क्वांटम कंप्यूटर एक शास्त्रीय कंप्यूटर के बगल में कैसा लगता है

क्यों हम क्वांटम कंप्यूटर की जरूरत है

यह सिर्फ इसलिए नहीं है क्योंकि वे शांत हैं।

यहाँ संक्षिप्त जवाब है:

  • दुनिया के गणित और विज्ञान विभाग के सामने एक दीवार है, जिसे 'वास्तव में कठिन समस्याएं' कहा जाता है (विचार करें: कैंसर का इलाज, ऊर्जा-कुशल बैटरी [या उस मामले के लिए ऊर्जा कुशल कुछ भी], और सामग्री डिजाइन)।
  • मानव मस्तिष्क स्मोल है। इसलिए हमने तेजी से चीजों की गणना करने के लिए कंप्यूटर बनाए। (कंप्यूटर इस बात का प्रतिनिधित्व करते हैं कि मनुष्य कैसे सोचते हैं, बस तेज है।)
  • यहां तक ​​कि सबसे शक्तिशाली सुपरकंप्यूटर में 'वास्तव में कठिन समस्याएं' नामक दीवार को तोड़ने के लिए पर्याप्त कम्प्यूटेशनल शक्ति नहीं है।
  • क्वांटम कंप्यूटर्स 'थिंक' / अलग तरीके से काम करते हैं। वे दिन बचा सकते हैं!

यहाँ लंबे उत्तर है:

  • यह पढ़ो

(इसमें पहले उल्लेखित दीवार को क्यों नहीं तोड़ा जा सकता है)

(अच्छा पढ़ें। जारी रखें।)

आइंस्टीन के थोड़े होशियार।

सैद्धांतिक भौतिकी का प्रतीक सापेक्षता के सिद्धांत (आधुनिक भौतिकी का एक स्तंभ) के साथ आया था, एक ऐसा हथियार बनाया गया जो सभी समय के महानतम युद्ध को समाप्त कर देगा, और सबसे प्रसिद्ध समीकरण को बढ़ावा देगा।

यह थोड़े बड़े परमाणुओं के स्वामी को चकरा देने में मदद करेगा।

या वास्तव में कुछ छोटा है।

जैसे ... एक परमाणु से छोटा।

आइंस्टीन भले ही परमाणुओं के स्वामी थे, लेकिन क्वांटम कणों (उप-परमाणु कणों) को समझने में उन्हें अच्छी तरह से भ्रमित किया गया था।

सौभाग्य से, मैं इसके साथ मदद कर सकता हूं।

भौतिक विज्ञान जैसा कि हम जानते हैं और इसे देखते हैं, न्यूटनियन और आइंस्टीन कानूनों द्वारा परिभाषित किया गया है। वे अवलोकनीय लक्षण हैं जो हमारे आसपास के परमाणुओं को चित्रित करते हैं। ये कानून इस बात का प्रतिनिधित्व करते हैं कि हम दुनिया को शारीरिक रूप से कैसे अनुभव करते हैं, और गणितीय तरीकों से परिभाषित किया गया है जो हमारे मानव मन में तार्किक हैं।

लेकिन जब हम एक परमाणु के भीतर बैठने वाले कणों की यात्रा का भुगतान करते हैं, तो हम उन टिप्पणियों पर ध्यान देते हैं जो बहुत अजीब हैं, वे पूरी तरह से हमारे आंतरिक अंतर्ज्ञान के खिलाफ जाते हैं।

ये उप-परमाणु कण क्वांटम यांत्रिकी के दायरे में खेलते हैं।

1920 के दशक में, आइंस्टीन और नील्स बोहर ने क्वांटिक यांत्रिकी की वैधता पर अपने निरंतर विवाद के साथ सुर्खियां बटोरीं। जबकि आइंस्टीन का मानना ​​था कि एक भौतिक वास्तविकता यह देखने की हमारी क्षमता से स्वतंत्र है, बोह्र और उनके अनुयायियों का मानना ​​था कि यह एक 'अंतिम वास्तविकता' के बारे में अटकलें लगाता है जो हमारी धारणाओं से परे मौजूद हैं - जो हम कर सकते हैं और पता होना चाहिए कि परिणाम अवलोकन और माप।

आधुनिक वैज्ञानिक क्वांटम यांत्रिकी की वैधता पर बहस करते हुए अतीत हैं, और अपने गुणों का दोहन करने के लिए कंप्यूटर का उपयोग कर रहे हैं।

हालांकि वे (उम्मीद है) मौत की मशीनों की एक और फैशनेबल रेखा नहीं बनाएंगे, क्वांटम कंप्यूटरों की भी सरकारें काफी दिलचस्पी दिखा रही हैं। सॉरी, बोह्र।

लेकिन गणना के लिए उपयोग करने के लिए क्वांटम यांत्रिकी को समझना, हमारे जिज्ञासु दिमागों की तुलना में हमारे लिए अधिक है (जैसे कि आइंस्टीन के लिए यह किया था)।

क्वांटम कंप्यूटर में गणित, चिकित्सा और सामग्री डिजाइन में नवाचारों को रोककर बाधाओं को तोड़ने की क्षमता है।

क्वांटम यांत्रिकी के उच्च स्तर की मूल बातें समझना वास्तव में समझना बहुत मुश्किल नहीं है, और वास्तव में क्वांटम कंप्यूटर आपकी दादी को कैसे बचा सकते हैं, आपको यह पढ़ना चाहिए:

पहले से ही वापस? क्या एक समझदार पैंट। आएँ शुरू करें।

मनुष्य हमारी संज्ञानात्मक क्षमताओं को श्रेय देना पसंद करता है, और हम जिस तकनीकी रूप से उन्नत दुनिया में रहते हैं, उसके बारे में लगातार दावा करते हैं। प्रौद्योगिकी का प्रत्येक टुकड़ा पहले से कहीं अधिक तेज और छोटा है, और इससे हमें जीवन जीने का एक बड़ा स्तर हासिल करने में मदद मिली है जिसकी कल्पना भी नहीं की जा सकती थी। 25 साल पहले भी।

यह सब इंद्रधनुष और इकसिंगें हैं जब तक हमें एहसास नहीं होता है - वैज्ञानिकों को हमारे रोजमर्रा के जीवन में उस परेशानी से जूझना बहुत समस्या है - जो हल नहीं किया गया है ... और हम बस उन्हें हल करने के लिए किसी भी तेजी से या छोटे कंप्यूटर विकसित नहीं कर सकते हैं।

रुको। क्यों?

हम सिर्फ वैज्ञानिकों और वर्षों के एक और जोड़े पर अपनी बात क्यों नहीं फेंक सकते हैं और हमारे पास आने के लिए व्यक्तिगत चिकित्सा जैसी चीजों की प्रतीक्षा कर सकते हैं?

हाँ यकीन है कि शायद यह काम करेगा - सिवाय इसके कि यह नहीं होगा।

2 मुख्य मुद्दे हैं:

  1. कंप्यूटर कैसे काम करते हैं
  2. कंप्यूटर वास्तव में छोटे हैं

बिट्स बिट्स पर बिट्स

पारंपरिक कंप्यूटर एक समय में एक काम करने तक सीमित हैं।

ऐसा इसलिए है क्योंकि मौलिक रूप से, डिजिटल कंप्यूटर केवल एक रैखिक, क्रमबद्ध फैशन में सूचना प्राप्त करते हैं और प्रक्रिया करते हैं - बिट्स के माध्यम से जो केवल 0s और 1s पढ़ते हैं। (जैसा कि अब आप मेरे लेख के माध्यम से जान सकते हैं)।

जब एक समस्या का सामना करना पड़ता है जो हमारे कंप्यूटर को कई मापदंडों और स्थितियों पर विचार करने की आवश्यकता होती है - यह इतनी कुशलता से नहीं कर सकता है। परिणाम प्राप्त करने के लिए, एक निष्कर्ष पर आने से पहले एक डिजिटल कंप्यूटर को हर एक संभावना के माध्यम से काम करना चाहिए।

इसलिए,

समस्या जितनी जटिल होगी, हल करने में उतना ही लंबा समय लगेगा ...

कई विन्यासों पर विचार करने के लिए शास्त्रीय बिट्स का उपयोग करने की प्रक्रिया पृथ्वी के वर्षों में भी सबसे बड़ा सुपर कंप्यूटर ले सकती है - और अगर हम अपने युवा वयस्क वर्षों में अच्छी तरह से नया करने की कोशिश कर रहे हैं ... तो कुछ को बदलने की जरूरत है।

कारण सुन्नो deux:

हमारी तकनीक शारीरिक रूप से हमें ऐसा नहीं करने देगी।

हम अपने जीवन के उस बिंदु पर हैं जब मूर का कानून अब प्रासंगिक नहीं है।

हम्म ... ट्रांजिस्टर ... महत्वपूर्ण लगता है।

हम समझ सकते हैं कि कैसे शास्त्रीय कंप्यूटर ट्रांजिस्टर को समझकर अपनी कम्प्यूटेशनल सीमा तक पहुंच गए हैं।

कंप्यूटर मूल रूप से एक (बहुत जटिल) इलेक्ट्रॉनिक सर्किट हैं जो तारों को जोड़ने और स्विच का एक गुच्छा होता है जिसे चालू या बंद किया जा सकता है। इन स्विचों को इलेक्ट्रॉनिक रूप से नियंत्रित किया जाता है (duh, इसे इलेक्ट्रॉनिक सर्किट कहा जाता है), और इन्हें ट्रांजिस्टर कहा जाता है।

एक सर्किट पर ट्रांजिस्टर रखकर, हम विद्युत प्रवाह को रोक रहे हैं और शुरू कर रहे हैं।

आप यह भी कह सकते हैं कि ट्रांजिस्टर सर्किट पर एक स्थिति रखते हैं, यह तय करते हुए कि विद्युत प्रवाह प्रवाह कर सकता है या नहीं।

तो अब आपके सर्किट में इन स्थितियों के आधार पर, धारा के प्रवाह को तय करने की क्षमता है।

तो मूल रूप से,

अधिक ट्रांजिस्टर = अधिक शर्तें = अधिक द्वार = अधिक जटिल संगणना

समझ गया? अच्छा लगा।

एक सर्किट पर फाटकों के एक समूह पर ढेर और आप मूल रूप से अपने लैपटॉप है आप शायद इस लेख पर पढ़ रहे हैं।

समय (और नर्ड का एक गुच्छा) ने हमें छोटे और छोटे ट्रांजिस्टर बनाने के लिए नई निर्माण तकनीकों को खोजने की अनुमति दी - और उन्हें छोटे स्थानों (जैसे सर्किट बोर्ड) पर फिट करने के लिए।

जैसे-जैसे ट्रांजिस्टर छोटे होते गए, जगह के लिए आवश्यक स्थान छोटा होता गया, इतना कि हम उन्हें 'चिप्स' कहने लगे।

इंटेल जैसी कंपनियां बड़े पैमाने पर उत्पादन करने वाले ट्रांजिस्टर हैं जो कि केवल 14 नैनोमीटर के पार हैं। यह आपके डीएनए अणुओं की तुलना में सिर्फ 14 गुना व्यापक है। वह पागल है।

हमने ट्रांजिस्टर को इतना छोटा कर दिया है, कि अब हम उनमें से 4.3 बिलियन को चिप पर एक पेन की तरह छोटा कर सकते हैं (यदि वे चीजें अब अस्तित्व में थीं)।

इस कई ट्रांजिस्टर के साथ, हमने एक तर्क टन के गेट्स बनाए हैं जो हमारे लिए अत्यधिक जटिल संगणना करने के लिए गुलाम हैं। कभी-कभी, हम इस अत्यधिक जटिल कम्प्यूटेशनल शक्ति का उपयोग न करने के लिए जटिल या बौद्धिक कारणों से करते हैं - जैसे रेडिट के माध्यम से स्क्रॉल करना।

वैसे भी।

ट्रांजिस्टर सिलिकॉन से बने होते हैं।

सिलिकॉन का परमाणु आकार लगभग 0.2 नैनोमीटर है, जिससे हमारे ट्रांजिस्टर लगभग 70 सिलिकॉन परमाणु चौड़े हो जाते हैं। यह उन्हें पहले से भी छोटा - छोटा बनाने की संभावना बनाता है।

इस छोटे पैमाने पर, हम कुछ असामान्यताओं से निपटना शुरू करते हैं। कण, इलेक्ट्रॉनों की तरह, क्वांटम भौतिकी के नियमों के तहत व्यवहार करना शुरू करते हैं (आपके लिए याय! आप जानते हैं कि इसका क्या मतलब है!)।

इसलिए, कम्प्यूटेशनल पावर की सीमाएं सीधे इस सीमा से संबंधित हैं कि हम अपने ट्रांजिस्टर को कितना छोटा कर सकते हैं।

इसलिए ... हमारे वर्तमान कंप्यूटर उन समस्याओं को हल नहीं कर सकते हैं जो हम उन्हें चाहते हैं, और हम कंप्यूटर को समायोजित करने के लिए और अधिक शक्तिशाली या जटिल नहीं बना सकते हैं।

तो क्या हुआ?

यहाँ नरक है:

वैज्ञानिक ऐसे कंप्यूटर बना रहे हैं जो गणना के लिए क्वांटम भौतिकी के गुणों का उपयोग करते हैं। मतलब, हमारी कम्प्यूटेशनल प्रक्रिया रैखिक, विमान के बजाय एक घातीय पर संचालित करने में सक्षम होगी।

क्या क्वांटम कंप्यूटर अस्तित्व के लिए

क्वांटम कंप्यूटर क्वांटम दायरे में कणों के साथ खेलते हैं ...

समझ में आता है।

क्योंकि क्वांटम कंप्यूटर एक साथ राज्यों का अनुकरण कर सकते हैं, यह एक साथ कई कॉन्फ़िगरेशनों पर विचार कर सकता है - और एक असाधारण मात्रा में जानकारी संसाधित कर सकता है।

वास्तव में, यह एक शास्त्रीय बिट की तुलना में तेजी से अधिक जानकारी संग्रहीत कर सकता है।

'एक्सपोनेंशियल' शक्ति एक क्वांटम कंप्यूटर की क्षमता में है जो राज्यों को एक साथ स्टोर करने की क्षमता को दोगुना कर सकती है - जैसा कि आप एक सिंगल क्विट में जोड़ते हैं।

दो qubits चार राज्यों को स्टोर कर सकते हैं, तीन qubits आठ राज्यों को स्टोर कर सकते हैं, चार qubits 16 राज्यों को स्टोर कर सकते हैं ... आपको विचार मिलता है।

ऐसी स्थिति के लिए जहां आपको क्वांटम राज्यों को मॉडल करने के लिए 50 उलझी हुई qubits की आवश्यकता होगी, आपको उसी जानकारी को संग्रहीत करने के लिए 1.125 क्वाड्रिलियन शास्त्रीय बिट्स को एन्कोड करना होगा।

व्हाई डू आई केयर थो।

इस लेख के दौरान, मैंने यह वास्तव में गन्दा काम किया है जिसे 'वास्तव में अस्पष्ट' कहा जाता है, और वास्तव में किसी भी समस्या को परिभाषित नहीं किया है जिसे शास्त्रीय कंप्यूटर हल नहीं कर सकते (और क्वांटम कंप्यूटर) कर सकते हैं।

मुझे लगता है कि इसे ठीक करने का समय आ गया है।

एक वास्तविक जीवन की स्थिति पर विचार करें: आणविक सिमुलेशन।

ठीक है ठीक है। मेरे साथ यहीं रहो। मुझे पता है कि ऐसा कुछ लगता है कि केवल शोधकर्ताओं और हाई स्कूल की पाठ्यपुस्तकों से ही निपटना है ... लेकिन यह महसूस करें: अणु हमारे चारों ओर सभी सामग्री बनाते हैं।

आणविक सिमुलेशन के अनुप्रयोगों के लिए प्रचुर मात्रा में जगह है।

आइए एक समस्या लेते हैं जो इस ग्रह पर सभी को प्रभावित करता है (इरादा इरादा): दवा।

अभी, दवा से आपकी दवा कैबिनेट में यात्रा करने में कम से कम 12 साल लगते हैं। (अगर यह भी है कि यह अभी तक बनाता है।)

यह कुछ के लिए एक जीवन काल है, और दूसरों के लिए एक विलासिता है कि 12 साल के लिए एक दवा की प्रतीक्षा नहीं है जो शायद उनके स्वास्थ्य को बहाल भी नहीं कर सकता है।

12 साल और कम से कम $ 648 मिलियन (2.7 बिलियन तक) डॉलर के मामूली मौके पर आप उस बीमारी से ठीक हो सकते हैं जिसे आप शायद चाहते हैं।

मामूली मौका आपके लिए इसके लायक हो सकता है, लेकिन मैं उस अवसर अंतराल को खोलने में दिलचस्पी रखता हूं।

रसायन के मॉडल

आज हम जिस तरह से जीवनरक्षक दवाओं को बनाने की कोशिश कर रहे हैं, वह रासायनिक तौर-तरीकों का उपयोग करके है।

रसायनों के लिए ये मॉडल एक अज्ञात अणु का व्यवहार कैसे कर सकते हैं, यह जानने के लिए लगातार यौगिकों के निर्माण का प्रयास करते हैं, फिर वास्तविक दुनिया में यह देखने के लिए परीक्षण करते हैं कि क्या यह अपेक्षा के अनुरूप काम करता है।

यह निरंतर आगे और पीछे की प्रक्रिया दोनों समय लेने वाली और संसाधन-गहन (हेल्लो, 12 वर्ष और कुछ मिलियन डॉलर) है।

यह भी वास्तव में काम नहीं करता है।

आणविक सिमुलेशन सभी एक यौगिक की जमीनी स्थिति को खोजने के बारे में है - इसका सबसे स्थिर विन्यास। किम वर्ग में क्रॉस-ओवर अभ्यास के साथ, यह काफी आसान लग सकता है। लेकिन वास्तव में एक अणु की जमीनी स्थिति को जानने के लिए, आपको एक कंकाल समीकरण को संतुलित करने से अधिक पर विचार करना होगा:

  • प्रत्येक परमाणु में प्रत्येक इलेक्ट्रॉन दूसरे परमाणुओं के नाभिक के साथ कैसे संपर्क करेगा
  • ऐसे छोटे पैमानों पर होने वाले क्वांटम प्रभाव

अणु के आकार में वृद्धि होने से निपटने के लिए ये पैरामीटर तेजी से कठिन हो जाते हैं।

हमारे द्विआधारी दिमाग और कंप्यूटर एक यथोचित उपयोगी समय में एक इष्टतम कॉन्फ़िगरेशन को पंप नहीं कर सकते हैं।

इसके लिए एक शब्द भी है: बहुपद समय। पॉली-टाइम वह समय है जो किसी शास्त्रीय कंप्यूटर को किसी समस्या को हल करने में लगता है।

हम 'पॉली-टाइम के भीतर एक समस्या की गणना करने में सक्षम होने' के विचार का उपयोग करते हैं, क्योंकि हाँ - शास्त्रीय कंप्यूटर वास्तव में अणुओं का अनुकरण कर सकते हैं - ऐसा करने के लिए उन्हें बस एक अत्याधिक मात्रा में समय लगेगा।

यहां तक ​​कि सबसे शक्तिशाली सुपर कंप्यूटर आज (जिनके काफी सुपर हैं) बहुत जल्दी तीन या अधिक तत्वों के साथ एक अणु के अनुकरण के साथ संघर्ष करते हैं।

एक अणु के बांड में प्रत्येक नए इलेक्ट्रॉन की घातीय प्रकृति और क्वांटम इंटरैक्शन का ट्रैक रखना एक शास्त्रीय कंप्यूटर (और वर्तमान रासायनिक modellers) के लिए अत्यंत श्रम गहन है।

लेकिन क्वांटम कंप्यूटर के लिए क्वांटम इंटरैक्शन से निपटने के लिए? उचित के बारे में लगता है।

इसलिए वहाँ।

शास्त्रीय कंप्यूटर वे होने के लिए सम्मोहित बड़े bois नहीं हैं। और क्वांटम कंप्यूटर शांत हैं।

बहुत सारे लोग मानते हैं कि क्वांटम कंप्यूटरों की बढ़ती संख्या का मतलब होगा कि आपके पास लगभग एक-एक दशक में एक 16-बिट कंप्यूटर होगा। यह बहुत अधिक (f̵a̵k̵e̵ ̵n̵e̵w̵s much) गलत है क्योंकि शास्त्रीय कंप्यूटर महान हैं ... वे कुछ पहलुओं में सिर्फ इतने सक्षम नहीं हैं। कुछ महत्वपूर्ण पहलू। पहलू जो हमें ठंडी चीजें बनाने से रोकते हैं। अणुओं की तरह। और फिर व्यक्तिगत दवा। और ऊर्जा कुशल बैटरी। और शायद कुशल वास्तुकला।

तुम समझ गए।

जिस तरह से पारंपरिक कंप्यूटर स्वाभाविक रूप से काम करते हैं, वे कुछ कॉन्फ़िगरेशन की गणना नहीं कर सकते हैं। और इस लेख के कारण, अब आप जानते हैं कि क्यों।

मिस्टर बोह्र ने जो माना, उसके विपरीत, यह समझना महत्वपूर्ण है कि इलेक्ट्रॉन आंदोलन के रूप में कैसे कुछ अप्राप्य है।

अणु हमारे आस-पास सामग्री बनाते हैं, और यदि हम अनुकूलन करना चाहते हैं कि हम अपने संसाधनों का उपयोग कैसे करें ... हम ऐसा नहीं कर सकते जो काम नहीं कर रहा है - नवाचार के लिए सामग्री का अनुकरण करने के लिए शास्त्रीय कंप्यूटर का उपयोग करना। हमें दक्षता में निवेश करने की जरूरत है।

मुझे पता है कि मैंने वास्तव में समझाया नहीं है कि क्वांटम कंप्यूटर वास्तव में ऐसा करने के बारे में कैसे जाएंगे - लेकिन मुझे विश्वास है, कि आ रहा है। मैं सिर्फ तुम लोगों को गणितीय व्याख्या के साथ बोर नहीं करना चाहता था।

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