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El físico Seth lloyd sobre la extraña mecánica cuántica, кубитах y el concepto de equipo



 

Un ordenador cuántico es un dispositivo que almacena y procesa la información a nivel de los átomos y de las partículas elementales. La computación cuántica tiene dos aspectos: el primero, cuántico, y el segundo de cómputo. "Mecánica cuántica" — esto suena un poco extraño, y la mecánica cuántica realmente inusual desde el punto de vista científico. Pero, en cierto sentido, un aspecto más fácil de entender.

La mecánica cuántica es una teoría física que explica cómo se comportan las cosas en el más pequeño y el nivel fundamental. Esta es la sección de la física, que estudia cómo los átomos, fotones (partículas de luz), los electrones, las partículas subatómicas se comportan. Si vamos a construir el equipo en el nivel de la escala de los átomos y de las partículas elementales, es inevitable que va a trabajar por las leyes de la mecánica cuántica. Y veremos que la singularidad de la mecánica cuántica, el hecho de que la mecánica cuántica es una extraña e incoherente, en realidad, nos permite calcular de una manera que no está disponible para un ordenador portátil o iPhone.

Por el segundo aspecto de la computación cuántica son de cálculo. Entonces, ¿qué es una computadora? De hecho, este es, en cierto sentido, de un tema complejo, es decir, yo puedo decir que es un equipo que cuando lo veo, cuando estoy escribiendo en él, o haciendo llamadas telefónicas, o el uso de Google mapas. Pero, en realidad, el concepto de equipo va más allá de la mera cuestión de Apple si usted o un PC, iPhone o Samsung. Este concepto de procesamiento de la información. Lo que hace el equipo?

La computadora digital recibe la información y la divide en pequeños posibles trozos que se llaman bits. El bit es la elemental distinción entre dos posibilidades: sí y no, verdadero y falso, cero y uno o, si acaso, a baja o alta tensión de condensador cargado en el equipo. Así es como los bits se almacenan físicamente en el interior de un ordenador: la baja tensión del condensador es cero, el alta de la unidad.

Para realizar los cálculos de equipo, disponiendo de la información, organizada en pequeños trozos, los manipula de ellos, los hace interactuar y modifica sus límites de las reglas comunes. En realidad, no existe un concepto universal de la computación digital, que abarca las más complejas tareas que es capaz de resolver el clásico ordenador de manera sistemática en términos de bits. Por lo tanto, un ordenador cuántico es el equipo, que toma los bits y trabaja con ellos de manera sistemática, pero funciona en el nivel de los átomos, las partículas, los fotones (partículas de luz), los electrones, donde reinan las leyes de la mecánica cuántica.

La mecánica cuántica extraña. Extraño es el término científico. Niels Bohr, uno de los fundadores de la mecánica cuántica, dijo:

"Cualquier persona que dice que entiende la mecánica cuántica y él de ella no gira la cabeza, en realidad no comprendido".

En general, es en danés es impresionante aún más. Pero es verdad: la mecánica cuántica extraño y lógico. Para disfrutar de esta rareza, piense en lo que se denomina корпускулярно-onda dualismo. Sé que suena intrincado — корпускулярно dualidad onda-partícula. Lo general significa? Esto significa que lo que pensamos como de las partículas, por ejemplo, los átomos o electrones, tiene una onda asociada. Del mismo modo, el hecho de que pensamos como sobre las olas, como la luz o el sonido, tiene asociadas las partículas. Todo esto sucede en el microscópica de nivel. Esto significa que cuando usted almacena un bit de información en квантовом equipo, digamos, en la posición de un electrón, el electrón tiene también asociada a la onda.

En el clásico, el equipo, el bit se almacena la siguiente manera: en el caso de cero es de baja tensión — un montón de electrones "aquí"; la unidad es de alta tensión y un montón de electrones "allí". Ahora vamos a alejar hasta el momento, cuando tengamos un bit, es decir, un electrón. Así, el cero — un electrón en un solo lugar, la unidad es un electrón en el otro. Está bien, piense en esto: el electrón aquí significa cero, se mueve para allá y se convierte en la unidad, se mueve aquí y se convierte de nuevo de cero. Tiene dos electrones, se mueve all-aquí se modifica varios bits — no hay ningún problema con el almacenamiento y el procesamiento de la información a nivel de los electrones.

El problema es que el electrón es cuántico-mecánico de objeto y, a pesar de que es una partícula, también tiene una onda asociada. Esta onda tiene relación directa al lugar donde se encuentra el electrón. Si la onda de un electrón está en un único lugar, y el electrón se encuentra allí mismo, y esto será cero. Si la onda del electrón es totalmente aquí, entonces el electrón también se encuentra aquí, y esto será una unidad.

Pero lo divertido en la mecánica cuántica es que las olas no sólo deberían ser de aquí o de allí. Sabe que no debe estar sólo en un único lugar. Onda — calizas, objetos, y en algunos casos, pueden al mismo tiempo estar allí y aquí.

Lo que significa que el electrón como una onda, y se encuentra allí y aquí? Esto significa que este un electrón se encuentra al mismo tiempo en dos lugares. Por lo tanto, el bit cuántico o qubit, como a veces se llama, tiene un toque divertido de la calidad: se puede y de un cero y la unidad, porque el electrón al mismo tiempo en dos lugares. Es simplemente extraño y контринтуитивно. No de la imagen clásica que trata de ilustrar. Por ejemplo, algún tipo de pelota de fútbol no puede estar aquí y allí al mismo tiempo, incluso si la confusión en el campo a veces puede generar esa impresión. Así que, dado que el electrón puede estar simultáneamente en dos lugares, el bit cuántico o qubit, puede ser al mismo tiempo cero o la unidad. Por lo tanto, la característica principal de la cuántica extrañeza — корпускулярно dualidad onda-partícula, misterioso, нелогичный y son difíciles de regular el pensamiento, significa que los bits cuánticos pueden tener valores de cero y la unidad a la vez. Y esto significa que la cuantía equipos están disponibles métodos de cálculo, imposibles en clásicos equipos.

Se puede pensar de esta manera: si el clásico de cálculo es la secuencia de cambios de bits varias veces de ida y vuelta, se puede imaginar es como una ola, una ola, como una larga nota ("ааааааааа") o como una melodía ("a-a-a-a-a-a"). Por lo tanto, cada uno de los clásicos de cálculo como una ola, consiste de una serie de puros de la música. En los cálculos cuánticos, por el contrario, la onda de todos los bits pueden tener varios valores a la vez, por lo que es una sinfonía. No puedo cantar una sinfonía en solitario, pero se puede imaginar a presentar. Y lo que sucede en el caso de la computación cuántica, ya que es algo que onda correspondientes a cada uno de los cálculos que se forman de tal manera que entre ellos se produce la interferencia y la armonía. Gracias a las oportunidades que se abren ante la cuantía de equipos, es mucho más que la posibilidad de clásico de pc.

Por tanto, vamos a pensar, ¿qué finalidad tiene el bit dentro del equipo. Si tengo cero o la unidad de medida, el bit puede ser la información. Cero y la unidad — eso suena tan prosaicamente. Supongamos que yo pregunto a mi novia o a mi amiga: "¿quieres casarte conmigo?" Y ella, en respuesta, me enviará de bits de información, donde cero es "no", y la unidad es "sí". Es muy importante bit para mí, y tal vez, ella me responde a través de correo electrónico, que probablemente no es una buena manera de aceptar la oferta de la mano y el corazón. Para cuántico del matrimonio puede enviar la superposición cuántica de cero y la unidad, esto significa que se experimenta sentimientos dispares en la cuántico-el sentido mecánico. Entonces, ¿qué pasará cuando en realidad voy a ver en su respuesta? Estos bits cuánticos tienen la propiedad de que si tiene el bit de cero y uno, donde cero es "no", y la unidad es "sí", al mismo tiempo, me será necesario ver si el electrón. No. Y aquí hay? Sí. Y entonces la mitad del tiempo recibiré la respuesta es "no", y la mitad de un tiempo "sí". Así que si mi novia me dio esa respuesta, entonces esto sería, de hecho, equivalente a un lanzamiento de la moneda, para decidir la respuesta a mi propuesta.

En el equipo de un bit puede ser simplemente un pedacito de la información, como el cero o la unidad de medida, pero también puede ser en el reglamento. Así, el cero puede significar "haz esto", y una unidad de "haz esto". El fin de escapar del matrimonio de metáforas, de los que me incómodo para alejarse de metáforas sobre el matrimonio, vamos entremos en las matemáticas. Así, el cero puede mandar a su equipo sumar 2 + 2. Y la unidad puede decirle a la computadora: "Detén 3 + 1". En un equipo normal de bits puede ser cero ("deten 2 + 2") o unidad ("deten 3 + 1"). Pero en квантовом equipo, ya que un bit puede tener valores de cero y la unidad a la vez, si envían como instrucciones квантовому ordenador, un ordenador cuántico adoptará la suma de 2 + 2 y la suma de 3 + 1 en paralelo, en una especie de divertida квантовом sentido. Por lo tanto, estos dos tipos de cálculos que ocurren en el mismo momento, como el canto de dos хористов o interpretación simultánea de dos violines en la sinfonía.

De hecho, los cálculos cuánticos gracias a la interferencia entre las diversas partes, es como cuando escuchamos dos sonidos que llegan hasta nosotros en el mismo momento, no percibimos cada uno de ellos por separado, pero ambos sonido en conjunto, interfieren el uno con el otro. Esto puede parecer magia, como cuando la construcción de computadoras cuánticas se usa componentes atómico de la escala, resultan muy pequeños accesorios, y vale la pena seguir con ellos, porque, si usted es una de esas perderá, nunca lo vuelva a ver. Y usted puede preguntarse: "¿por Qué tenemos que hacer todo esto, cuando tenemos excelentes clásicos ordenadores?"





La idea de computación cuántica, almacenamiento, bits individuales de los átomos fue propuesta a principios de la década de 1980 Suelo Бениоффом de laboratorio nacional de argonne, ubicada en el caltech, y david Дойчем de oxford en inglaterra.

Los primeros prototipos de las computadoras cuánticas no fueron construidos antes del comienzo de la década de 1990, cuando se me ocurrió, cómo se puede construir la versión más sencilla de este equipo. Dave Винланд, ganador del premio nobel en el campo de la física, recibió el premio nobel en particular por la construcción de los primeros sencillos de computadores cuánticos. En 1994, sin embargo, apareció el verdadero incentivo de producir, cuando peter shor — entonces de AT&T, y ahora está en el MIT — ha mostrado que, si era posible construir un ordenador cuántico, incluso la más pequeña, con varias decenas de miles de bits cuánticos, él sería capaz de realizar un millón de operaciones, en vez de escupir para su clásico predecesor. Si usted obligará tal un ordenador cuántico hacer este sinfónica de cálculo, él sería capaz de descifrar todos los códigos que utilizamos para el secreto de transmitir la información a través de internet. Y, como usted sabe, después de esta declaración de la multitud de personas навострили las orejas — no sólo de individuos, sino de la agencia, que deseen aprender extraños secretos y mantener sus, por supuesto. Estas agencias y muchas personas dijeron: "Oh, sería muy bueno crear un ordenador cuántico".

Así, en la primera mitad de la década de 1990 surgió toda esta área de la computación cuántica, y yo y mis colegas comenzaron a construir ordenadores cuánticos, todo en el mundo — no todos, por supuesto, pero cientos de personas en todo el mundo — también han comenzado a crear. Ahora tenemos ordenadores cuánticos, que incluso si no pueden dividir a grandes números y de descifrar los códigos, sin embargo, pueden hacer una serie de cosas interesantes.

Utilizamos ordenadores cuánticos aquí, en el MIT, para explorar fundamentales de las propiedades físicas de la materia, e incluso tratando de programar un ordenador cuántico para que él nos ayude a ver lo que sucedía en el Universo en los primeros momentos de su existencia.

Puede utilizar los potentes equipos para la investigación de los extraños efectos que llevan nombres tales como "confusión", cuando las partículas de luz se reconocen mutuamente mucho más de lo que tienen derecho, según las leyes clásicas. Usted puede utilizar cálculos cuánticos cuántica y la comunicación para la transmisión de información confidencial, donde la fiabilidad está garantizada por las leyes de la naturaleza. Incluso si estas razones no son lo suficientemente poderosas para llevar a cabo cálculos cuánticos, existe otra motivación: esto es muy emocionante. Yo mismo he trabajado en cuánticos de ordenadores durante los últimos 15 o 20 años, y que recibió un gran placer, investigando, como la naturaleza funciona en las más pequeñas y fundamentales. publicado

 

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Fuente: postnauka.ru/video/54343