Mi az a kvantum számítógép
A fő különbség a kvantumszámítógép és a hagyományos, tranzisztoros,
Egy klasszikus számítógépben egy bit tárolhatócsak egy szám: nulla vagy egy. A kvantumfizika azonban lehetővé teszi az állapotok egymásra helyezését. Egy kvantumbit lehet egyszerre nulla és egy állapot - és ez hihetetlen lehetőségeket nyit meg az ultragyors számítás számára.
Ehhez több ezer nagyhatalomra van szükségefeldolgozók. Ennek eredményeként a számítások, amelyek egy nagy teljesítményű játék számítógépet igényelnek hetente, a szuperszámítógép egy nap alatt teljesít. Fontos azonban, hogy a programok megfelelően működjenek, figyelembe véve a gép műszaki jellemzőit. Ellenkező esetben az, ami 100 processzoron megfelelően működik, nagyon lassul 200-val.
A kvantum számítógépek adatokat tárolnak és dolgoznak felkvantumbitek - kvbitek felhasználásával. Ez utóbbi nemcsak be- és kikapcsolható, hanem átmeneti állapotban is lehet, sőt egyszerre be- és kikapcsolható. Az analógiát folytatva izzókkal: a qubit olyan, mint egy fény, amelyet kikapcsoltál, de továbbra is villog. Vagy Schrödinger macskája, amely egyszerre él és holt.
Mivel a kvantumszámítógépben a lámpák egyszerre világítanak és kapcsolnak ki, ez sok időt takarít meg. Ezért sokkal gyorsabban oldja meg az összetett problémákat, mint egy nagyon erős klasszikus eszköz.
2001-ben Isaac Chuang, fejAz IBM laboratóriumi kutatócsoportja, az MIT adjunktusa és a kvantumszámítástechnika úttörője, egyetlen molekulán alapuló kvantumszámítógépet épített meg. Az eredmények, amelyeket a Nature-ben tettek közzé, a Shor-algoritmus első kísérleti megvalósítását képviselték – egy kvantumfaktorizációs algoritmust (a számot prímtényezőkké alakítja), amely lehetővé teszi egy szám időbeni faktorálását.
Ha túl sok atom van, akkor azúgy néz ki, mint egy nagy erdő. Nagyon nehéz volt irányítani egy atomot az előzővel. A kihívás az [az algoritmus] megvalósítása egy kellően elszigetelt rendszerben: ugyanakkor elég hosszú ideig kvantummechanikainak kell maradnia ahhoz, hogy ténylegesen megvalósíthassa a teljes algoritmust.
Keresztnév családnév
A kvantum számítógépek másképp néznek ki, mint a szokásos számítógépek. Ezek nagy fémhengerek sodrott huzalokkal, amelyeket hűtőegységekbe süllyesztenek.
Különféle feladatokhoz használhatók,beleértve a kémia és a fizika számításait vagy új anyagok létrehozását. A kvantumszámítógép másik alkalmazási területe a kriptográfia és a biztonsági kérdések. Ezeket a problémákat leginkább a pénzügyi szervezetek és a bankok érzik, ami nem meglepő: a közelmúltban botrányok törtek ki a kiszivárogtatásokról és a feltörésekről.
A kvantum számítógép képességei lehetővé teszikhozzáférhet bármilyen információhoz, ezért itt az ideje gondolkodni azon, hogy megvédje-e a megfelelő technológiákat, vagy kvantum számítógépet használjon a jobb titkosítás létrehozásához.
Mit jelent a "kvantumfölény"?
A kvantumfölény a probléma megoldásának képessége, amely meghaladja a legmodernebb szuperszámítógépek képességeit.
Az elmúlt években jelentős előrelépés történtszupravezető platform kifejlesztése során elért eredmények. A kvantumfölény lényege abban rejlik, hogy egy kvantum számítógép hatékonyan megoldja azt a problémát, amelyre a klasszikus szuperszámítógép hatalmas időt vesz igénybe.
Az első áttörés 2019 október végén történt,amikor a Google bejelentette, hogy kifejlesztették a Google Sycamore kvantumszámítógépet: adataik szerint a rendszer 200 másodperc alatt megbirkózott egy feladattal, amely a klasszikus szuperszámítógépek körülbelül 10 ezer éves munkáját igényli. Ezt hívták "kvantumfölény" kifejezésnek.
A vállalat munkáját azonban részesedéssel fogadtákszkepticizmus, és az IBM versenytársai úgy számolták, hogy a felhasznált probléma valójában pár nap alatt megoldható - elég az előnyhöz, de nem teljes értékű fölényhez.
A kvantumszámítógépek fejlődésének következő mérföldköve2020 december elejére esett. December 4-én ismertté vált, hogy a kínai tudósok létrehozták a "Jiuzhang" kvantum számítógép prototípusát, amely 10 milliárdszor gyorsabban birkózott meg a szokásos ellenőrző algoritmussal, mint a Sycamore, a Google kvantumszámítógépének 53 kvbites prototípusa. A vállalat szerint fejlesztése a kvantum kiválóságot is elérte.
A tudósok tesztelték a számítási képességet"Jiuzhang" a speciális GBS algoritmus segítségével. A rendszer 100 billiószor gyorsabban birkózott meg vele, mint a létező legerősebb szuperszámítógép. Ezenkívül a fejlesztők elmondták, hogy készülékük számítási teljesítménye 10 milliárdszor nagyobb, mint a Sycamore.
2001-ben Chuang, a kvantum úttörőjeA számítással egy olyan molekulán alapuló kvantum számítógépet terveztek, amely szuperpozícióban tartható és magmágneses rezonanciával manipulálható a 15. szám megsokszorozásához. A Nature-ben publikált eredmények a Shor algoritmusának első kísérleti megvalósítását jelentették. De a rendszer nem volt méretezhető; ahogy újabb atomokat adtak hozzá, nehezebbé vált a rendszer irányítása.
Hogyan fogják használni az új kvantum számítógépeket?
A kvantum egyik legfontosabb alkalmazásaszámítógép most - prímszámokra bomlás. Az a tény, hogy az összes modern rejtjelezés azon a tényen alapul, hogy senki sem bontsa le gyorsan 30-40 számjegy (vagy annál nagyobb) számát elsődleges tényezőkké. Egy tipikus számítógépen ez évmilliárdokba fog telni. Egy kvantum számítógép körülbelül 18 másodperc alatt képes erre.
Ha azt feltételezzük, hogy egy kvantum jelenlétea számítógép egy idő után társadalmi normává válik, ebben az esetben nem lesznek titkok az egész kibertérben, mivel minden titkosítási algoritmus azonnal feltörhető, és bármihez hozzáférhet. Ez mindenre vonatkozik - a banki átutalásoktól az üzenetküldő üzenetben.
A kvantum számítógépek is kiválóakösszetett helyzetek modellezése, például új elemek fizikai tulajdonságainak kiszámítása molekuláris szinten. Ez talán lehetővé teszi az új gyógyszerek gyorsabb megtalálását vagy az összetett erőforrás-igényes feladatok megoldását.
Mit tehet még?
- Adatbázisok és keresés ezek alapján.
A Big Data-val való munka hihetetlenül gyors lesz.Shazam, útválasztás, neurális hálózatok, mesterséges intelligencia – mindez hihetetlen lendületet fog kapni. Lehetőség lesz komplex fehérjevegyületek kölcsönhatásának modelljeinek felépítésére is. Ez egy nagyon fontos lépés lesz az orvostudomány számára, lehetőséget ad a jövőbeli gyógyszerek létrehozására, annak megértésére, hogy a különböző vírusok hogyan hatnak ránk, és így tovább.
- A kriptográfia alkalmazásai.
Az egyszerűvé bomlás óriási sebessége miattegy kvantum számítógépes szorzók lehetővé teszik a széles körben használt RSA kriptográfiai algoritmus által titkosított üzenetek visszafejtését. Mostanáig ezt az algoritmust viszonylag megbízhatónak tekintik, mivel egy klasszikus számítógép számára jelenleg nem ismert a számok prímtényezőkké történő tényleges faktorálásának hatékony módja. Shor kvantum algoritmusának köszönhetően ez a feladat meglehetősen megvalósíthatóvá válik, ha kvantum számítógépet építenek.
- Kutatás a mesterséges intelligenciában.
A kvantum számítógépek elméletileg jól passzolnakgépi tanulási igényekhez. Nagy mennyiségű adatot kezelnek egyetlen lépésben, és képesek exponenciális méretű neurális hálózat szimulálására. 2013-ban a Google Corporation bejelentette, hogy kvantumkutató laboratóriumot nyit a mesterséges intelligencia területén. A Volkswagen kutatást folytat kvantumszámítógépek használatáról önvezető autók és új típusú akkumulátorok kifejlesztésére (a Google és a D-Wave kvantumszámítógépeinek felhasználásával). 2018 novemberében a konszern bejelentette egy forgalomirányító rendszer kifejlesztését (pilóta nélküli járművek integrálásával), amely D-Wave kvantum számítógépek segítségével működik.
- Molekuláris modellezés.
Feltételezzük, hogy a kvantum felhasználásávala számítógépek képesek lesznek pontosan szimulálni a molekuláris kölcsönhatásokat és a kémiai reakciókat. A kémiai reakciók kvantum jellegűek. A klasszikus számítógépek esetében csak viszonylag egyszerű molekulák számíthatók ki. Szakértők szerint a kvantum számítógépeken végzett szimuláció új távlatokat nyit meg a vegyipar fejlődésében, különösen a kábítószerek létrehozásában
És mi van Oroszországgal?
Oroszország aktívan részt vesz a kvantumversenyben, kbEzt a Nature írta körülbelül egy évvel ezelőtt. "A kvantumszámítás fejlesztésének ütemtervét" is elfogadták. A jelenlegi állapot tekintetében Oroszország kulcsfontosságú elemeket hozott létre az összes fő kvantumszámítási platform számára.
A következő lépés azok méretezése ésproblémamegoldás bemutatása azok segítségével. Meg kell jegyezni, hogy a program nemcsak a hardverre és a processzorokra összpontosít, hanem a szoftverekre is. A kvantumszámítás következő áttöréséhez mindenképpen eredeti ötletekre van szükség - ez az orosz tudósok hagyományosan erős pontja.
2020. november végén vált ismertté kba National Quantum Laboratory (NKL) konzorcium létrehozása. A konzorcium, amelybe a Rosatom struktúrái, a Skolkovo Alapítvány és az egyetemek tartoztak, kvantumtechnológiákat exportál és infrastruktúrát fejleszt. De a fő feladat egy kvantumszámítógép létrehozása.
Az "ütemterv" részeként a "Quantum computing"Skolkovo területén 2 ezer négyzetméter alapterületű nanagyártó központ építését tervezik. m, valamint egy fejlett laboratóriumi komplexum, amelynek területe meghaladja a 3,5 ezer négyzetmétert. m.
Az "út" által meghatározott fő mutatók közötttérkép ”, amelyet a tervek szerint el kell érni, többek között az NCL létrehozásával, - 2024 végéig a konzorcium tagjainak számítási rendszereket kell létrehozniuk különböző kvantumplatformokon, 30–100 quit kapacitással, és be kell jegyezniük 40 nemzetközi szabadalmat évente.
Olvassa el még:
A Doomsday-gleccser veszélyesebbnek bizonyult, mint azt a tudósok gondolták. Elmondjuk a fő dolgot
Lásd a legnagyobb jéghegyet, amelyet valaha a levegőből vettek
Kína először tesztelte a "mesterséges napot"