a量子プロセッサとは何ですか、またどのように機能しますか？

量子プロセッサとは何で、どのように機能するのでしょうか。この記事では、この世界を掘り下げ、この奇妙な存在について、おそらく1日はもちろん、私たちの美しいRGBシャーシの一部になる可能性があるということについて、さらに学習していきます。

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この人生のすべてのように、あなたは適応するか死ぬかのどちらかです。そしてそれはまさにテクノロジーで何が起こるかであり、正確には何百万年もの間、生物としてではなく、数年または数ヶ月で起こります。テクノロジーは目まぐるしいペースで進歩しており、大企業は常に電子部品の革新を続けています。環境を保護するためのより多くの電力とより少ない消費は、今日流行している前提です。集積回路の微細化が物理的な限界に近づいてきている。 Intelはそれが5nmになると言い、それを超えると有効なムーアの法則はなくなるでしょう。しかし、もう1人の人物が力をつけており、それが量子プロセッサです 。すぐに、そのすべての利点を説明し始めます。

IBMを先駆けとして、Microsoft、Google、Intel、NASAなどの主要企業は、誰が最も信頼性が高く強力な量子プロセッサを構築できるかを見極めるための戦いにすでに力を入れています。そして、それは確かに近い将来です。この量子プロセッサが何であるかがわかります

量子プロセッサが必要ですか

現在のプロセッサはトランジスタをベースにしています。トランジスタの組み合わせを使用して、それらを流れる電気信号を処理する論理ゲートが構築されます。一連の論理ゲートに参加すると、プロセッサを取得します。

問題は、その基本単位であるトランジスタにあります。これらを小型化すると、1か所にさらに配置できるため、処理能力が向上します。もちろん、これには物理的な制限があります。ナノメートルのオーダーのトランジスタに到達すると、内部を循環する電子が正しく動作するための問題が見つかります。これらがチャネルから脱落し、トランジスタ内の他の要素と衝突し、チェーン障害を引き起こす可能性があります。

そして、これがまさに問題です。現在、古典的なトランジスタを使用してプロセッサを製造する場合、安全性と安定性の限界に達しています。

量子コンピューティング

私たちが最初に知っておくべきことは、量子コンピューティングとは何かであり、説明するのは簡単ではありません。この概念は、古典的なコンピューティングとして今日知られているものから逸脱しており、論理的なチェーンを形成するために、電気インパルスのビットまたはバイナリ状態「0」（0.5ボルト）および「1」（3ボルト）を使用します。計算可能な情報の。

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その部分の量子コンピューティングは、実用的な情報を指すために、キュービットまたはキュービットという用語を使用します。キュービットは、0と1などの2つの状態を含むだけでなく、0と1または1と0を同時に含むこともできます。つまり、これらの2つの状態を同時に持つことができます。これは、1または0の離散値をとる要素がないことを意味しますが、両方の状態を含むことができるため、連続的な性質を持ち、その中には、ある程度安定している特定の状態があります。

キュービットが多いほど、より多くの情報を処理できます

正確には、3つ以上の状態を持ち、同時にいくつかの状態を持つことができるのは、その力です。より多くの計算を同時に、より短い時間で実行できる可能性があります。キュービットが多いほど、より多くの情報を処理できます。この意味では、従来のCPUに似ています。

量子コンピューターのしくみ

この操作は、量子プロセッサを形成する粒子を制御する量子則に基づいています。すべての粒子は陽子と中性子に加えて電子を持っています。顕微鏡で電子粒子の流れを見ると、波に似た振る舞いをしていることがわかります。波の特徴は、音などの物質の輸送を伴わないエネルギーの輸送であることです。これらは私たちには見えない振動ですが、耳に届くまで空気中を移動することがわかっています。

さて、電子は粒子または波として振る舞うことができる粒子であり、これが状態をオーバーラップさせ、0と1が同時に発生する原因となります。オブジェクトの影が投影されたように、ある角度で1つの形状と別の形状を見つけます。 2つの結合により、物理オブジェクトの形状が形成されます。

したがって、電圧に基づく、ビットとして知られている2つの値1または0の代わりに、このプロセッサは、量子と呼ばれるより多くの状態を処理できます。量子は、マグニチュードが取ることができる最小値（1ボルトなど）を測定することに加えて、このパラメーターが1つの状態から別の状態に移行するときに発生する可能性のある最小の変化を測定することもできます（たとえば、形状を区別することができます） 2つの同時の影によるオブジェクトの）。

0、1、0と1を同時に持つことができます。つまり、ビットを互いに重ね合わせることができます。

明確にするために、0、1、および0と1を同時に、つまりビットを互いに重ね合わせることができます。キュービットが多いほど、ビットを重ねることができ、同時により多くの値を得ることができます。このようにして、3ビットプロセッサでは、これらの8つの値のいずれかを持つタスクを実行する必要がありますが、一度に1つしかありません。一方、3キュービットプロセッサの場合、一度に8つの状態をとることができるパーティクルがあり、8つの操作で同時にタスクを実行できます。

考えてみれば、これまでに作成された中で最も強力なプロセッサユニットの容量は10テラフロップス、つまり毎秒100億浮動小数点演算と同じです。 30キュービットプロセッサは、同じ数の操作を実行できます。 IBMにはすでに50ビットの量子プロセッサがあり、このテクノロジーの実験段階にあります。パフォーマンスが通常のプロセッサよりもはるかに高いことがわかるので、どこまで行けるか想像してみてください。量子プロセッサのキュービットが増加すると、それが指数関数的に実行できる演算。

どのようにして量子プロセッサを作成できますか

2つの可能性だけではなく、連続状態を処理できるデバイスのおかげで、これまで解決できなかった問題を再考することができます。または、現在の問題をより速く、より効率的な方法で解決します。これらすべての可能性は、量子マシンによって開かれます。

分子の特性を「量子化」するには、絶対ゼロに近い温度にする必要があります。

これらの状態を実現するために、最終的に1または0になる電気インパルスに基づくトランジスタを使用することはできません。これを行うには、特に量子物理の法則をさらに調べる必要があります。粒子と分子によって物理的に形成されたこれらのキュービットが、トランジスタと同じようなことを実行できること、つまり、制御された方法でそれらの間の関係を確立して、必要な情報を提供できるようにする必要があります。

これは本当に複雑なことであり、量子コンピューティングで克服すべき課題です。プロセッサを構成する分子の特性を「定量化」するには、分子を絶対零度（-273.15℃）に近い温度にする必要があります。ある状態を別の状態から区別する方法をマシンが知るには、たとえば、1 Vと2 Vの電流を異なるようにする必要があります。1.5Vの電圧を置いた場合、マシンはそれがどちらか一方であることを認識しません。そして、これは達成されなければならないものです。

量子コンピューティングの欠点

この技術の主な欠点は、物質が通過するこれらの異なる状態を制御することです。同時状態では、量子アルゴリズムを使用して安定した計算を実行することは非常に困難です。これは量子不整合と呼ばれますが、不要な庭園には行きません。私たちが理解しなければならないのは、より多くの状態を持つキュービットと、より多くの状態を持つより多くの速度ですが、制御がより困難になることですが、発生する問題の変化のエラーになります。

さらに、原子と粒子のこれらの量子状態を管理する規範は、干渉が発生すると、重ね合わされた状態が完全に破壊されるため、実行中は計算プロセスを観察できないと述べています。

量子状態は非常に壊れやすく、0.1％のオーダーのエラー率を達成するには、コンピューターを真空下および絶対零度に近い温度で完全に分離する必要があります。液体冷却のメーカーが電池を入れるか、クリスマスに量子コンピューターが足りなくなります。これらすべてのため、少なくとも中期的にはユーザー向けの量子コンピューターが存在し、おそらく必要な条件でこれらのコンピューターのいくつかが世界中に分散され、インターネットを通じてそれらにアクセスできる可能性があります。

用途

これらの量子プロセッサは、その処理能力により、主に科学計算や以前は解決できなかった問題の解決に使用されます。量子プロセッサは粒子化学に基づく要素であるため、最初のアプリケーション分野はおそらく化学です。これのおかげで、物質の量子状態を研究することができましたが、今日では従来のコンピュータでは解決できません。