Kvanttitietokoneiden ominaisuudet
Kvanttitietokoneet eivät korvaa klassisia laskentakoneita,
- Strukturoimattoman tiedon etsiminen taulukoista onvalokuva-, video-, ääni- ja tekstitiedostot ilman merkintöjä. Suurten tiedostomäärien haku ja analysointi liittyy muotojen, kielten, kontekstin ja muiden parametrien pirstoutumiseen. Mutta on selvää, että määrät kasvavat joka vuosi, ja tämä on tärkein tieto tutkijoille, markkinoijille ja turvallisuusasiantuntijoille. Oletetaan, että kvanttitietokoneet suorittavat helposti useita operaatioita rinnakkain ja hakevat tällaisista tietokannoista nopeammin.
- Optimointi:etsi paras ratkaisu ottaen huomioon haluttu tulos ja rajoitukset. Tämä parantaa toimitusta, helpottaa päätöksentekoa nopeasti muuttuvilla markkinoilla ja hallitsee paremmin liikennevirtoja.
- Kvanttijärjestelmien mallintaminen, mmkuten uusien materiaalien tai lääkkeiden molekyylit. Kvanttitietokone olisi hyvä käsittelemään tällaisten järjestelmien monimutkaisuutta ja epävarmuutta. Tämä sisältää myös kemiallisten reaktioiden ja fysikaalisten vuorovaikutusten mallintamisen.
- Matemaattisten tehtävien ratkaiseminen, jotka ovat uskomattoman vaikeitaklassisille tietokoneille. Tämä on tärkeä kvanttitietokoneiden ominaisuus, joka avaa uuden sivun kryptografiassa – yleisimmät salausjärjestelmät ovat haavoittuvia.
Toistaiseksi tehokkain kvanttiprosessori on IBM:n luoma, ja siinä on 127 kubittia.
Fyysiset perusteet: Essentials
Mikä antaa kvanttitietokoneille mahdollisuuden ratkaista ongelmia paremmin, nopeammin ja tehokkaammin kuin klassiset koneet? Mikä takaa kvanttiylivallan?
Kvanttilaskenta, kuten nimestä voi päätellä,perustuu kvanttifysiikan prosesseihin. Kvanttifysiikan postulaatin mukaan elektronilla (tai muulla pienimmällä hiukkasella, esimerkiksi fotonilla) ei mittaushetkeen asti ole yksiselitteisiä koordinaatteja, vaan se sijaitsee samanaikaisesti kaikissa kiertoradan pisteissä. Tätä hiukkasen kaikkien tilojen summan aluetta kutsutaan elektronipilveksi. Yksinkertaistetusti voidaan sanoa, että tämä elektronipilvi on fyysinen kubitti (q-bit, kvanttibitti) - kvanttilaskennan tiedon perusyksikkö.
Qubiteilla on sama rooli kvanttilaskennassakuin klassisen laskennan bittejä. Mutta jos klassiset bitit ovat binaarisia ja voivat olla vain asemassa 0 tai 1, niin kubitit ovat kaikkien mahdollisten tilojen superpositiossa. Siksi kvanttitietokone ei ratkaise ongelmaa peräkkäisellä luettelolla, vaan harkitsemalla monia mahdollisia vaihtoehtoja kerralla. Luonnollisesti laskentanopeus kasvaa radikaalisti.
Toinen tärkeä ominaisuus on sotkeutuminen.Tämä ilmiö kuvaa sellaista kvanttihiukkasten ominaisuutta, kun kaukaisten hiukkasten yhteismittausten tulokset osoittautuvat korreloiviksi, kun taas hiukkasten mittaukset erikseen ovat täysin satunnaisia. Mitä enemmän kubitteja onnistut sekoittamaan luomalla yhden järjestelmän, sitä tehokkaammaksi tietokone tulee ja sitä monimutkaisempia tehtäviä voit ratkaista.
Qubiteilla on sama rooli kvanttilaskennassa kuin biteillä klassisessa laskennassa
Nykytilanne ja ongelmat
Mediassa näkyy jatkuvasti tietoa kaikestauusia edistysaskeleita kvanttilaskennassa – esimerkiksi Google ilmoitti vuoden 2019 lopussa äänekkäästi kvanttiylivoiman saavuttamisesta. Mutta todellisuus on, että toistaiseksi kvanttitietokoneet ratkaisevat vain erittäin erikoistuneita ongelmia.
Esimerkiksi valokuvaraporttien jakamisalgoritmi,joka näytettiin Kiinassa Jiuzhang-tietokoneella. Tämä ongelma on yksi niistä, joita on ehdotettu osoittamaan kvanttiylivoima. Ja kvanttitietokoneet selviävät sellaisista tehtävistä paljon tehokkaammin kuin supertietokoneet.
Mutta vaikka kvanttitietokone laskee ominaisuudetaineet, mutta vain yksinkertaisimmat ja tunnetuimmat. Eikä teho riitä luomaan haluttuja ominaisuuksia omaavia aineita tai optimoimaan logistiikkavirtoja. IBM on tähän mennessä luonut tehokkaimman kvanttiprosessorin, ja siinä on 127 kubittia. Ja artikkelin alussa mainittujen ongelmien ratkaisemiseksi tarvitaan tuhansia kubitteja. Ei voi kuitenkaan olla sanomatta, että edistyminen kvanttilaskennan alalla on viimeisen kymmenen vuoden aikana ollut valtava, eikä edistymiselle ole toistaiseksi näkyviä esteitä.
Mutta ongelmia on varmasti olemassa.Tässä on esimerkiksi kysymys sellaisen kvanttimuistin luomisesta, joka mahdollistaisi palaamisen tietyn ongelman ratkaisuun ja laskelmien tulosten tallentamiseen. Järjestelmän skaalaus, koherenssiajan lisääminen, virheenkorjaus - laskentatehon kasvu riippuu tästä kaikesta. Ohjelmisto-osassa on myös paljon kysymyksiä, koska voidaksemme työskennellä laskutoimitusten tulosten kanssa, meidän on ”käännettävä” kvanttilaskennassa saadut tiedot klassisten laskelmien kielelle. Ja vielä on valtava työkenttä.
Supertietokone ei voi tehdä kaikkea, mutta se ratkaisee joukon ongelmia
Kun todellisuus ympärillä muuttuu jatkuvasti,Haluan esittää naiivin kysymyksen - voisiko riittävän tehokas kvanttitietokone "ennustaa" kaiken tämän etukäteen? Vastaus: ei, millään tietokonejärjestelmällä ei ole ennakoinnin lahjaa.
Mutta se on juuri niin nopeasti muuttuvassaTilanteessa kvanttitietokone auttaisi markkinoiden optimaalisen strategian valinnassa, löytäisi parhaat logistiset vaihtoehdot, mikä on erityisen arvokasta olosuhteissa, joissa tilanne kuljetusmarkkinoilla on epävakaa. Mutta toistaiseksi ei ole olemassa tehokasta kvanttikonetta, joka selviytyisi tällaisista tehtävistä missään maailman maassa. Ja tulevina vuosina se tuskin ilmestyy.
Lue lisää:
Tutkijat ovat löytäneet mustan aukon, joka on 50 kertaa galaksia suurempi
Fyysikot ovat osoittaneet, että vesi muuttuu kahdeksi nesteeksi matalissa lämpötiloissa
Venäjä on keksinyt metalliseoksen, joka kestää lämpöydinreaktorin energian