Što je kvantno računalo
Glavna razlika između kvantnih računala i tradicionalnih, tranzistorskih,
U klasičnom računalu jedan bit može pohranitisamo broj: nula ili jedan. Kvantna fizika, međutim, dopušta superpoziciju stanja. Kvantni bit može biti u nultom i jednom stanju u isto vrijeme – a to otvara nevjerojatne mogućnosti za ultra-brzo računanje.
Za to mu trebaju tisuće super-moćnihprocesori. Kao rezultat toga, izračune, za koje će snažno računalo za igranje trebati tjedno, superračunalo obavlja u jednom danu. Međutim, važno je da programi rade ispravno, uzimajući u obzir tehničke značajke stroja. Inače će se ono što ispravno radi na 100 procesora jako usporiti za 200.
Kvantna računala pohranjuju i obrađuju podatkekorištenjem kvantnih bitova – kubita. Potonji se ne može samo uključiti i isključiti, već i biti u prolaznom stanju, ili čak biti uključen i isključen u isto vrijeme. Nastavljajući analogiju sa žaruljama: qubit je poput svjetla koje ste ugasili, ali i dalje treperi. Ili Schrödingerova mačka, koja je i živa i mrtva.
Budući da se svjetla u kvantnom računalu pale i gase u isto vrijeme, to štedi mnogo vremena. Stoga rješava složene probleme puno brže čak i od vrlo moćnog klasičnog uređaja.
Godine 2001. Isaac Chuang, voditeljIBM-ova laboratorijska istraživačka grupa, pomoćni profesor na MIT-u i pionir u polju kvantnog računarstva, konstruirala je kvantno računalo temeljeno na jednoj molekuli. Rezultati, koji su objavljeni u časopisu Nature, predstavljali su prvu eksperimentalnu implementaciju Shorovog algoritma - algoritma kvantne faktorizacije (rastavljanje broja na proste faktore) koji omogućuje faktoriziranje broja u vremenu.
Kada imate previše atoma jestizgleda kao velika šuma. Bilo je vrlo teško kontrolirati jedan atom s prethodnim. Izazov je implementirati [algoritam] u sustav koji je dovoljno izoliran: u isto vrijeme, on mora ostati kvantno mehanički dovoljno dugo da biste zapravo mogli implementirati cijeli algoritam.
Ime prezime
Kvantna računala izgledaju drugačije od običnih računala. To su veliki metalni cilindri s upletenim žicama koji se spuštaju u rashladne jedinice.
Mogu se koristiti za različite zadatke,uključujući izračune u kemiji i fizici ili za stvaranje novih materijala. Drugo područje primjene kvantnog računala je kriptografija i sigurnosna pitanja. Ove probleme najakutnije osjećaju financijske organizacije i banke, što nije iznenađujuće: nedavno je bilo skandala o curenju informacija i hakiranju.
Mogućnosti kvantnog računala će omogućitidobiti pristup svim informacijama, stoga je vrijeme da razmislite o njihovoj zaštiti uz pomoć relevantnih tehnologija ili korištenjem kvantnog računala za stvaranje poboljšane enkripcije.
Što znači "kvantna superiornost"?
Kvantna nadmoć je sposobnost rješavanja problema koji je izvan mogućnosti najsuvremenijih superračunala.
Posljednjih godina učinjen je značajan napredakpostignuto u razvoju supravodljive platforme. Bit kvantne superiornosti leži u činjenici da kvantno računalo brzo rješava problem za koji je klasičnom superračunalu potrebno kolosalno vrijeme.
Prvi proboj dogodio se krajem listopada 2019.kada je Google objavio da su razvili kvantno računalo Google Sycamore: prema njihovim podacima, sustav se nosio sa zadatkom za 200 sekundi za koju bi bilo potrebno oko 10 tisuća godina rada klasičnih superračunala. To je ono što su nazvali pojmom "kvantna superiornost".
Međutim, rad tvrtke ispunjen je udjelomskepticizam, a konkurenti iz IBM-a izračunali su da se zapravo korišteni problem može riješiti u par dana – dovoljno za prednost, ali ne i za punu superiornost.
Sljedeća prekretnica u razvoju kvantnih računalapao je početkom prosinca 2020. Dana 4. prosinca postalo je poznato da su kineski znanstvenici stvorili prototip kvantnog računala "Jiuzhang", koji se nosio sa standardnim algoritmom provjere 10 milijardi puta brže od Sycamorea, 53-kubitnog prototipa kvantnog računala iz Googlea. Tvrtka je rekla da je njezin razvoj također postigao kvantnu izvrsnost.
Znanstvenici su testirali sposobnost računanjaJiuzhang pomoću posebnog GBS algoritma. Sustav se s njim nosio 100 trilijuna puta brže od najmoćnijeg superračunala koje postoji. Osim toga, programeri su rekli da je računalna snaga njihovog uređaja 10 milijardi puta veća od Sycamorea.
2001. Chuang, pionir u polju kvantaračunanje, dizajnirao kvantno računalo bazirano na jednoj molekuli koja se mogla držati u superpoziciji i kojom se manipulira nuklearnom magnetskom rezonancom kako bi se pomnožilo 15. Rezultati, koji su objavljeni u Nature, predstavljali su prvu eksperimentalnu implementaciju Shorovog algoritma. Ali sustav nije bio skalabilan; kako se dodavalo više atoma, postalo je teže kontrolirati sustav.
Kako će se koristiti nova kvantna računala?
Jedna od najvažnijih primjena kvantaračunalo sada - razlaganje na proste brojeve. Činjenica je da se sva moderna kriptografija temelji na činjenici da nitko ne može brzo razložiti broj od 30-40 znamenki (ili više) na osnovne faktore. Na tipičnom računalu to će trajati milijarde godina. Kvantno računalo to može učiniti za oko 18 sekundi.
Ako pretpostavimo činjenicu da je prisutnost kvantaračunalo će nakon nekog vremena postati društvena norma, a u tom slučaju neće biti tajni u cijelom cyber prostoru, budući da se bilo koji algoritmi enkripcije mogu odmah hakirati i dobiti pristup bilo čemu. To se odnosi na sve - od bankovnih transfera do poruka u messengeru.
Također, kvantna računala su izvrsna zamodeliranje složenih situacija, na primjer, izračunavanje fizikalnih svojstava novih elemenata na molekularnoj razini. To će vjerojatno omogućiti brže pronalaženje novih lijekova ili rješavanje složenih zadataka koji zahtijevaju velike resurse.
Što drugo može učiniti?
- Baze podataka i pretraživanje po njima.
Rad s velikim podacima postat će nevjerojatno brz.Shazam, usmjeravanje, neuronske mreže, umjetna inteligencija – sve će to dobiti nevjerojatan poticaj. Također će biti moguće izgraditi modele interakcije složenih proteinskih spojeva. To će biti vrlo važan korak za medicinu, otvaranje mogućnosti za stvaranje budućih lijekova, razumijevanje kako različiti virusi utječu na nas, i tako dalje.
- Aplikacije za kriptografiju.
Zbog goleme brzine razlaganja na jednostavnemnožitelja kvantno računalo će omogućiti dešifriranje poruka šifriranih široko korištenim RSA kriptografskim algoritmom. Do sada se ovaj algoritam smatra relativno pouzdanim, budući da je učinkovit način faktoriranja brojeva u proste faktore za klasično računalo trenutno nepoznat. Zahvaljujući Shorovom kvantnom algoritmu, ovaj zadatak postaje sasvim izvediv ako se izgradi kvantno računalo.
- Istraživanje umjetne inteligencije.
Kvantna računala se, u teoriji, dobro uklapajuza potrebe strojnog učenja. Oni manipuliraju velikim količinama podataka u jednom prolazu i sposobni su simulirati neuronsku mrežu eksponencijalne veličine. Google je 2013. godine najavio otvaranje kvantnog istraživačkog laboratorija za umjetnu inteligenciju. Volkswagen provodi istraživanje o korištenju kvantnih računala za razvoj samovozećih automobila i novih vrsta baterija (pomoću kvantnih računala iz Googlea i D-Wavea). U studenom 2018. koncern je najavio razvoj sustava za upravljanje prometom (s integracijom bespilotnih vozila u njega) koji radi pomoću kvantnih računala D-Wave.
- Molekularno modeliranje.
Pretpostavlja se da korištenjem kvanračunala će omogućiti točnu simulaciju molekularnih interakcija i kemijskih reakcija. Kemijske reakcije su kvantne prirode. Za klasična računala dostupan je izračun ponašanja samo relativno jednostavnih molekula. Prema riječima stručnjaka, simulacija na kvantnim računalima otvara nove izglede za razvoj kemijske industrije, posebice u stvaranju lijekova.
A što je s Rusijom?
Rusija je aktivno uključena u kvantnu utrku, okoOvo je prije otprilike godinu dana napisala Nature. Usvojen je i "putokaz za razvoj kvantnog računalstva". Što se tiče trenutnog statusa, Rusija je stvorila ključne elemente za sve glavne platforme za kvantno računanje.
Sljedeći korak je njihovo povećanje idemonstracija rješavanja problema uz pomoć njih. Treba napomenuti da je program usmjeren ne samo na hardver i procesore, već i na softver. Sljedeći proboj u kvantnom računarstvu definitivno treba originalne ideje - tradicionalno jaka točka ruskih znanstvenika.
Krajem studenog 2020. postalo je poznatoсоздании консорциума «Национальная квантовая лаборатория» (НКЛ). Консорциум, в который вошли структуры «Росатома», фонд «Сколково» и университеты, будет заниматься экспортом квантовых технологий и развивать инфраструктуру. Но главная задача — создать квантовый компьютер.
Kao dio "mape puta" "Kvantno računanje"planira se izgradnja centra za nanofabrikaciju površine 2 tisuće četvornih metara na području Skolkova. m, kao i napredni laboratorijski kompleks s površinom većom od 3,5 tisuća četvornih metara. m.
Među glavnim pokazateljima navedenim u "putumapa”, koje se planira postići, uključujući i stvaranjem NKL-a, - do kraja 2024. članovi konzorcija moraju stvoriti računalne sustave na različitim kvantnim platformama kapaciteta od 30 do 100 kubita, registrirati 40 međunarodnih patenata po godina.
Pročitajte i:
Ledenjak Doomsdaya pokazao se opasnijim nego što su znanstvenici mislili. Kažemo glavno
Pogledajte najveći ledeni brijeg ikad snimljen iz zraka
Kina prvi put testirala "umjetno sunce"