การคำนวณควอนตัม

คอมพิวเตอร์ควอนตัม ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ใช้หลักการซ้อนทับเชิงกลควอนตัมเพื่อประมวลผลข้อมูล กำลังได้รับการพัฒนา สร้าง และศึกษาในองค์กรต่างๆ ตั้งแต่มหาวิทยาลัยและห้องปฏิบัติการระดับชาติ ไปจนถึงสตาร์ทอัพและองค์กรขนาดใหญ่ อุปกรณ์เหล่านี้น่าสนใจมากเพราะสามารถแก้ปัญหาทางการคำนวณบางอย่างที่ “ยาก” ได้ เช่น การค้นหารายการที่ไม่เรียงลำดับขนาดใหญ่หรือการแยกตัวประกอบ

ของตัวเลข

จำนวนมาก ซึ่งเร็วกว่าคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมทั่วไปมาก ทั้งนี้เนื่องจากหลักการซ้อนทับเชิงกลควอนตัมนั้นคล้ายกับการขนานทางการคำนวณแบบเอกซ์โปเนนเชียล กล่าวคือ ทำให้สามารถสำรวจเส้นทางการคำนวณหลายเส้นทางพร้อมกันได้ เนื่องจากธรรมชาติเป็นกลไกเชิงควอนตัมโดยพื้นฐาน

คอมพิวเตอร์ควอนตัมจึงมีศักยภาพในการแก้ปัญหาเกี่ยวกับโครงสร้างและไดนามิกของของแข็ง โมเลกุล อะตอม นิวเคลียสของอะตอม หรืออนุภาคย่อยของอะตอม นักวิจัยมีความก้าวหน้าอย่างมากในการแก้ปัญหาดังกล่าวในคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิม แต่โดยทั่วไปแล้วความพยายามในการคำนวณ

ที่จำเป็นจะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณเมื่อจำนวนอนุภาคเพิ่มขึ้น ดังนั้นจึงไม่แปลกใจเลยที่นักวิทยาศาสตร์ในสาขาเหล่านี้สนใจคอมพิวเตอร์ควอนตัมเป็นอย่างมาก มีการสำรวจเทคโนโลยีต่างๆ มากมายเพื่อเป็นพื้นฐานในการสร้างโปรเซสเซอร์ควอนตัม สิ่งเหล่านี้รวมถึงตัวนำยิ่งยวด กับดักไอออน 

อุปกรณ์ออปติคอล เพชรที่มีศูนย์ว่างของไนโตรเจน และอะตอมที่เป็นกลางที่เย็นจัด ความท้าทายในทุกกรณีคือการรักษาสถานะควอนตัมให้สอดคล้องกันนานพอที่จะดำเนินการอัลกอริทึม (ซึ่งจำเป็นต้องแยกโปรเซสเซอร์ควอนตัมออกจากสิ่งรบกวนหรือเสียงรบกวนจากภายนอกอย่างเข้มงวด) 

ในขณะที่รักษาความสามารถในการจัดการสถานะเหล่านี้ด้วยวิธีการควบคุม (ซึ่งย่อมต้องมีการแนะนำการเชื่อมต่อระหว่าง ระบบควอนตัมที่เปราะบางและสภาพแวดล้อมที่มีเสียงดัง) เมื่อเร็ว ๆ นี้ มีการสาธิตตัวประมวลผลควอนตัมสากลที่มีมากกว่า 50 ควอนตัมบิตหรือ qubits ซึ่งเป็นเหตุการณ์สำคัญ

ที่น่าตื่นเต้น

เพราะแม้ในระดับความซับซ้อนที่ค่อนข้างต่ำ ตัวประมวลผลควอนตัมก็กลายเป็นขนาดใหญ่เกินไปสำหรับการดำเนินการที่จะจำลองทั้งหมดยกเว้นส่วนใหญ่ ซูเปอร์คอมพิวเตอร์คลาสสิกที่ทรงพลัง ยูทิลิตี้ของเครื่องขนาด 50 คิวบิตเหล่านี้ในการแก้ปัญหาทางวิทยาศาสตร์ที่ “ยาก” ในปัจจุบันถูกจำกัดด้วยจำนวน

ของการดำเนินการทางควอนตัมลอจิกที่สามารถทำได้ก่อนที่ความไม่สอดคล้องกันจะเกิดขึ้น (ไม่กี่สิบ) และความพยายามในการวิจัยและพัฒนาส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การเพิ่มความสอดคล้องกันดังกล่าว ครั้ง. อย่างไรก็ตามปัญหาบางอย่างสามารถแก้ไขได้ในอุปกรณ์ดังกล่าว คำถามคืออย่างไร?

ก่อนอื่นให้หาคอมพิวเตอร์ ในภาคส่วนการวิจัย นักวิทยาศาสตร์ได้ดำเนินขั้นตอนแรกในการใช้อุปกรณ์ควอนตัมเพื่อแก้ปัญหาทางเคมี วัสดุศาสตร์ ฟิสิกส์นิวเคลียร์ และฟิสิกส์ของอนุภาค ในกรณีส่วนใหญ่ ปัญหาเหล่านี้ได้รับการศึกษาโดยความร่วมมือระหว่างนักวิทยาศาสตร์และนักพัฒนา เจ้าของ 

และ/หรือผู้ควบคุมอุปกรณ์ อย่างไรก็ตาม การรวมกันของซอฟต์แวร์ที่เปิดเผยต่อสาธารณะ เพื่อตั้งโปรแกรมโปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์ควอนตัม ควบคู่ไปกับการปรับปรุงการเข้าถึงอุปกรณ์ต่างๆ เอง กำลังเริ่มเปิดช่องให้กับผู้มีส่วนได้ส่วนเสียในวงกว้างมากขึ้น ตัวอย่างเช่น บริษัท อนุญาตให้ผู้ใช้

ตัวอย่างเช่น 

เมื่อเร็วๆ นี้เราได้ใช้บริการคลาวด์เพื่อคำนวณพลังงานยึดเหนี่ยวของดิวเทอรอน ซึ่งเป็นสถานะที่จับกันของโปรตอนและนิวตรอนที่ก่อตัวเป็นใจกลางของอะตอมไฮโดรเจนหนัก อุปกรณ์ควอนตัมที่เราใช้ประกอบด้วยตัวนำยิ่งยวดหรือทรานส์มอนประมาณ 20 ตัว ความเที่ยงตรงของการดำเนินการ

ทางควอนตัมบน qubits เดียวมีมากกว่า 99% และความแม่นยำแบบ 2-qubit อยู่ที่ประมาณ 95% โดยทั่วไปแล้วแต่ละ qubit จะเชื่อมต่อกับเพื่อนบ้าน 3-5 คน คาดว่าข้อกำหนดเหล่านี้ (จำนวนของ qubits ความเที่ยงตรง และการเชื่อมต่อ) จะปรับปรุงตามเวลา แต่อนาคตอันใกล้ของการคำนวณควอนตัมสากล

น่าจะขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ที่คล้ายคลึงกัน เทคโนโลยีควอนตัมสเกล”  ดิวเทอรอนเป็นนิวเคลียสอะตอมที่ง่ายที่สุด และเป็นที่รู้จักกันดีในคุณสมบัติของมัน ทำให้เป็นกรณีทดสอบที่ดีสำหรับการคำนวณด้วยควอนตัม นอกจากนี้ เนื่องจากคิวบิตเป็นระบบกลไกเชิงควอนตัมสองสถานะ 

(เรียกกันง่ายๆ ว่าสถานะ “สปินขึ้น” และ “สปินดาวน์”) จึงมีการจับคู่ตามธรรมชาติระหว่างคิวบิตและเฟอร์มิออน นั่นคืออนุภาคที่มีสปินเป็นจำนวนเต็มครึ่งหนึ่ง ที่เป็นไปตามหลักการกีดกันของเพาลี เช่น โปรตอนและนิวตรอนที่ประกอบกันเป็นดิวเทอรอน ตามแนวคิด แต่ละคิวบิตแสดงถึงตำแหน่งวงโคจร 

(หรือตำแหน่งที่ไม่ต่อเนื่องกัน) ที่เฟอร์มิออนสามารถครอบครองได้ และการหมุนขึ้นและลงจะสอดคล้องกับตำแหน่งเฟอร์มิออนที่เป็นศูนย์หรือหนึ่งตำแหน่งที่ครอบครองออร์บิทัลนั้นตามลำดับ จากการทำแผนที่ ชิปควอนตัมสามารถจำลองเฟอร์มิออนได้มากเท่าที่มีคิวบิต คุณสมบัติที่เป็นประโยชน์

อีกประการของการคำนวณควอนตัมของพลังงานจับดิวเทอรอนคือการคำนวณนั้นสามารถทำให้ง่ายขึ้นได้ ความแปรปรวนของการแปลของปัญหาลดการคำนวณสถานะขอบเขตของโปรตอนและนิวตรอนให้เป็นปัญหาอนุภาคเดี่ยวที่ขึ้นอยู่กับระยะห่างสัมพัทธ์ระหว่างอนุภาคเท่านั้น นอกจากนี้ 

แฮมิลตันของดิวเทอรอนยังง่ายกว่าในขีดจำกัดของความยาวคลื่นที่ยาว เนื่องจากรายละเอียดของอันตรกิริยาที่รุนแรงที่ซับซ้อนระหว่างโปรตอนและนิวตรอนไม่ได้รับการแก้ไขที่พลังงานต่ำ การลดความซับซ้อนเหล่านี้ทำให้เราสามารถคำนวณควอนตัมโดยใช้เพียงสองและสามคิวบิต จากนั้นทำการคำนวณของคุณ เราเตรียมกลุ่มของสถานะควอนตัมที่ยุ่งเหยิงบนโปรเซสเซอร์ควอนตัม 

Credit : ฝากถอนไม่มีขั้นต่ำ / สล็อตแตกง่าย