Hvad er en kvantecomputer
Den største forskel mellem kvantecomputere og traditionelle transistor-,
I en klassisk computer kan en bit gemmeskun et tal: nul eller et. Kvantefysik tillader imidlertid en overlejring af tilstande. En kvantebit kan være i nul, og en tilstand på samme tid - og dette åbner utrolige muligheder for ultrahurtig computing.
Til dette har han brug for tusinder af super-magtfuldeprocessorer. Som et resultat udfører supercomputeren beregningerne, som ville tage en kraftig spilcomputer om ugen, på en dag. Det er dog vigtigt, at programmerne fungerer korrekt under hensyntagen til maskinens tekniske egenskaber. Ellers vil det, der fungerer korrekt på 100 processorer, bremse meget med 200.
Kvantecomputere gemmer og behandler dataved hjælp af kvantebits - qubits. Sidstnævnte kan ikke kun tænde og slukke, men også være i forbigående tilstand eller endda tænde og slukke på samme tid. Fortsættelse af analogien med pærer: en qubit er som et lys, du slukkede, men det blinker stadig. Eller Schrödingers kat, som både er levende og død.
Da lysene i en kvantecomputer er tændt og slukket på samme tid, sparer det meget tid. Derfor løser det komplekse problemer meget hurtigere end selv en meget kraftfuld klassisk enhed.
I 2001, Isaac Chuang, lederIBM lab forskergruppe, en MIT adjungeret professor og en pioner inden for kvantecomputere, har konstrueret en kvantecomputer baseret på et enkelt molekyle. Resultaterne, som blev offentliggjort i Nature, repræsenterede den første eksperimentelle implementering af Shor's algoritme - en kvantefaktoriseringsalgoritme (der indregner et tal i primfaktorer), der gør det muligt at faktorisere et tal i tid.
Når du har for mange atomer er detligner en stor skov. Det var meget svært at kontrollere et atom med det forrige. Udfordringen er at implementere [algoritmen] i et system, der er tilstrækkeligt isoleret: Samtidig skal det forblive kvantemekanisk længe nok til, at du rent faktisk kan implementere hele algoritmen.
Fornavn efternavn
Kvantecomputere ser anderledes ud end almindelige computere. Disse er store metalcylindre med snoede ledninger, der sænkes ned i køleenheder.
De kan bruges til forskellige opgaver,herunder beregninger i kemi og fysik eller at skabe nye materialer. Et andet anvendelsesområde for en kvantecomputer er kryptografi og sikkerhedsproblemer. Disse problemer mærkes mest akut af finansielle organisationer og banker, hvilket ikke er overraskende: for nylig har der været skandaler om lækager og hacks.
En kvantecomputers kapacitet tillader detfå adgang til alle oplysninger, så det er tid til at overveje at beskytte dem ved hjælp af relevante teknologier eller bruge en kvantecomputer til at skabe forbedret kryptering.
Hvad betyder "kvanteoverlegenhed"?
Kvant overherredømme er evnen til at løse et problem, der ligger uden for de mest moderne supercomputere.
I de senere år er der gjort betydelige fremskridtopnået i udviklingen af en superledende platform. Essensen af kvanteoverlegenhed ligger i, at en kvantecomputer hurtigt løser et problem, som en klassisk supercomputer tager enorm tid på.
Det første gennembrud skete i slutningen af oktober 2019,da Google meddelte, at de havde udviklet kvantecomputeren Google Sycamore: ifølge deres data klarte systemet en opgave på 200 sekunder, der ville kræve omkring 10 tusind års arbejde med klassiske supercomputere. Dette er, hvad de kaldte udtrykket "kvanteoverlegenhed".
Imidlertid blev virksomhedens arbejde mødt med en andelskepsis, og konkurrenter fra IBM beregnede, at det anvendte problem faktisk kan løses om et par dage - nok til en fordel, men ikke til en fuldgyldig overlegenhed.
Den næste milepæl i udviklingen af kvantecomputerefaldt i begyndelsen af december 2020. Den 4. december blev det kendt, at kinesiske forskere har oprettet en prototype af en kvantecomputer "Jiuzhang", som klarede standardverifikationsalgoritmen 10 milliarder gange hurtigere end Sycamore, en 53-qubit prototype af en kvantecomputer fra Google. Virksomheden sagde, at dets udvikling også har nået kvanteekspertise.
Forskere har testet beregningsevne"Jiuzhang" ved hjælp af den specielle GBS-algoritme. Systemet klarede det 100 billioner gange hurtigere end den mest kraftfulde supercomputer, der findes. Derudover sagde udviklerne, at deres enheds computerkraft er 10 milliarder gange større end Sycamore.
I 2001 Chuang, en pioner inden for kvanteberegning, designet en kvantecomputer baseret på et enkelt molekyle, der kunne holdes i superposition og manipuleres af kernemagnetisk resonans for at multiplicere tallet 15. Resultaterne, der blev offentliggjort i Nature, repræsenterede den første eksperimentelle implementering af Shors algoritme. Men systemet var ikke skalerbart; som flere atomer blev tilføjet, blev det sværere at kontrollere systemet.
Hvordan vil de nye kvantecomputere blive brugt?
En af de vigtigste anvendelser af kvantecomputer nu - nedbrydning i primtal. Faktum er, at al moderne kryptografi er baseret på det faktum, at ingen hurtigt kan nedbryde et antal på 30-40 cifre (eller mere) til primære faktorer. På en typisk computer vil det tage milliarder af år. En kvantecomputer kan gøre dette på cirka 18 sekunder.
Hvis vi antager det faktum, at tilstedeværelsen af et kvantecomputer efter et stykke tid bliver en social norm, i hvilket tilfælde der ikke er nogen hemmeligheder i hele cyberspace, da enhver krypteringsalgoritme straks kan hackes og få adgang til noget. Dette gælder for alt - fra bankoverførsler til meddelelser i messenger.
Kvantecomputere er også gode tilmodellering af komplekse situationer, for eksempel beregning af de fysiske egenskaber af nye grundstoffer på molekylært niveau. Dette muligvis muliggør hurtigere at finde nye lægemidler eller løse komplekse ressourceintensive opgaver.
Hvad kan han ellers gøre?
- Databaser og søg efter dem.
Arbejdet med Big Data bliver utrolig hurtigt.Shazam, routing, neurale netværk, kunstig intelligens - alt dette vil få et utroligt boost. Det vil også være muligt at bygge modeller for interaktionen af komplekse proteinforbindelser. Dette vil være et meget vigtigt skridt for medicin, åbne muligheder for at skabe fremtidige lægemidler, forstå, hvordan forskellige vira påvirker os, og så videre.
- Anvendelser til kryptografi.
På grund af den enorme nedbrydningshastighed til enkelmultiplikatorer vil en kvantecomputer tillade dekryptering af meddelelser krypteret af den udbredte RSA-kryptografiske algoritme. Indtil nu betragtes denne algoritme som relativt pålidelig, da en effektiv måde at indregne tal til primære faktorer for en klassisk computer i øjeblikket er ukendt. Takket være Shors kvantealgoritme bliver denne opgave ret mulig, hvis der bygges en kvantecomputer.
- Forskning i kunstig intelligens.
Kvantecomputere er i teorien en god pasformtil maskinlæringsbehov. De manipulerer store mængder data i et enkelt pass og er i stand til at simulere et eksponentielt neuralt netværk. I 2013 annoncerede Google Corporation åbningen af et kvanteforskningslaboratorium inden for kunstig intelligens. Volkswagen forsker i brugen af kvantecomputere til udvikling af selvkørende biler og nye typer batterier (ved hjælp af kvantecomputere fra Google og D-Wave). I november 2018 annoncerede bekymringen udviklingen af et trafikstyringssystem (med integrationen af ubemandede køretøjer i det), der opererer ved hjælp af D-Wave kvantecomputere.
- Molekylær modellering.
Det antages, at anvendelse af kvantecomputere vil være i stand til nøjagtigt at simulere molekylære interaktioner og kemiske reaktioner. Kemiske reaktioner er kvante i naturen. For klassiske computere kan kun relativt enkle molekyler beregnes. Ifølge eksperters prognoser åbner simulering på kvantecomputere nye udsigter for udviklingen af den kemiske industri, især når der oprettes stoffer
Og hvad med Rusland?
Rusland er aktivt involveret i kvanteløbet, ca.Dette blev skrevet af Nature for omkring et år siden. En "køreplan for udvikling af kvantecomputering" er også blevet vedtaget. Med hensyn til nuværende status har Rusland skabt nøgleelementer til alle større kvantecomputerplatforme.
Det næste trin er at skalere dem ogdemonstration af problemløsning ved hjælp af dem. Det skal bemærkes, at programmet ikke kun er fokuseret på hardware og processorer, men også på software. Det næste gennembrud inden for kvantecomputer har absolut brug for originale ideer - et traditionelt stærkt punkt hos russiske forskere.
I slutningen af november 2020 blev det kendt omoprettelse af konsortiet National Quantum Laboratory (NKL). Konsortiet, som omfattede Rosatom-strukturer, Skolkovo Foundation og universiteter, vil eksportere kvanteteknologier og udvikle infrastruktur. Men hovedopgaven er at skabe en kvantecomputer.
Som en del af "køreplanen" "Quantum computing"det er planlagt at opføre et nanofabrikationscenter med et areal på 2 tusind kvadratmeter på Skolkovos område. m samt et avanceret laboratoriekompleks med et areal på mere end 3,5 tusind kvadratmeter. m.
Blandt de vigtigste indikatorer angivet i "vejenkort ”, som planlægges opnået, herunder gennem oprettelsen af NKL, - inden udgangen af 2024 skal konsortiedeltagerne oprette computersystemer på forskellige kvanteplatforme med en kapacitet på 30 til 100 qubits, registrere 40 internationale patenter pr. år.
Læs også:
Dommedagsbreen viste sig at være farligere end forskere troede. Vi fortæller det vigtigste
Se det største isbjerg, der nogensinde er taget fra luften
Kina testede først "kunstig sol"