Kvantové Počítače Vysvetlené - Limity Ľudskej Technológie

Kde sú limity ľudskej technológie? A môžeme sa im nejako vyhnúť? Práve tu začínajú byť kvantové počítače veľmi zaujímavé.

Pozrite si PROJEKT NOVA a naučte sa viac o temnej energii: www.nova.org.au

Podporte nás na Patreon-e, aby sme mohli produkovať viac:
https://www.patreon.com/Kurzgesagt?ty=h

Hudbu z videa si môžete stiahnuť tu:

https://soundcloud.com/epicmountain/quantum-computers

https://epicmountainmusic.bandcamp.com/track/quantum-computers

http://epic-mountain.com

Alebo nás sledujte na sociálnych médiách alebo reddit-e:

http://kurzgesagt.org
https://www.reddit.com/r/kurzgesagt
https://www.facebook.com/Kurzgesagt
https://twitter.com/Kurz_Gesagt

ĎAKUJEME NAŠIM MILÝM PATRÓNOM ZA PODPORU!

Kvantové Počítače Vysvetlené - Limity Ľudskej Technológie

Väčšinu našej histórie,
ľudská technológia pozostávala

z našich mozgov, ohňa a ostrých nástrojov.

Kým sa z ohňa a ostrý nástrojov
stali elektrárne a jadrové zbrane,

najväčší pokrok zaznamenali
naše mozgy.

Od 60tich rokov, sila našich mozgových
počítačov rastie exponenciálne,

čím umožňuje počítačom byť zároveň
menšími a výkonnejšími naraz.

Ale tento proces sa chystá
naraziť na fyzikálne limity.

Počítačové súčiastky začínajú
dosahovať veľkosť atómu.

Na to, aby sme pochopili prečo je to problém
je nutné si ujasniť nejaké základy.

Počítač je vytvorený z veľmi jednoduchých
komponentov vykonávajúcich veľmi jendouché veci,

reprezentovaním dát, spôsobmi ich spracovania
a kontrolným mechanizmom.

Počítačové čipy obsahujú moduly,

ktoré obsahujú logické brány,
ktoré obsahujú tranzistory.

Tranzistor je najjednoduchšia forma
spracovania dát v počítači,

jednoducho, preínač, ktorý vie buď
otvoriť alebo zablokovať

cestu prechádzajúcim informáciám.

Táto informácia je tvorení bitmi,
ktoré môžu byť nastavené na 0 alebo 1.

Kombinácie viacerých bitov sa používajú
na reprezentáciu zložitejších informácií.

Tranzistori sa kombinujú, aby vytvárali
logické brány, ktoré stále robia veľmi jednduché veci.

Napríklad AND brána posiela na výstup 1,
ak sú VŠETKY jeho vstupy 1

inak na výstup pošle 0.

Nakoniec kombinácie logických brán
tvoria významné moduly,

napríklad spočítavanie dvoch čísel.

Keď už vieme spočítavať, tak vieme aj násobiť,
a ak vieme násobiť,

tak môžeme robiť v podstate hocičo.

Keďže všetky základné operácie sú doslova
jednoduchšie ako prvácka matematika,

môžeme si predstaviť počítač
ako skupinu sedem-ročných detí

odpovedajúcich na základné matematické operácie.

Dosť veľká skupina takýchto detí môže
vypočítať čokoľvek od astrofyziky až po Zeusa.

Avšak, s časťami menšími
a menšími,

kvantová fyzika robí veci zložitejše.

V skratke, tranzistor
je len elektrický prepínač.

Elektrika sú pohybujúce sa elektróny
z jedného miesta na druhé,

takže prepínač je priechod, ktorý môže blokovať
elektróny pohybujúce sa jedným smerom.

Dnes je typická veľkosť
tranzistoru 14nm,

čo je približne 8x menej
ako priemer vírusu HIV

a 500x menej
ako červená krvinka.

Ako sa tranzistory zmenšujú
až na veľkosť len pár atómov,

elektróny sa môžu preniesť
na druhú stranu blokovaného priechodu

pomocou procesu zvaného
kvantové tunelovanie.

V kvantovej ríši, fyzika
pracuje trochu inak

predvídateľne ako sme zvyknutý

a tradičné počítače
prestanú dávať zmysel.

Blížime k reálnej fyzickej
bariére pre náš technologický vývoj.

Aby sme vyriešili tento problém,
vedci sa pokúšajú

použiť nezvyčajné kvantové vlastnosti
v náš prospech

tým, že vyrábajú kvantové počítače.

V bežných počítačoch, sú najmenšou
jednotkou informácie bity.

Kvantové počítače používajú kubity [qubits], ktoré
taktiež môžu nadobudnúť jednu z dvoch hodnôt.

Kubit môže byť jeden
z dvoj-úrovňového kvantového systému,

ako je rotácia [spin] v magnetickom poli
alebo samotný fotón.

0 a 1 sú možné
stavy tohoto systému,

ako horizontálna
alebo vertikálna polarizácia fotónu.

V kvantovom svete sa kubit nemusí
nechádzať v jednom z dvoch stavov.

Môže byť v ľubovoľných pomeroch
v oboch stavoch naraz.

To sa nazýva superpozícia.

Ale hneď ako budete testovať jeho hodnotu,
napríklad pošlete fotón cez filter,

musí sa rozhodnúť byť polarizovaný buď
vertikálne alebo horizontálne.

Takže, pokým je nepozorovaný, kubit
je v superpozícii pravdepodobností

pre 0 alebo 1, a nevieme
predpovedať ktorý to bude.

Ale v okamihu ako ho odmeriame,
spadne do jedného z určitých stavov.

Superpozícia mení hru.

4 klasické bity môžu byť
v jednej z dvoch na štvrtú

rôznych kombinácii v jednom čase.

Spolu to je 16 možných kombinácií,
z ktorých môžeme použiť len jednu.

Avšak, 4 kubity v superpozícii

môžu byť v každej z tých
16 kombinácií naraz.

Toto číslo rastie exponenciálne
s každým ďalším kubitom.

20 kubitov môže naraz
ukladať paralelne až milión hodnôt.

Naozaj zvláštna a nezvyčajná vlastnosť,
ktorú môžu mať kubity

je PREPLETENIE, úzke spojenie,
ktoré spôsobuje, že každý z kubitov

reaguje na zmenu stavu
ďalšieho kubitu okamžite,

nezávisle na ich vzájomnej vzdialenosti.

To znamená, že meraním len
jedného prepleteného kubitu,

môžeme priamo odvodiť vlastnosti jeho
partnera bez toho aby sme ho museli zmerať.

Manipulácia kubitmi je ďalší hlavolam.

Bežná logická brána dostane
jednoduchú množinu vstupov

a vyprodukuje konečný výstup.

Kvantová brána manipuluje so vstupom
superpozícií

zrotuje možnosti a vyprodukuje
ďalšiu superpozíciu na výstupe.

Takže kvantový počítač nastaví nejaké kubity,
aplikuje kvantové brány aby ich preplietla,

zmanipuluje možnosti a nakoniec
odmeria výstup,

rútiac superpozície do aktuálnej
postupnosti núl a jednotiek.

Čo to znamená je, že
dostaneme celú postupnosť výpočtov,

ktoré sú možné s daným nastavením,
všetky získané v tom istom čase.

Nakoniec, môžeme odmerať
len jeden z výsledkov,

a len ten bude pravdepodobne
ten, ktorý chceme,

takže ho budeme musieť
skontrlovať dva-krát a skúsiť znova.

Ale rozumným využívaním
superpozícií a prepojení

to môže byť exponenciálne efektívnejšie

než ako by to bolo možné
na klasickom počítači.

Takže, pokiaľ kvantové počítače pravdepodobne
nenahradia naše domáce počítače,

v niektorých oblastiah sú oveľa ľepšie.

Jedna z oblastí je vyhľadávanie v databázach.

Vyhľadať niečo v databáze,

znamená pre bežný počítač
otestovať každý jeden záznam.

Kvantové algoritmy potrebujú
len odmocninu z toho času,

čo pre veľké databázy znamená
obrovský rozdiel.

Najpopulárnejším využitím kvantových počítačov
je ruinovanie IT bezpečnosti.

Práve teraz, vaš prehľadávanie,
emaily a bankové dáta

sú zabezpečené šifrovaným systémom,
v ktorom dáte každému

verejný kľúč na zakódovanie
správy, ktorú viete dekódovať len vy.

Problém je, že tento
verejný kľúč môže byť použitý

na vypočítanie vašeho súkromného kľúča.

Naštastie, vykonávanie nevyhnutnej
matematiky na bežnom počítači

by trvalo doslova roky
pokusov a omylov.

Ale kvantový počítač
s exponenciálnym zrýchlením

by to zvládol za cvhílku.

Ďalším naozaj vzrušujúcim
využitím sú simulácie.

Simulácie kvantového sveta
sú veľmi náročné na zdroje,

a dokonca pri väčších štruktúrach,
ako napríklad molekulách

často chýba presnosť.

Takže prečo nezačať simulovať kvantovú fyziku
s naozajstnou kvantovou fyzikou?

Kvantové simulácie môžu poskytnúť
nové pohľady na proteíny,

ktoré môžu priniesť revolúciu v medicíne.

Momentálne však netušíme
či kvantové počítače budú

len veľmi špeciálny nástroj
alebo veľká revolúcia pre ľudstvo.

Nemáme potuchy kde
sa nachádzajú limity technológie

a je len jeden spôsob ako to zistiť!

Toto video je podporované
Austrálskou Akadémiou Vied,

ktorá propaguje a podporuje
napredovanie vo vede.

Naučte sa viac o danej téme
a podobných na

www.nova.org.au

Bolo skvelé pracovať s nimi,
takže skočte pozrieť na ich stránku!

Naše videá sú taktiež tvorené
vašou podporou na Patreon.com.

Ak máte chuť nás podporiť a stať sa
súčasťou Kurzgesagt armády,

skočte pozrieť na našu stánku Patreon!