Co je to kvantový počítač
Hlavní rozdíl mezi kvantovými počítači a tradičními, tranzistorovými,
V klasickém počítači lze uložit jeden bitpouze číslo: nula nebo jedna. Kvantová fyzika však umožňuje superpozici stavů. Kvantový bit může být v nule a jednom stavu současně - a to otevírá neuvěřitelné příležitosti pro ultrarychlé výpočty.
K tomu potřebuje tisíce supervýkonnýchprocesory. Výsledkem je, že výpočty, které výkonnému hernímu počítači zabere týden, superpočítač provede za den. Je však důležité, aby programy fungovaly správně, s přihlédnutím k technickým vlastnostem stroje. Jinak to, co funguje správně na 100 procesorech, výrazně zpomalí o 200.
Kvantové počítače ukládají a zpracovávají datapomocí kvantových bitů - qubitů. Ten druhý může nejen zapínat a vypínat, ale také být v přechodném stavu, nebo dokonce být zapínaný a vypínaný současně. Pokračování analogie s žárovkami: qubit je jako světlo, které jste vypnuli, ale stále bliká. Nebo Schrödingerova kočka, která je živá i mrtvá.
Vzhledem k tomu, že se světla v kvantovém počítači rozsvěcují a zhasínají současně, šetří to spoustu času. Proto řeší složité problémy mnohem rychleji než i velmi výkonné klasické zařízení.
V roce 2001 Isaac Chuang, vedoucíLaboratorní výzkumná skupina IBM, mimořádný profesor MIT a průkopník v oblasti kvantových počítačů, zkonstruovala kvantový počítač založený na jediné molekule. Výsledky, které byly publikovány v Nature, představovaly první experimentální implementaci Shorova algoritmu - kvantového faktorizačního algoritmu (faktorování čísla na prvočísla), který umožňuje faktorizovat číslo v čase.
Když máte příliš mnoho atomů, je to takvypadá jako velký les. Bylo velmi obtížné ovládat jeden atom předchozím. Úkolem je implementovat [algoritmus] v systému, který je dostatečně izolovaný: zároveň musí zůstat kvantově mechanický dostatečně dlouho, abyste mohli skutečně implementovat celý algoritmus.
Jméno Příjmení
Kvantové počítače vypadají jinak než běžné počítače. Jedná se o velké kovové válce se zkroucenými dráty, které jsou spouštěny do chladicích jednotek.
Mohou být použity pro různé úkoly,včetně výpočtů v chemii a fyzice nebo k vytváření nových materiálů. Další oblastí použití kvantového počítače je kryptografie a bezpečnostní otázky. Tyto problémy nejvíce pociťují finanční organizace a banky, což není překvapivé: v poslední době se objevily skandály týkající se úniků informací a hacků.
Schopnosti kvantového počítače to umožnízískejte přístup k jakýmkoli informacím, takže je čas přemýšlet o jejich ochraně pomocí příslušných technologií nebo o využití vylepšeného šifrování pomocí kvantového počítače.
Co znamená „kvantová nadřazenost“?
Kvantová excelence je schopnost řešit problém, který přesahuje možnosti nejmodernějších superpočítačů.
V posledních letech došlo k významnému pokrokudosažené při vývoji supravodivé platformy. Podstata kvantové nadřazenosti spočívá ve skutečnosti, že kvantový počítač rychle vyřeší problém, který klasickému superpočítači trvá nesmírně dlouho.
K prvnímu průlomu došlo na konci října 2019,když Google oznámil, že vyvinuli kvantový počítač Google Sycamore: podle jejich údajů se systém vyrovnal s úkolem za 200 sekund, který by vyžadoval asi 10 tisíc let práce klasických superpočítačů. To je to, čemu říkali termín „kvantová nadřazenost“.
Práce společnosti se však setkala s podílemskepticismus a konkurenti z IBM vypočítali, že použitý problém lze ve skutečnosti vyřešit za pár dní - dost pro výhodu, ale ne pro plnohodnotnou nadřazenost.
Další milník ve vývoji kvantových počítačůklesl na začátku prosince 2020. 4. prosince vyšlo najevo, že čínští vědci vytvořili prototyp kvantového počítače Jiuzhang, který si poradil se standardním testovacím algoritmem 10 miliardkrát rychlejším než Sycamore, prototyp kvantového počítače od Googlu o 53 kvbitech. Společnost uvedla, že její vývoj dosáhl také kvantové excelence.
Vědci testovali výpočetní schopnosti„Jiuzhang“ pomocí speciálního algoritmu GBS. Systém se s ním vyrovnal stokrát bilionkrát rychleji než dosud nejvýkonnější superpočítač. Vývojáři navíc uvedli, že výpočetní výkon jejich zařízení je 10 miliardkrát vyšší než u společnosti Sycamore.
V roce 2001 Chuang, průkopník v kvantové oblastivýpočet, zkonstruoval kvantový počítač založený na jediné molekule, která mohla být udržována v superpozici a manipulována nukleární magnetickou rezonancí k násobení 15. Výsledky publikované v Nature představovaly první experimentální implementaci Shorova algoritmu. Ale systém nebyl škálovatelný; jak bylo přidáno více atomů, bylo obtížnější ovládat systém.
Jak budou použity nové kvantové počítače?
Jedna z nejdůležitějších aplikací kvantapočítač nyní - rozklad na prvočísla. Faktem je, že veškerá moderní kryptografie je založena na skutečnosti, že nikdo nemůže rychle rozložit několik 30-40 číslic (nebo více) na hlavní faktory. Na typickém počítači to bude trvat miliardy let. Kvantový počítač to dokáže asi za 18 sekund.
Pokud předpokládáme skutečnost, že přítomnost kvantapočítač se po chvíli stane společenskou normou, a v takovém případě nebudou v celém kyberprostoru žádná tajemství, protože jakékoli šifrovací algoritmy lze okamžitě hacknout a získat přístup ke všemu. To platí pro všechno - od bankovních převodů až po zprávy v messengeru.
Kvantové počítače jsou také skvělé promodelování složitých situací, například výpočet fyzikálních vlastností nových prvků na molekulární úrovni. To snad umožní rychlejší hledání nových léků nebo řešení složitých úkolů náročných na zdroje.
Co jiného může dělat?
- Databáze a vyhledávání podle nich.
Práce s velkými daty bude neuvěřitelně rychlá.Shazam, směrování, neuronové sítě, umělá inteligence – to vše dostane neuvěřitelnou podporu. Bude také možné sestavit modely interakce komplexních proteinových sloučenin. Pro medicínu to bude velmi důležitý krok, který otevře možnosti pro vytváření budoucích léků, pochopí, jak nás různé viry ovlivňují a tak dále.
- Aplikace v kryptografii.
Vzhledem k obrovské rychlosti rozkladu na jednoduchémultiplikátory kvantový počítač umožní dešifrování zpráv šifrovaných široce používaným kryptografickým algoritmem RSA. Až dosud je tento algoritmus považován za relativně spolehlivý, protože efektivní způsob rozdělování čísel do hlavních faktorů pro klasický počítač není v současné době znám. Díky Shorovu kvantovému algoritmu je tento úkol zcela proveditelný, pokud je postaven kvantový počítač.
- Výzkum v oblasti umělé inteligence.
Kvantové počítače jsou teoreticky vhodnépro potřeby strojového učení. Manipulují s velkým množstvím dat v jednom průchodu a jsou schopni simulovat neuronovou síť s exponenciální velikostí. V roce 2013 společnost Google Corporation oznámila otevření laboratoře kvantového výzkumu v oblasti umělé inteligence. Společnost Volkswagen provádí výzkum v oblasti využití kvantových počítačů k vývoji automobilů s vlastním pohonem a nových typů baterií (pomocí kvantových počítačů od společností Google a D-Wave). V listopadu 2018 koncern oznámil vývoj systému řízení dopravy (s integrací bezpilotních vozidel do něj), který pracuje pomocí kvantových počítačů D-Wave.
- Molekulární modelování.
Předpokládá se, že pomocí kvantovéhopočítače umožní přesnou simulaci molekulárních interakcí a chemických reakcí. Chemické reakce jsou kvantové povahy. U klasických počítačů lze vypočítat pouze relativně jednoduché molekuly. Podle odborníků simulace na kvantových počítačích otevírá nové vyhlídky pro rozvoj chemického průmyslu, zejména při tvorbě drog
A co Rusko?
Rusko se aktivně podílí na kvantové raseToto napsala Příroda asi před rokem. Byl také přijat „plán rozvoje kvantové výpočetní techniky“. Pokud jde o současný stav, Rusko vytvořilo klíčové prvky pro všechny hlavní platformy kvantové výpočetní techniky.
Dalším krokem je jejich škálování ademonstrace řešení problémů s jejich pomocí. Je třeba poznamenat, že program je zaměřen nejen na hardware a procesory, ale také na software. Další průlom v kvantové výpočetní technice rozhodně vyžaduje originální nápady - tradičně silnou stránku ruských vědců.
Koncem listopadu 2020 se o něm vědělovytvoření konsorcia National Quantum Laboratory (NKL). Konsorcium, které zahrnovalo struktury Rosatomu, nadaci Skolkovo a univerzity, bude vyvážet kvantové technologie a rozvíjet infrastrukturu. Hlavním úkolem je ale vytvořit kvantový počítač.
V rámci „plánu“ „Kvantové výpočty“plánuje se na území Skolkova vybudovat centrum nanofabrikace o rozloze 2 tis. m, stejně jako pokročilý laboratorní komplex o rozloze více než 3,5 tisíce metrů čtverečních. m.
Mezi hlavní ukazatele uvedené v "silnicimapa “, kterých má být dosaženo, mimo jiné vytvořením NCL, - do konce roku 2024 musí členové konsorcia vytvořit výpočetní systémy na různých kvantových platformách s kapacitou 30 až 100 qubitů a registrovat 40 mezinárodních patentů ročně.
Přečtěte si také:
Ledovec Doomsday se ukázal být nebezpečnějším, než si vědci mysleli. Říkáme hlavní věc
Podívejte se na největší ledovec, který byl kdy vzat ze vzduchu
Čína poprvé testovala „umělé slunce“