Како квантно рачунање може променити свет

Квантна физика је већ значајно утицала на наш живот. Изуми ласера ​​и транзистора заправо су последица квантне теорије - а пошто су обе ове компоненте основни градивни елемент сваког електронског уређаја данас, оно чему сведочите је у основи, „квантна механика у поступак".

Рекавши то, квантна индустрија је сада спремна да изврши револуцију у рачунарском свету пошто се улажу значајни напори да се искористи права снага из квантног царства. Квантно рачунање могло би да нађе примену у различитим секторима као што су безбедност, здравство, енергетика, па чак и индустрија забаве.

Куантум вс. Класични рачунари

Историја квантне теорије датира више од једног века. Међутим, тренутна квантна буза је резултат недавних налаза истраживања која сугеришу, несигурност, ан својствено својству квантних честица, може послужити као моћно оружје за остваривање кванта потенцијал.

Као што теорија наводи, наизглед је немогуће знати свако својство појединачних квантних честица (тј. Електрона или фотона). Размотрите пример класичног ГПС-а, где може прецизно да предвиди брзину, локацију и смер вашег кретања док стигнете до жељеног одредишта.

Међутим, квантни ГПС не може прецизно одредити сва горе наведена својства квантне честице, јер вам закони квантне физике то не дозвољавају. Ово рађа пробабилистички језик у квантном свету, а не класични језик извесности.

У овом случају, пробабилистички језик подразумева додељивање вероватноћа различитим својствима кванта честице попут брзине, положаја и смера кретања са којима је наизглед тешко извести сигурност. Ова вероватноћа квантних честица отвара могућност која омогућава да се све и свашта догоди у било ком тренутку времена.

У светлу рачунања, бинарни 0 и 1 представљени као кубити (квантни битови) поседују својство да у сваком тренутку буду 1 или 0.

Горњи приказ оставља горак укус у устима, јер су у класичним машинама 0 и 1 повезане са прекидачима и круговима који се укључују и искључују у различитим тренуцима. Дакле, непознавање њиховог тачног стања (тј. Укључено или искључено) не би изгледало разумно у рачунарском контексту.

У стварном смислу, то може проузроковати рачунске грешке. Међутим, обрада информација у квантном свету ослања се на концепт квантне несигурности - при чему „суперпозиција“ од 0 и 1 није грешка, већ карактеристика. Омогућава бржу обраду података и олакшава бржу комуникацију.

Опширније: Како раде оптички квантни рачунари

На врхунцу квантног рачунарства

Последица вероватносног својства квантне теорије је да је тачно копирање квантних информација наизглед немогуће. Са сигурносне тачке гледишта, ово је значајно јер сајбер криминалци који намеравају да копирају квантне кључеве за шифровање и слање порука на крају неће успети, чак и ако добију приступ квантним рачунарима.

Овде је важно нагласити да таква врхунска енкрипција (тј. Софистицирани метод за претварање тајних података или кључева у код који спречава неовлашћени приступ) резултат је закона физике, а не математичких скриптираних алгоритама који се данас користе. Математичка енкрипција се може разбити уз помоћ моћних рачунара, међутим, пуцање квантне енкрипције захтева преправљање основних закона физике.

Како се квантна енкрипција разликује од тренутних техника шифровања, слично томе, квантни рачунари се разликују од класичних на веома фундаменталном нивоу. Размотрите аналогију аутомобила и воловских кола. Овде се аутомобил покорава одређеним законима физике који вас брзо доводе до жељеног одредишта у поређењу са колегама. Иста филозофија важи за квантни рачунар и класични рачунар.

Квантни рачунар користи пробабилистичку природу квантне физике за обављање прорачуна и обраду података на јединствен начин. Рачунске задатке може обављати много бржим темпом, а такође ускочити у традиционално немогуће концепте попут квантне телепортације. Овај облик преноса података могао би да отвори пут за интернет будућности, тј. Квантни интернет.

За шта би се данас могао користити квантни рачунар?

Квантни рачунари могу бити корисни за истраживачке и развојне организације, државне органе и академике институције јер би могле да помогну у решавању сложених проблема за које тренутни рачунари представљају изазов бавити.

Једна значајна примена могла би бити у развоју лекова, при чему би могла неприметно симулирати и анализирати хемикалије и молекуле како молекули функционишу на истим законима квантне физике као и квант рачунари. Даље, ефикасна симулација квантне хемије могла би бити могућа јер најбржи суперрачунари данас не успевају да постигну циљ.

Такође, квантни рачунари могу да реше сложене проблеме оптимизације и помогну у брзом претраживању неразврстаних података. У том погледу постоје бројне примене, од сортирања наизглед динамичних климатских, здравствених или финансијских података, до оптимизације логистике или протока промета.

Квантни рачунари такође добро препознају обрасце у подацима као што су проблеми са машинским учењем. Поред тога, квантни рачунари би могли играти пресудну улогу у развоју модела за предвиђање будућности, попут прогнозе времена.

Опрема за квантну будућност

Како трка за квантном будућношћу заузима средишње место, инвеститори и владина тела доносе милијарде долара квантног истраживања и развоја. Глобална комуникациона мрежа која користи сателитску дистрибуцију квантног кључа већ је имплементирана, постављајући пут за даљи развој.

Компаније попут Гоогле-а, Амазон-а, Мицрософт-а, ИБМ-а и других улажу велика улагања у развој квантних рачунарских ресурса, тј. Хардвера и софтвера.

Према Цосмос, тим истраживача у Кини направио је квантни рачунар који је комплетирао сложени прорачун у нешто више од 60 минута, што би класичном рачунару требало најмање 8 година или више комплетан.

То је врхунац развоја квантног рачунања који се догодио у последње две године. Верује се да је научна заједница коначно постигла неухватљиву „квантну предност“ - тамо где је квантно рачунање у позицији да реши најсофистициранији проблем за који би класичном рачунарству могло дословно проћи непрактично време.

Квантну прекретницу Гоогле је први пут постигао 2019. године где су користили кубите који су користили струју за вршење прорачуна. Касније 2020. године, кинески тим је користио фотонске кубите да би убрзао процес. Сада је 2021. године други кинески тим (предвођен Јиан-Веи Пан-ом са Универзитета за науку и технологију Кине у Шангају) поново надмашио Гоогле.

У истраживачки рад објављен на серверу за штампу пре штампе АрКсив, истраживачки тим који је дао свој допринос открио је своја открића за квантну предност где су користили суперпроводљиве кубите на квантном процесору названом Зуцхонгзхи који се састоји од 66 кубита. Тим је показао да је Зуцхонгзхи био у стању да манипулише 56 кубита да би се бавио рачунарским проблемом који је имао за циљ тестирање снаге рачунара.

Прихватање неизвесности

Брзи развој у свету квантних технологија у последњих пет година био је прилично узбудљив. Према Тхе Куантум Даили, очекује се да ће квантна индустрија проценити више милијарди долара до краја 2030. године. Иако постоје разни практични изазови које треба превладати пре овако великог размештања, ипак будућност изгледа светла.

Срећом, квантна теорија баца светло на светлију страну „непредвидљивости“. Како теорија каже, два кубита могу се закључати један са другим са вероватноћом да сваки кубит остане неодређено појединачно, али је синхронизовано са другим када се на њега гледа као на јединицу - што подразумева да и једно и друго јесте 0 или 1.

Ова индивидуална непредвидивост и комбинована сигурност називају се „заплетеност“ - згодан алат за већину алгоритама квантног рачунања данас. Стога, опрезним поступањем са неизвесношћу, организације могу да уђу у форму да прихвате квантну будућност.

Наноцомпутинг: Могу ли рачунари заиста бити микроскопски?

Рачунари се смањују, али да ли ће икада бити толико мали да су невидљиви голим оком?

Прочитајте следеће

О аутору

Проширите да бисте прочитали целу причу