Mikä on kvanttitietokone
Suurin ero kvanttitietokoneiden ja perinteisen transistorin välillä,
Klassisessa tietokoneessa yksi bitti voi tallentaavain luku: nolla tai yksi. Kvanttifysiikka sallii kuitenkin tilojen päällekkäisyyden. Kvanttibitti voi olla nollassa ja yhdessä tilassa samanaikaisesti - ja tämä avaa uskomattomia mahdollisuuksia erittäin nopeaan laskentaan.
Tätä varten hän tarvitsee tuhansia erittäin voimakkaitaprosessorit. Tämän seurauksena laskelmat, jotka vievät tehokkaan pelitietokoneen viikossa, supertietokone toimii päivässä. On kuitenkin tärkeää, että ohjelmat toimivat oikein, ottaen huomioon koneen tekniset ominaisuudet. Muuten se, mikä toimii oikein 100 prosessorissa, hidastuu paljon 200: lla.
Kvanttitietokoneet tallentavat ja käsittelevät tietojakäyttämällä kvanttibittejä - qubittejä. Jälkimmäinen ei voi vain kytkeytyä päälle ja pois, vaan myös olla ohimenevässä tilassa tai jopa kytkeä päälle ja pois samaan aikaan. Jatkamme analogiaa lampuilla: qubit on kuin valo, jonka sammutit, mutta se silti vilkkuu edelleen. Tai Schrödingerin kissa, joka on sekä elossa että kuollut.
Koska kvanttitietokoneen lamput eivät pala samanaikaisesti, tämä säästää paljonSiksi se ratkaisee monimutkaiset tehtävät paljon nopeammin kuin edes erittäin tehokas klassinen laite.
Vuonna 2001 Isaac Chuang, johtajaIBM:n laboratoriotutkimusryhmä, MIT:n dosentti ja edelläkävijä kvanttilaskennan alalla, on rakentanut yhteen molekyyliin perustuvan kvanttitietokoneen. Nature-lehdessä julkaistut tulokset edustivat Shorin algoritmin ensimmäistä kokeellista toteutusta - kvanttifaktorointialgoritmia (lukujen tekijöitä alkutekijöiksi), joka mahdollistaa luvun laskemisen ajassa.
Kun sinulla on liikaa atomeja, se onnäyttää suurelta metsältä. Oli erittäin vaikeaa hallita yhtä atomia edellisellä. Haasteena on toteuttaa [algoritmi] järjestelmään, joka on riittävän eristetty: samalla sen on pysyttävä kvanttimekaanisena riittävän kauan, jotta voit todella toteuttaa koko algoritmin.
Etunimi Sukunimi
Kvanttitietokoneet näyttävät erilaisilta kuin tavalliset tietokoneet. Nämä ovat suuria metallisylintereitä, joissa on kierretyt johdot ja jotka lasketaan jäähdytysyksiköihin.
Niitä voidaan käyttää erilaisiin tehtäviin,mukaan lukien kemian ja fysiikan laskelmat tai uusien materiaalien luominen. Toinen kvanttitietokoneen sovellusalue on salaus- ja turvallisuuskysymykset. Rahoitusorganisaatiot ja pankit tuntevat nämä ongelmat akuuteimmin, mikä ei ole yllättävää: viime aikoina on ollut skandaaleja vuodoista ja hakkeroista.
Kvanttitietokoneen ominaisuudet mahdollistavatsaada pääsy mihin tahansa tietoon, joten on aika miettiä sen suojaamista asiaankuuluvien tekniikoiden avulla tai kvanttitietokoneen käyttöä parempaan salaukseen.
Mitä "kvantti-ylivoima" tarkoittaa?
Kvantti-ylivalta on kyky ratkaista ongelma, joka ylittää nykyaikaisimpien supertietokoneiden kyvyt.
Viime vuosina merkittävää edistystä on tapahtunutsaavutettu suprajohtavan alustan kehittämisessä. Kvanttivoimaisuuden ydin on siinä, että kvanttitietokone ratkaisee nopeasti ongelman, johon klassinen supertietokone vie valtavasti aikaa.
Ensimmäinen läpimurto tapahtui lokakuun lopussa 2019,kun Google ilmoitti kehittäneensä kvanttitietokoneen Google Sycamore: tietojensa mukaan järjestelmä selviytyi tehtävästä 200 sekunnissa, joka vaati noin 10 tuhannen vuoden työtä klassisten supertietokoneiden parissa. Tätä he kutsuivat termiksi "kvantti-ylivoima".
Yrityksen työ kuitenkin saavutettiin osuudellaskeptisyyttä, ja IBM: n kilpailijat laskivat, että itse asiassa käytetty ongelma voidaan ratkaista muutamassa päivässä - riittää etuun, mutta ei täysimittaiseen paremmuuteen.
Seuraava virstanpylväs kvanttitietokoneiden kehittämisessälaski joulukuun 2020 alkuun. 4. joulukuuta tuli tunnetuksi, että kiinalaiset tiedemiehet ovat luoneet prototyypin kvanttitietokoneesta "Jiuzhang", joka selviytyi tavanomaisesta varmennusalgoritmista 10 miljardia kertaa nopeammin kuin Sycamore, 53 -bitibitti prototyyppi Googlen kvanttitietokoneesta. Yhtiö sanoi, että sen kehitys on myös saavuttanut kvanttista huippuosaamista.
Tutkijat ovat testanneet laskentakykyä"Jiuzhang" käyttämällä erityistä GBS-algoritmia. Järjestelmä selviytyi siitä 100 biljoonaa kertaa nopeammin kuin olemassa oleva tehokkain supertietokone. Lisäksi kehittäjät sanoivat, että heidän laitteidensa laskentateho on 10 miljardia kertaa suurempi kuin Sycamore.
Vuonna 2001 Chuang, kvanttitien edelläkävijäLaskennalla suunniteltiin kvanttitietokone, joka perustuu yhteen molekyyliin, jota voidaan pitää superpositiossa ja jota voidaan käsitellä ydinmagneettisella resonanssilla luvun 15 kertomiseksi. Luonnossa julkaistut tulokset edustivat Shorin algoritmin ensimmäistä kokeellista toteutusta. Mutta järjestelmä ei ollut skaalautuva; kun lisää atomia lisättiin, järjestelmän hallitseminen tuli vaikeammaksi.
Kuinka uusia kvanttitietokoneita käytetään?
Yksi kvantin tärkeimmistä sovelluksistatietokone nyt - hajoaminen alkulukuiksi. Tosiasia on, että kaikki nykyaikaiset salaukset perustuvat siihen, että kukaan ei voi nopeasti hajottaa useita 30-40 numeroa (tai enemmän) päätekijöiksi. Tyypillisellä tietokoneella se vie miljardeja vuosia. Kvanttitietokone voi tehdä tämän noin 18 sekunnissa.
Jos oletetaan, että kvantin läsnäolotietokoneesta tulee jonkin ajan kuluttua sosiaalinen normi, jolloin koko kyberavaruudessa ei ole salaisuuksia, koska kaikki salausalgoritmit voidaan hakkeroida välittömästi ja saada pääsy mihin tahansa. Tämä koskee kaikkea - pankkisiirroista messengerin viesteihin.
Kvanttitietokoneet ovat myös erinomaisiamallintamalla monimutkaisia tilanteita, esimerkiksi laskemalla uusien elementtien fysikaaliset ominaisuudet molekyylitasolla. Tämä voi ehkä mahdollistaa uusien lääkkeiden löytämisen nopeammin tai monimutkaisten resursseja kuluttavien tehtävien ratkaisemisen.
Mitä muuta hän voi tehdä?
- Tietokannat ja haku niiden perusteella.
Big Datan parissa työskentelemisestä tulee uskomattoman nopeaa.Shazam, reititys, hermoverkot, tekoäly – kaikki tämä saa uskomattoman sysäyksen. On myös mahdollista rakentaa malleja monimutkaisten proteiiniyhdisteiden vuorovaikutuksesta. Tämä on lääketieteen kannalta erittäin tärkeä askel, joka avaa mahdollisuuksia tulevaisuuden lääkkeiden luomiselle, ymmärtää, miten eri virukset vaikuttavat meihin ja niin edelleen.
- Sovellukset salaukseen.
Koska valtava nopeus hajoaa yksinkertaiseksikertojia kvanttitietokone mahdollistaa salauksen purkamisen laajalti käytetyllä RSA-salausalgoritmilla. Tähän asti tätä algoritmia pidetään suhteellisen luotettavana, koska tehokasta tapaa laskea numerot alkutekijöiksi klassiselle tietokoneelle ei ole vielä tiedossa. Shorin kvanttialgoritmin ansiosta tämä tehtävä on melko toteutettavissa, jos kvanttitietokone rakennetaan.
- Tekoälyn tutkimus.
Kvanttitietokoneet sopivat teoriassa hyvinkoneoppimisen tarpeisiin. Ne manipuloivat suuria määriä dataa yhdellä kertaa ja pystyvät simuloimaan eksponentiaalisen kokoisen hermoverkon. Vuonna 2013 Google Corporation ilmoitti avaavansa kvanttitutkimuslaboratorion tekoälyn alalla. Volkswagen tutkii kvanttitietokoneiden käyttöä itseajoavien autojen ja uuden tyyppisten akkujen kehittämiseksi (käyttäen Googlen ja D-Waven kvanttitietokoneita). Marraskuussa 2018 konserni ilmoitti D-Wave-kvanttitietokoneita käyttävän liikenteenhallintajärjestelmän kehittämisestä (integroimalla siihen miehittämättömät ajoneuvot).
- Molekyylimallinnus.
Oletetaan, että käyttämällä kvanttiatietokoneet pystyvät simuloimaan tarkasti molekyylivuorovaikutuksia ja kemiallisia reaktioita. Kemialliset reaktiot ovat luonteeltaan kvanttisia. Klassisille tietokoneille voidaan laskea vain suhteellisen yksinkertaisia molekyylejä. Asiantuntijoiden ennusteiden mukaan kvanttitietokoneiden simulointi avaa uusia näkymiä kemianteollisuuden kehitykselle erityisesti huumeiden luomisessa
Entä Venäjä?
Venäjä on aktiivisesti mukana kvanttikilpailussa, noinTämän on kirjoittanut Nature noin vuosi sitten. Myös "etenemissuunnitelma kvanttilaskennan kehittämiseksi" on hyväksytty. Tämänhetkisen tilan suhteen Venäjä on luonut keskeiset elementit kaikille tärkeimmille kvanttilaskenta-alustoille.
Seuraava askel on skaalata ne jaongelmanratkaisun esittely niiden avulla. On huomattava, että ohjelma ei ole keskittynyt vain laitteistoihin ja prosessoreihin, vaan myös ohjelmistoihin. Seuraava läpimurto kvanttilaskennassa vaatii ehdottomasti alkuperäisiä ideoita - venäläisten tutkijoiden perinteisesti vahvan puolen.
Marraskuun lopussa 2020 siitä tuli tietoNational Quantum Laboratory (NKL) -konsortion perustaminen. Konsortio, johon kuuluivat Rosatomin rakenteet, Skolkovon säätiö ja yliopistot, vie kvanttiteknologiaa ja kehittää infrastruktuuria. Mutta päätehtävänä on luoda kvanttitietokone.
Osana "etenemissuunnitelmaa" "Quantum computing"Skolkovon alueelle on tarkoitus rakentaa 2 000 neliömetrin pinta-ala. m sekä kehittynyt laboratoriakompleksi, jonka pinta-ala on yli 3,5 tuhatta neliömetriä. m.
"Tienkartta ”, jotka on tarkoitus saavuttaa muun muassa luomalla NCL, - konsortion jäsenten on vuoden 2024 loppuun mennessä luotava laskentajärjestelmät eri kvanttialustoille, joiden kapasiteetti on 30–100 kuitua, ja rekisteröitävä 40 kansainvälistä patenttia vuodessa.
Lue myös:
Tuomiopäivän jäätikkö osoittautui vaarallisemmaksi kuin tutkijat ajattelivat. Kerromme pääasia
Katso suurin koskaan jäästä otettu jäävuori
Kiina testasi ensin "keinotekoisen auringon"