KVANT Kompüteri Nədir?

Necə işləyir? Niyə bu qədər güclüdür və ilk növbədə ən çox harada istifadədə faydalıdır?

Kvant kompüterləri emal gücünün artırılması üçün kvant fərziyyələrindən istifadə edir. Kvant maşınlarının bu günün və gələcəyin superkompüterlərin sahib olduqları funksionallıqlardan daha üstün olacağı vəd edilir.

Bu hal ənənəvi kompüterlərin istifadəsinin tamamilə yox olacağını göstərmir, yenə də əksər problemlərin həlli üçün ən asan və iqtisadi cəhətdən uyğun olaraq istifadə olunacaqdır.

Lakin, kvant kompüterləri materialşünaslıqdan əczaçılıq tədqiqatlarına qədər müxtəlif sahələrdə maraqlı və faydalı innovasiyaların olacağını vəd edir. Şirkətlər artıq elektrikli avtomobillər üçün daha az çəkili və daha güclü batareyaların yaradılmasında, yeni dərman növləri və istehsalı üçün təcrübələr aparılmasında kvant cihazlarından istifadə edirlər.

Kvant kompüterinin sirri, kvant bitlərini və ya kubitlərini yaratmaq, idarə etmək bacarığındadır.

Bəs  Kubit Nədir?

Bu günün kompüterləri elektrik və ya optik impulsların axınında bitlərdən: 1-lər və 0-lardan istifadə edirlər. Facebook paylaşımlarınızdan və iTunes müsiqilərinizdən, elektron poçtlarınıza qədər hər birində ikili rəqəmlərin axınlarından istifadə olunur.

Kvant kompüterləri, əksinə, elektron və ya foton kimi subatomik hissəciklər olan kubitlərdən istifadə edirlər. Kubitlərin yaradılması və idarə edilməsi elmi və mühəndislik məsələsidir. IBM, Google və Rigetti Computing kimi bəzi şirkətlər dərin fəzadan daha aşağı temperatura qədər soyudulan superkeçirici sxemlərdən istifadə edirlər. Amma, IonQ şirkəti ultra yüksək vakuum kameralarda silikon çipində elektromaqnit sahələrində fərdi atomları istifadə edirlər. Kubitlər bir neçə kvant xüsusiyyətlərinə malikdir ki, bu da onların bir qrupunun eyni sayda ikili bitdən daha çox işləmə gücünü təmin edə biləcəyini göstərir. Bu xüsusiyyətlərdən biri superpozisiya digəri isə kvant dolanıqlığı adlanır.

Superpozisiya nədir?

Kubit eyni zamanda bir çox mümkün 1 və 0 birləşmələrini təmsil edə bilir. Həmçinin, bir neçə vəziyyətdə olmaq xüsusiyyəti superpozisiya adlanır. Tədqiqatçılar kubitləri superpozisiyaya yerləşdirmək üçün çox dəqiqliklə lazer və ya mikrodalğalı şüaların köməyi ilə onları manipulyasiya edirlər.

Əks təsir fenomeni sayəsində super vəziyyətdə olan bir neçə kubitə sahib kvant kompüteri eyni vaxtda çox sayda potensial nəticə göstərə bilər. Hesablamaların son nəticəsi yalnız kubitlərin ölçülməsindən sonra görünür ki, bu da 1 və 0-a qədər onların "dağılmasından" kvant vəziyyətinə gətirib çıxarır.

 

 

Kvant Dolanıqlığı nədir?

Tədqiqatçılar bir cüt kubitin iki nümayəndəsinin bir kvant vəziyyətində mövcudluğunu həyata keçirərək "dolanıq" olan kubit cütlərininin yaradılmasına nail olurlar. Bu halda kubitlərdən birinin vəziyyətinin dəyişdirilməsi dərhal digərinin vəziyyətini proqnozlaşdıra biləcək şəkildə dəyişəcək.

Heç kim dolanıqlığın necə və niyə işlədiyini tamamilə müəyyən edə bilmir. Bu hətta Eynşteyn üçün qaranlıq məqam olaraq qalmış və onu "uzaqdakı dəhşətli fəaliyyət" adlandırmışdır. Amma, bu kvant kompüterlərinin gücünün əsas açarıdır. Adi kompüterlərdə bitlərin sayının ikiqat artırılması onun hesablama gücünü də iki dəfə artırır. Lakin, dolanıqlıq vəziyyətində əlavə olaraq artırılan kubitlər kvant maşınlarının iş qabiliyyətini eksponensial şəkildə artırır. Kvant kompüterlər prosesin daha sürətli icra edilməsi üçün qurğuların xüsusi olaraq tərtib edilmiş kvant alqoritmləri ilə zəncirvari icrasını həyata keçirir. 

Bu kvant kompüterlərin müsbət cəhətidir. Lakin, dekoherens (decoherence- kvant birləşmələri arasında uyğunsuzluğun pozulması prosesidir.) səbəbilə ənənəvi kompüterlərdən daha çox xətaya meyilli olması mənfi cəhət hesab olunur.

 

 

Dekoherens nədir?

Kubitlərin ətraf mühitlə qarşılıqlı əlaqəsi nəticə olaraq kubitlərin yox olmasına gətirib çıxardır və bu "dekoherensiya"adlanır. Onların kvant vəziyyəti çox kövrək olaraq bilinir və kiçik bir titrəmə, qarışıqlıq və ya temperaturun dəyişməsi işlərin   pozulması və onların mövqedən düşməsinə səbəb ola bilir. Buna görə də, tədqiqatçılar kubitlərin xarici təsirlərdən tam təhlükəsiz qorunması üçün bütün mümkün vasitələri istifadə edirlər.

Lakin, bütün səylərə baxamayaraq qarışıqlıqlar səhvlərin yenidən hesablanmasına gətirib çıxardır. Ağıllı kvant alqoritmləri bunların bəzilərini kompensasiya edə bilər və ya daha çox kubiti istifadə etməklə də problemi nisbətən aradan qaldırmaq olar. Məntiqi kubit olaraq bilinən yüksək etibarlı kubit yaratmaq üçün minlərlə standart kubitlərdən istifadə etmək tələb olunur, lakin bu da kvant kompüterlərin yüksək hesablama performansını azaldacaqdır.

Digər bir məsələ isə, tədqiqatçıların bu vaxta qədər 128-dən çox standart kubit yarada bilməməsidir. Beləliklə, kvant kompüterlərinin geniş şəkildə istifadəyə çıxarılması hələ ki, qarşıda çox illər alacaqdır.

Lakin, bu öncü mütəxəssilərin ilk olaraq "kavntın üstünlüyünü" nümayiş etdirmək ümidlərini boşa çıxartmadı.

 

 

Kvantın üstünlüyü nədir?

Kvant kompüterlər ən güclü superkompüterlər üçün əlçatmaz olan riyazi hesablamaları həyata keçirir.

Tədqiqatçılar klassik hesablama maşınların məhsuldarlığını artırmaq üçün yeni alqoritmlər yaratmağa və həmçinin, superkompüterlərin texniki avadanlıqlarını təkmilləşdirməyə davam edirlər. Çünki, qarşıya qoyulmuş məqsədə nail olmaq üçün nə qədər kubit lazım olacağı hələ də aydın deyil. Lakin müəyyən tədqiqatçı qrupları və şirkətlər dünyanın ən güclü superkompüterlərindən bəzilərinə qarşı testlər apararaq planlaşdırılan nəticənin alınması üçün çalışırlar.

Tədqiqat dünyasında bu mərhələlərin nə qədər əhəmiyyətli olacağına dair bir çox mübahisələr var. Mükəmməlliyin elan edilməsini gözləmək əvəzinə, şirkətlər artıq IBM, Rigetti və D-Wave kimi şirkətlər tərəfindən hazırlanmış kvant kompüterləri ilə sınaqlar keçirməyə başlayırlar. Bəzi şirkətlər kvant kompüterlərini alırlar, digərləri isə bulud hesablama xidmətləri vasitəsilə yerinə yetirilə bilənləri istifadə edirlər.

Kvant kompüterləri ilk növbədə harada ən faydalı ola bilər?

Molekulyar səviyyədə maddənin xüsusiyyətinin modelləşdirilməsi üçün kvant kompüterləri ən perspektivli tətbiqlərindən biridir. Volkswagen və Daimler kimi avtomobil istehsalçıları, performanslarını yaxşılaşdırmağın yeni yollarını tapmaq üçün və elektrikli batareyalarının kimyəvi tərkibini simulyasiya etmək üçün kvant kompüterlərindən istifadə edirlər. Bundan başqa əczaçı şirkətlər, yeni dərmanların yaranmasına səbəb ola biləcək birləşmələri analiz və müqayisə etmək üçün kvant kompüterlərindən istifadə edirlər.

Volkswagen həmçinin tıxacları minimuma endirmək məqsədi ilə şəhərlərdə avtobus və taksi üçün optimal marşrutlar nəzərdə tutan xidməti təqdim edib. Bəzi tədqiqatçılar da maşınların süni intellektini sürətləndirmək üçün kvant kompüterlərindən istifadə edilə biləcəyinə inanırlar.

Kvant kompüterlərinin bütün bu potensiallara çatması üçün bir neçə il də lazımdır. Universitetlər və onların üzərində işləyən müəssisələr bu sahədə təcrübəli tədqiqatçıların çatışmazlığı və bəzi əsas komponentlərin tədarükçülərinin çatışmazlığı ilə üzləşirlər. Lakin bu ekzotik yeni hesablama maşınları vədlərini yerinə yetirsələr, bütün sənaye sahələrini dəyişə və qlobal yenilikləri təşviq edə bilərlər.