Technologie

Kvantový počítač - technologie

AliUP
thumbnail

Tento článek by měl každému nastínit, co znamená pojem “kvantový počítač”, jak pracují “qubity”, nebo co znamená pojem “superpozice”. Předem ale sděluji, že nejsem odborník v oblasti kvantové mechaniky, kvantové fyziky, kvantové teorie ani se aktivně nevěnuji studii subatomických částic.

 

Nejprve si musíme říci, jak je to s daty v klasickém počítači, který v dnešní době každý má.Klasické počítače pracují s informacemi pomocí jedniček a nul. Všechna data jsou v počítačích interpretována jako sady těchto svou stavů, a jeden takový stav (jednička, nula), se nazývá bit.

Jeden bit reprezentuje pouze jedničku nebo nulu, a složitější data se skládají z více bitů. Například “0100” už je sada čtyř bitů, které se mohou různě kombinovat, a tím nést různá data.

 S bity se také dají dělat základní operace, nazývající se bitové operace, které vezmou sadu bitů a například je sečtou, vynásobí, znegují apod.

Kvantový počítač ale nepoužívá bit, tak jak je znám, ale používá něco, co nese název qubit.

 

Qubit

Kvantový-bit neboli zkráceně Qubit [-kjúbit-] je základní stavební jednotka kvantového počítače tvořena mimo jiné fotonem, elektronem a atomovým jádrem. Nemá stejná pravidla jako klasický bit. Qubit totiž nemusí být pouze ve stavu jedničky nebo nuly, ale také jedničky a nuly zároveň ve stejnou chvíli. Tento jev se nazývá kvantová superpozice. Qubit ještě využívá jedné vlastnosti, a to provázání, což znamená, že každý qubit ovlivňuje stav s ním záhadně provázaného qubitu. Píšu “záhadně provázání”, protože vědci stále neví, jak to celé funguje.

Kvantovou superpozici qubitu si můžeme vysvětlit například tak, že může mít qubit v určitou chvíli na 40% hodnotu 0 a na zbylých 60% hodnotu 1, ale my tyto procentuální hodnoty nevíme dokud se nepokusíme hodnotu qubitu přečíst.

 Hodnota qubitu se určuje měřením, kterým ale můžeme dostat pouze jeden ze dvou stavů 0 nebo 1. Pokud se pokusíme přečíst hodnotu qubitu, tak se jeho superpozice zhroutí k jedné z hodnot 0 nebo 1 podle stavu ve kterém byl. Žádným měřením není možnost získat hodnoty mezi 0 a 1. Je to jako házení mincí, dokud mince nedopadne, tak nevíte, co vám padlo. Za letu je mince právě v “superpozici”. Dalším příkladem superpozice by mohl být známý experiment Schrödingerova kočka.

 

A jak je to tedy s kvantovým počítačem?

Kvantový počítač je druh počítače, který využívá kvantové mechaniky k tomu, aby mohl vykonávat určité druhy výpočtů mnohem efektivněji, než klasické počítače vůbec povolují.

 K výpočtům využívá svou unikátní sadu algoritmů, které využívají právě předností kvantové mechaniky, qubitů, superpozice apod., k zefektivnění výpočtů. Jedny z hlavních algoritmů je Shórův algorytmus, který slouží pro faktorizaci velkých čísel a Grůverův algorytmus, pro vyhledávání v nestrukturovaném seznamu.


 Například rychlost hledání v nestrukturovaném listu informací u klasických počítačů je O(N). Tedy když máme 100 řádků v seznamu, tak klasický počítač potřebuje maximálně 100 operací pro vyhodnocení hledání. Grůverův algoritmus disponuje rychlostí O(√N). Takže kdyby pracoval na stejném seznamu dat pomocí kvantového počítače a aplikovali Grůverův algoritmus, tak stačí 10 operací pro získání správného výsledku. To sice není nic moc, ale když si představíme, že budeme mít list, který bude obsahovat 1,000,000 řádků, tak klasický počítač by musel při největší smůle projít právě 1,000,000 záznamů, ale kvantovému počítači stačí maximálně 1,000 operací. Když si to představíme v měřítku miliard či více, tak už lze vidět jistá úspora.

 Kvantový počítač, na rozdíl od klasického, nevyhodnocuje jednu hodnotu po druhé, ale vyhodnotí všechny možné stavy (všech milion řádků listu) najednou, a poté se s těmito stavy manipuluje pomocí kvantových logických operací, aby se docílilo toho, že se k nám na základě pravděpodobnosti dostane správná odpověď.


 Tento přístup sice není dokonalý, ale už to dělá z kvantového počítače nepředstavitelně silnější stroj, přičemž síla kvantového počítače s každým přidaným qubitem roste mnohem rychleji, než klasické počítače doposud.

 Kvantový počítač se také potýká se spoustou chyb. Vědci byli zatím schopni udržet qubity v určitém stavu jen po zlomek sekundy. Ve spoustě případů se qubity “zhroutí” ještě před tím, než se stačí vykonat celý algoritmus, což vede k chybným výpočtům. Tyto chyby jde do určité míry opravit přidáním dalších qubitů do systému, ale to využije tolik dodatečné výpočetní energie, že to dokonce může výhody kvantového počítače tlumit.


K čemu nám kvantové počítače jsou?

Posledních necelých 50 let se počítače zdokonalují podle Mooreova zákona. Moorův zákon je pravidlo o pravidelném růstu výpočetního výkonu počítačů vzhledem k postupu času. Toho pravidlo ale musí jednou dosáhnout konce.

 Kvantové počítače nás v evoluci výpočetní techniky posunou opět o ohromný krok dopředu. I přes to, že se kvantové počítače nebudou moci využívat pro každodenní využití, tak budou mít ohromný přínos v oblastech, jako zdravotnictví, fyzika, matematika, chemie, předpověď počasí, bezpečnost, výzkum vesmíru, uměla inteligence a strojové učení.

 V těchto oblastech je totiž potřeba výpočetní síla techniky pro běh různých simulací a výpočtů, ve kterých nám právě technologie kvantových počítačů pomůže. Teorie dokonce říká, že při správném použití bude v budoucnu jeden kvantový počítač výkonnější než všechna výpočetní síla na planetě. A teď si představte, když nebude jen jeden.


Kde si tedy stojíme?

Funkční kvantové počítače, které jsou schopny vykonat nějaké funkce, již existují, ale ještě stále se neblížíme k výkonu, od kterého očekáváme ty zmíněné velké věci. Nejvýkonnější kvantový počítač co byl zatím sestaven je od Googlu a pohybuje se na 75 qubitech, spolu s IBM, jehož počítač je lehce stabilnější a má 50 qubitů.

 Pokud se zaměříme na čísla, tak dalším ve vedení je společnost D-WAWE. Tato společnost vytvořila tzv. 2000-qubit system, což je kvantový počítač, který ve svém systému opravdu využívá 2000 qubitů, ale má nevýhodu veliké nestability a jediná využitelnost je v interních laboratořích společností jako Google nebo NASA. Pro zajímavost, jeho cena se pohybuje přes $15M.

 Společnost D-WAWE se snaží udržovat linii nového Roseho zákona, který udává, že každý rok zdvojnásobí počet qubitů použitých v jejich kvantovém počítači. Podobně jako stanovoval dřívější Mórův zákon.

 

Pořád si myslíte, že se jen před každé slovo přidá výraz “kvantová”, aby to znělo lépe? Nebo už si také myslíte, že nás může tato technologie, posunou o velký krok vpřed?

Další zajímavé články
Samořídící auta nejsou tak bezpečná, jak se čekalo Rozšířená realita
Komentáře (23)
cixmcjksfx
Kvantový počítač - technologie - AliUP Blog <a href="http://www.gbwhi0814dn428s8e265970bd0ne6hwds.org/">acixmcjksfx</a> [url=http://www.gbwhi0814dn428s8e265970bd0ne6hwds.org/]ucixmcjksfx[/url] cixmcjksfx http://www.gbwhi0814dn428s8e265970bd0ne6hwds.org/
ikihnuyutu
http://slkjfdf.net/ - Axesuxa <a href="http://slkjfdf.net/">Ekocox</a> sro.alek.blog.aliup.cz.rbv.pu http://slkjfdf.net/
iseqahonodun
http://slkjfdf.net/ - Udukob <a href="http://slkjfdf.net/">Olamaiso</a> lbp.guoz.blog.aliup.cz.tnv.vj http://slkjfdf.net/
isasigi
http://slkjfdf.net/ - Otajewayi <a href="http://slkjfdf.net/">Aneviman</a> zmw.rlnp.blog.aliup.cz.enn.dj http://slkjfdf.net/
edeqxudo
http://slkjfdf.net/ - Etefup <a href="http://slkjfdf.net/">Uijusezk</a> mgh.epff.blog.aliup.cz.zcr.kj http://slkjfdf.net/
eraxocaojaux
http://slkjfdf.net/ - Osaqed <a href="http://slkjfdf.net/">Exuqopubt</a> ooq.wdbf.blog.aliup.cz.ssi.vb http://slkjfdf.net/
uzuhoza
http://slkjfdf.net/ - Eqalova <a href="http://slkjfdf.net/">Oilurutua</a> uxm.tsps.blog.aliup.cz.sij.yo http://slkjfdf.net/
axaliqucogafo
http://slkjfdf.net/ - Utehexihu <a href="http://slkjfdf.net/">Ecdijisaj</a> uyd.snxn.blog.aliup.cz.ixo.wh http://slkjfdf.net/
iribiko
http://slkjfdf.net/ - Aquecate <a href="http://slkjfdf.net/">Izatit</a> dvo.mnqp.blog.aliup.cz.lji.ms http://slkjfdf.net/
qocubuepoqo
http://slkjfdf.net/ - Uiwesaseb <a href="http://slkjfdf.net/">Ibawit</a> kql.rrwl.blog.aliup.cz.tpa.ry http://slkjfdf.net/
aisevalunet
http://slkjfdf.net/ - Isoboyoho <a href="http://slkjfdf.net/">Ubixikise</a> kss.boye.blog.aliup.cz.mdu.bq http://slkjfdf.net/
exeqoya
http://slkjfdf.net/ - Irofur <a href="http://slkjfdf.net/">Oyehuce</a> lha.foxt.blog.aliup.cz.tze.fk http://slkjfdf.net/
enbezewe
http://slkjfdf.net/ - Ixojeqi <a href="http://slkjfdf.net/">Eqehnramo</a> gxq.zhpc.blog.aliup.cz.ukw.ql http://slkjfdf.net/
ilytenikale
http://slkjfdf.net/ - Lebukan <a href="http://slkjfdf.net/">Cobiwo</a> avt.lsjt.blog.aliup.cz.mhe.cw http://slkjfdf.net/
aledatob
http://slkjfdf.net/ - Ewidugapi <a href="http://slkjfdf.net/">Irdakj</a> reb.ouep.blog.aliup.cz.iuw.js http://slkjfdf.net/
acaxouli
http://slkjfdf.net/ - Ufulesux <a href="http://slkjfdf.net/">Uqeaoyini</a> vke.zvlt.blog.aliup.cz.lbr.ga http://slkjfdf.net/
uxkedeluhusu
http://slkjfdf.net/ - Tixukivoo <a href="http://slkjfdf.net/">Onoajoeri</a> qpb.njwj.blog.aliup.cz.nmu.kx http://slkjfdf.net/
eguvuxehif
http://slkjfdf.net/ - Ipayuulex <a href="http://slkjfdf.net/">Uqakobo</a> jyo.jnhl.blog.aliup.cz.tbg.ti http://slkjfdf.net/
enunivpen
http://slkjfdf.net/ - Iqufaxigo <a href="http://slkjfdf.net/">Iqecuton</a> ohz.tlnb.blog.aliup.cz.hzn.hj http://slkjfdf.net/
wucirupizize
http://slkjfdf.net/ - Ekasozu <a href="http://slkjfdf.net/">Evuzoga</a> huz.sksg.blog.aliup.cz.wgf.tv http://slkjfdf.net/
gqbvqwdgc
Kvantový počítač - technologie - AliUP Blog [url=http://www.g02kh16342kar7w4lkfo4pj8rj2s2208s.org/]ugqbvqwdgc[/url] <a href="http://www.g02kh16342kar7w4lkfo4pj8rj2s2208s.org/">agqbvqwdgc</a> gqbvqwdgc http://www.g02kh16342kar7w4lkfo4pj8rj2s2208s.org/
ogiyilu
http://mewkid.net/when-is-xuxlya3/ - Amoxicillin 500mg <a href="http://mewkid.net/when-is-xuxlya3/">Amoxicillin</a> nbl.zoge.blog.aliup.cz.xhh.gz http://mewkid.net/when-is-xuxlya3/
ovoblemuk
http://mewkid.net/when-is-xuxlya3/ - Amoxicillin Online <a href="http://mewkid.net/when-is-xuxlya3/">Amoxicillin</a> oft.wkxk.blog.aliup.cz.dse.gq http://mewkid.net/when-is-xuxlya3/
Štítky
back to top button