande och skapande. Det medicinska området skulle kunna dra stor nytta av kvantberäkningar, läkare kunde utforska människokroppen och experimentera på simulerade miljöer, vilket avancerat medicinsk forskning enormt. Du har till och med förmågan att beräkna primtalsfaktoriseringen av stora tal. Primfaktorisering är vad vi känner som matematisk algoritm som de flesta organisationer använder för kryptering.

Exempel av Ben Simpson,
Det är väldigt svårt att räkna omvänt; en modern dator kan spendera miljontals år på att försöka utföra de nödvändiga beräkningarna, vilket gör alla hackningsförsök skrattretande (Quantum). En kvantdator kan dock slutföra de nödvändiga beräkningarna på mindre än ett år. Nu när? är lite läskigt.

Vid det här laget hoppas jag att jag har? inte förvirrade dig för mycket i detta ämne. Vad gäller mig, kan jag? inte vänta på att en Quantum-dator ska dyka upp. Så tror du att det kan vara naturligt att CPU-tillverkare skulle bli oroliga? När Quantum-datorn väl kommer ut skulle den göra deras system föråldrade. En fråga skulle vara: forskar datortillverkare också på denna teknik... Jag skulle satsa mina pengar på det.

Redaktörens rekommendationer

• Hur en vältajmad hashtag gjorde Juneteenth till en officiell helgdag för miljoner
• Varför ser du annonser för saker du redan har köpt?
• Zoom-chefen erkänner felsteg men insisterar på att förbättringar har gjorts
• Google Photos gjorde det enklare att dela enstaka foton och videor
• Rättegång hävdar att Equifax dumma lösenord gjorde det superlätt att stjäla din data

Uppgradera din livsstilDigitala trender hjälper läsare att hålla koll på den snabba teknikvärlden med alla de senaste nyheterna, roliga produktrecensioner, insiktsfulla redaktioner och unika smygtittar.