Kā darbojas kvantu dators un kam tas paredzēts
Augsto tehnoloģiju jomā atkal ir noticis izrāviens, kas mainīs pasauli! Tehnoloģiju korporācija Microsoft ir izstrādājusi kvantu procesoru Majorana 1, kura izveide zinātniekiem prasīja 20 gadus. Tajā tiek izmantota matērija, kas atrodas topoloģiskā stāvoklī — tas ir kaut kas pilnīgi atšķirīgs no cietā, šķidrā vai gāzveida matērijas stāvokļa. Ar šīs mikroshēmas palīdzību cilvēce varēs izveidot superdatoru, kas spēs atrisināt uzdevumus, kas parastiem datoriem vajadzētu tūkstošiem gadu. Tas izklausās tiešām aizraujoši, bet nedaudz nesaprotami. Mēģināsim to visu izprast!
Kā darbojas kvantu dators
Īsi sakot, kvantu dators ir ierīce, kas datu apstrādei izmanto kvantu fizikas principus. Protams, šī ir ļoti sarežģīta tēma, taču es to paskaidrošu vienkārši.
Parastie datori, ko lietojam ikdienā, strādā ar bitiem, kas var būt vai nu 0, vai 1. Kvantu datori to vietā izmanto kubitus — unikālas daļiņas, kas papildus stāvokļiem 0 un 1 var vienlaikus atrasties abos šajos stāvokļos. Šo parādību sauc par superpozīciju, un tā padara kvantu datorus neiedomājami jaudīgus. Kamēr parastie datori uzdevumus veic pēc kārtas, kvantu sistēmas, pateicoties superpozīcijai, spēj apstrādāt daudzus uzdevumus vienlaikus.
Vēl vienkāršāk: iedomājieties, ka parasts dators ir cilvēks, kas meklē izeju labirintā, pārbaudot visus iespējamos ceļus pa vienam. Kvantu dators būtu cilvēks ar superspējām, kas pārbauda visus ceļus vienlaicīgi.
Kā darbojas kvantu dators un kam tas paredzēts
Kas ir kvantu procesors
Galvenais jebkura kvantu datora elements ir kvantu procesors. Tas krasi atšķiras no procesoriem mūsu parastajos datoros. Kvantu procesori ir izgatavoti no īpašiem materiāliem, kas palīdz kontrolēt kubitus — iepriekš minētās kvantu aprēķinu daļiņas. Atkarībā no ražotāja, kvantu procesori var būt balstīti uz:
- Supravadītājiem (niobijs un alumīnijs),
- Joniem (magnetiskos slazdos noturēti lādēti atomi),
- Silīcija (nedaudz atgādina parastos procesorus),
- Fotoniem (darbība balstās uz gaismas daļiņām),
- Vai pat diamantiem (ar defektiem kristālos, kuros glabājas informācija).
Kvantu procesora galvenais uzdevums ir radīt ideālus apstākļus, kuros kubiti var darboties bez traucējumiem. Piemēram, supravadītāju mikroshēmas tiek atdzesētas līdz temperatūrai tuvu absolūtajam nullei, bet jonu slazdus kontrolē ar lāzeriem.
Microsoft jaunais kvantu procesors Majorana 1
Microsoft jaunā kvantu mikroshēma
Kvantu datori pastāv jau sen — pirmais tika izveidots 1998. gadā. Mūsdienās pazīstamākie kvantu datori ir Google Sycamore, IBM Quantum System One un ķīniešu Jiuzhang. Taču tas, ko 2025. gadā prezentējis Microsoft, ir kaut kas revolucionārs. Inženieriem ir izdevies izveidot kvantu procesoru Majorana 1. Tas pārspēj citus nonkurentus ar to, ka izmanto topokonduktoru (topoconductor) — unikālu materiālu, kas rada visuzticamākos kubitus. Vienkārši sakot, kamēr citi kvantu datori izmanto supravadītājus un fotonus, Microsoft izstrādātais darbojas ar topokonduktoru.
Visām pašreizējām kvantu sistēmām ir liels trūkums — tās radītie kubiti ir jutīgi pret ārējiem traucējumiem, izraisot kļūdas aprēķinos. Microsoft mikroshēmā Majorana 1 šīs problēmas nav, jo topokonduktors rada īpašu kvantu stāvokli, kas aizsargā kubitus.
Visjaudīgākais kvantu dators
Nākotnē, izmantojot procesoru Majorana 1, Microsoft varēs izveidot visjaudīgāko kvantu datoru. Microsoft pārstāvji apgalvo, ka Majorana 1, kas ir plaukstas lielumā, varēs ievietot miljonu kubitu. Tāds superdators spēs atrisināt uzdevumus ar ātrumu, ko pat nevaram iedomāties. Problēmas, kuru risināšana pašreizējiem kvantu datoriem prasītu tūkstošiem gadu, Microsoft superdators atrisinās desmit gadu vai simtiem reižu ātrāk.
Kad tieši šāds dators tiks izveidots, vēl nav zināms. Taču uzņēmums norāda, ka nebūs jāgaida desmitiem gadu — lielās pārmaiņas pasaulē varētu notikt jau pēc dažiem gadiem. Grūti pat iedomāties, kādas problēmas ar šādu datoru varētu atrisināt: izstrādāt zāles bīstamām vai grūti ārstējamām slimībām, atrast dzīvību uz citām planētām vai atklāt citus revolucionārus atklājumus.
Svarīgi atzīmēt: kvantu datori nepārtrauks parasto datoru lietošanu. Tie ir piemēroti sarežģītiem aprēķiniem, taču ikdienas uzdevumiem labāk derēs klasiskie datori.
Avots: Microsoft
