양자 컴퓨터 란 무엇입니까?

콘텐츠

• 꼬임 및 오버레이
• 비트와 큐 비트
• 실용적인 도전

데이비드 Wineland는 양의 컴퓨터에 최고 중요성이 될 수있는 이온을 투옥하는 그의 작업으로 2012 년 노벨 물리학상을 수상했습니다. (getty 이미지)

전통적인 컴퓨터의 시대는 번호가 매길 수 있습니다. 무어의 법칙에 따르면 시중에서 판매하는 CPU의 트랜지스터 수 (컴퓨터 처리 정보의 구성 요소)는 2 년마다 두 배가 될 것이라고합니다. 처음에는 좋았지 만, 기업들이 점점 더 많은 트랜지스터를 CPU에 집어 넣으려고 할 때 문제가 나타나기 시작합니다. 펜티엄에 의해 생산 된 칩은 이제 겨우 20 개의 원자로 확장되었으며이 숫자가 5로 줄어들면 심각한 문제가 발생할 것입니다. 이론 물리학 자 미치오 카쿠 (Michio Kaku)는 "컴퓨팅 파워는 표준 실리콘 기술로 단순히 지수 적 성장을 유지할 수 없습니다."라고 말했습니다. 그 자리에 새로운 무엇인가가 등장 할 필요가 있습니다. 그리고 이것은 무언가 양자 컴퓨터 일 수 있습니다.

꼬임 및 오버레이

데이비드 Wineland는 양의 컴퓨터에 최고 중요성이 될 수있는 이온을 투옥하는 그의 작업으로 2012 년 노벨 물리학상을 수상했습니다. (Dana Romanoff / 게티 이미지 뉴스 / 게티 이미지)

원자 수준으로 올라 가면 새로운 법이 정착되기 시작합니다.이 법은 이미 컴퓨터 제조업체에게 문제를 제기하기 시작했습니다. 양자 컴퓨터의 기초를 이해하려면 양자 역학의 특이 현상을 이해해야합니다. 이것은 원자 세계이다. 무엇이 어디 있는지 그리고 전자가 동시에 두 방향으로 회전 할 수 있는지를 거의 알 수없는 세상. 의미가없는 것 같습니까? 이 기사를 읽기 위해 사용하는 컴퓨터는 양자 역학과 같은 법칙을 기반으로합니다. 즉, 응용 프로그램은 매우 현실입니다.

이해해야하는 가장 중요한 두 가지 아이디어는 인터 레이싱과 겹침입니다. 원자핵을 공전하는 전자는 스핀 (spin)이라는 속성을 가지고 있습니다. 그들은 또한 쌍으로 나오고, 이들은 반대 방향으로 회전합니다. 자세히 관찰하지 않고도 한 쌍의 전자가 어느 방향으로 회전하는지 알 수 없습니다. 양자 역학의 관점에서 볼 때, 전자가 관찰하기 시작할 때까지 전자가 두 개의 스핀을 위아래로 겹쳐 놓은 상태로 존재하기 때문에 전자가 고유 한 상태를 취하게됩니다.

쌍 자체가 서로 얽혀있어 하나가 위로 회전하면 다른 하나는 아래로, 그 반대의 경우에도 마찬가지입니다. 간단히 말해서, 한 쌍의 전자가 두 개인 경우 두 전자가 하나가 될 때까지 위아래로 겹쳐서 존재합니다. 이 시점에서 관찰 된 전자는 한 상태 (예를 들어 위로)로 돌아가고 그 인터레이스 된 파트너는 반대 상태 (아래로)가됩니다. 아인슈타인은이 사건을 "멀리서 무서운 행동"이라고 불렀다. 오버랩과 우리가 관찰 한 결과는 이해하기 쉽지 않지만 양자 컴퓨팅에서는 필수적입니다.

비트와 큐 비트

30 큐 비트가있는 컴퓨터는 현재 프로세서에서 초당 10 테라 플롭과 관련된 작업을 수행합니다. (Hemera Technologies / AbleStock.com / 게티 이미지)

보통 컴퓨터는 1과 0으로 표현되는 "on"과 "off"위치 인 "비트"에서 작동합니다 (이진수). 중첩 때문에 전자, 광자 및 원자와 같은 양자 대상으로 구성된 양자 컴퓨터는 1과 0을 동시에 가정하는 비트로 형성 될 수 있습니다. 이 새로운 비트는 큐 비트 또는 양자 비트라고합니다. 3 비트 2 진 시스템에서, 전형적인 컴퓨터는 임의의 시간주기에서 0 내지 7의 임의의 수를 나타낼 수있다. 그러나 3 개의 큐 비트는 겹치는 상태에서 동시에 모든 가능한 수를 나타낼 수 있습니다.

오버랩은 본질적으로 전통적인 컴퓨터에서와 마찬가지로 큐 비트가 한 번에 하나씩 수행하는 대신 많은 계산을 동시에 수행 할 수 있음을 의미합니다. 즉, 30 큐 비트의 컴퓨터는 초당 10 테라 플롭으로 작동하는 일반 컴퓨터와 동일합니다. 이것은 단순히 속도 처리의 척도이며 양자 컴퓨터가 가져올 수있는 처리 능력의 엄청난 증가를 이해하려면 현재 컴퓨터가 초당 기가 플롭스 단위로 측정되어야합니다.

실용적인 도전

interweaving은 해결책을 제시 할 수도 있지만, 여전히 광범위하게 실행되는 것과는 거리가 멀다. (Thinkstock 이미지 / Comstock / 게티 이미지)

양자 컴퓨터의 제조에는 몇 가지 제한적인 실질적인 문제가 있지만, 여전히 더 크고 더 큰 크기로 생산되었습니다. 문제는 양자 물체를 다룰 때뿐만 아니라 관찰 할 때 다르게 행동한다는 사실로 인해 발생합니다. 이것은 매우 혼란스러운 생각이지만, 관찰하면 오버레이가 일반 상태로 붕괴됩니다. 따라서 큐 비트가 본질적으로 정상 비트가됩니다.이것은 관찰의 단순한 행위가 일반 컴퓨터로 만들 수 있기 때문에 기능성 양자 컴퓨터를 만들 때 명백한 문제를 나타냅니다.

그러나 인터레이스는 솔루션을 제공합니다. 입자가 짝을 지어서 관찰하면 관찰하지 않고도 다른 입자에 대한 정보를 제공합니다. 쌍의 원자를 생성함으로써, 과학자들은 기본적으로 정보를 다른 컴퓨터로 전송하기 때문에 시스템을 직접 관찰하지 않고도 계산에 필요한 정보를 교환 할 수 있으므로 일반 컴퓨터로 만들지 않아도됩니다. 인터 레이싱은 솔루션을 제공 할 수 있지만 상당한 규모로 구현되는 것과는 거리가 멀습니다. 매사추세츠 공과 대학의 스콧 아론 손 (Scott Aaronson)은 "찰스 배비지와 트랜지스터의 발명 사이에는 100 년이 넘게 흘렀기 때문에 서두르지 않았기 때문에 우리가 이길 수 있다면 우위에 설 것"이라고 말했다.