量子コンピューターとは
量子コンピューターと従来のトランジスターの主な違いは、
従来のコンピューターでは、1ビットで保存できます数字のみ：0または1。ただし、量子物理学では、状態を重ね合わせることができます。量子ビットは、同時に0と1の状態になる可能性があります。これにより、超高速コンピューティングの素晴らしい機会が開かれます。
このために彼は何千もの超強力なものを必要としていますプロセッサ。その結果、強力なゲーミングコンピューターに1週間かかる計算は、スーパーコンピューターが1日で実行します。ただし、マシンの技術的機能を考慮して、プログラムが正しく機能することが重要です。そうしないと、100個のプロセッサで正しく機能するものが200個大幅に遅くなります。
量子コンピューターはデータを保存および処理します量子ビットを使用する-キュービット。後者は、オンとオフを切り替えるだけでなく、一時的な状態にすることも、同時にオンとオフを切り替えることもできます。電球との類似性を継続します。キュービットは、オフにしたライトのようなものですが、それでも点滅し続けます。または、生きていて死んでいるシュレーディンガーの猫。
量子コンピューターのライトは同時にオンとオフになるため、時間を大幅に節約できます。したがって、非常に強力な従来のデバイスよりもはるかに速く、複雑な問題を解決します。
2001年、アイザック・チュアン、所長MIT の非常勤教授であり、量子コンピューティング分野のパイオニアである IBM 研究所の研究グループは、単一分子に基づく量子コンピューターを構築しました。 Nature に掲載されたこの結果は、時間内に数値を因数分解できる量子因数分解アルゴリズム (数値を素因数分解する) であるショールのアルゴリズムの最初の実験的実装を表しました。
原子が多すぎると、大きな森のように見えます。ある原子を前の原子で制御するのは非常に困難でした。課題は、[アルゴリズムを] 十分に分離されたシステムに実装することです。同時に、実際にアルゴリズム全体を実装できるように、十分に長く量子力学的な状態を維持する必要があります。
名前苗字
量子コンピュータは通常のコンピュータとは異なって見えます。これらは、冷凍ユニットに下げられたツイストワイヤーを備えた大きな金属シリンダーです。
さまざまなタスクに使用できます。化学や物理学の計算、または新しい材料の作成が含まれます。量子コンピューターのもう 1 つの応用分野は、暗号化とセキュリティの問題です。これらの問題を最も深刻に感じているのは金融機関や銀行ですが、これは驚くべきことではありません。最近、情報漏洩やハッキングに関するスキャンダルが発生しています。
量子コンピューターの機能により、あらゆる情報にアクセスできるので、関連するテクノロジーを使用して情報を保護するか、量子コンピューターを使用して暗号化を改善することを検討するときが来ました。
「量子優位性」とはどういう意味ですか？
Quantum Excellenceは、最新のスーパーコンピューターの能力を超えた問題を解決する能力です。
近年、大きな進歩が見られました超伝導プラットフォームの開発で達成されました。量子優位性の本質は、量子コンピューターが古典的なスーパーコンピューターが膨大な時間を要する問題を迅速に解決するという事実にあります。
最初の突破口は2019年10月末に発生しました。グーグルが量子コンピューターグーグルシカモアを開発したと発表したとき：彼らのデータによると、システムは200秒でタスクを処理しました。これには約1万年の古典的なスーパーコンピューターが必要でした。これは彼らが「量子優位性」という用語と呼んだものです。
しかし、会社の仕事はシェアで満たされました懐疑論とIBMの競合他社は、実際に使用された問題は2、3日で解決できると計算しました。これは、利点には十分ですが、本格的な優位性には不十分です。
量子コンピューターの開発における次のマイルストーン2020年12月の初めに落ちました。 12月4日、中国の科学者がJiuzhang量子コンピューターのプロトタイプを作成したことが判明しました。これは、Googleの53キュービットの量子コンピューターのプロトタイプであるSycamoreよりも100億倍高速な標準テストアルゴリズムに対応しました。同社は、その開発も量子の卓越性に達していると述べた。
科学者は計算能力をテストしました特別なGBSアルゴリズムを使用した「Jiuzhang」。このシステムは、現存する最も強力なスーパーコンピューターよりも100兆倍速くそれに対処しました。さらに、開発者は、デバイスのコンピューティング能力はシカモアの100億倍であると述べました。
2001年、量子のパイオニアであるチュアン計算は、重ね合わせて保持し、核磁気共鳴によって操作して数15を乗算できる単一分子に基づく量子コンピューターを設計しました。Natureに公開された結果は、Shorのアルゴリズムの最初の実験的実装を表しています。しかし、システムはスケーラブルではありませんでした。より多くの原子が追加されるにつれて、システムを制御することがより困難になりました。
新しい量子コンピューターはどのように使用されますか？
量子の最も重要なアプリケーションの1つコンピューターは今-素数への分解。事実、現代の暗号化はすべて、30〜40桁（またはそれ以上）の数を主要な要素にすばやく分解することはできないという事実に基づいています。一般的なコンピューターでは、数十億年かかります。量子コンピューターはこれを約18秒で実行できます。
量子の存在を仮定するとしばらくすると、コンピューターは社会的な規範になります。その場合、暗号化アルゴリズムはすぐにハッキングされて何にでもアクセスできるため、サイバースペース全体に秘密はありません。これは、銀行振込からメッセンジャー内のメッセージまで、すべてに当てはまります。
量子コンピューターは複雑な状況のモデリング。たとえば、分子レベルで新しい要素の物理的特性を計算します。これにより、おそらく、新薬をより早く見つけたり、複雑なリソースを大量に消費するタスクを解決したりできるようになります。
彼は他に何ができますか？
- データベースとそれらによる検索。
ビッグデータの操作は信じられないほど速くなります。Shazam、ルーティング、ニューラル ネットワーク、人工知能 - これらすべてが信じられないほど強化されます。複雑なタンパク質化合物の相互作用のモデルを構築することも可能になります。これは医学にとって非常に重要なステップとなり、将来の薬の開発や、さまざまなウイルスが私たちにどのような影響を与えるかを理解するなどの機会が開かれます。
- 暗号化への応用。
単純なものへの分解の途方もない速度のために量子コンピュータの乗数は、広く使用されているRSA暗号化アルゴリズムによって暗号化されたメッセージの復号化を可能にします。これまで、このアルゴリズムは比較的信頼できると考えられています。これは、古典的なコンピューターの主要な要素に数値を因数分解する効率的な方法が現在不明であるためです。 Shorの量子アルゴリズムのおかげで、量子コンピューターが構築されていれば、このタスクは非常に実行可能になります。
- 人工知能の研究。
理論的には、量子コンピューターが適しています機械学習のニーズに。 1回のパスで大量のデータを操作し、指数サイズのニューラルネットワークをシミュレートできます。 2013年、Googleは人工知能の量子研究所の開設を発表しました。フォルクスワーゲンは、量子コンピューターを使用して自動運転車と新しいタイプのバッテリーを開発するための研究を行っています（GoogleとD-Waveの量子コンピューターを使用）。 2018年11月、懸念事項は、D-Wave量子コンピューターを使用して動作するトラフィック管理システム（無人車両を統合したもの）の開発を発表しました。
- 分子モデリング。
量子を使用すると仮定されますコンピューターは、分子相互作用と化学反応を正確にシミュレートできるようになります。化学反応は本質的に量子です。古典的なコンピューターの場合、比較的単純な分子しか計算できません。専門家の予測によると、量子コンピューターでのシミュレーションは、特に薬を作るときに、化学産業の発展のための新しい展望を開きます
そして、ロシアはどうですか？
ロシアは量子競争に積極的に関与しています。これは約1年前にNatureによって書かれました。 「量子コンピューティング開発ロードマップ」も採用されています。現在の状況に関して、ロシアはすべての主要な量子コンピューティングプラットフォームの重要な要素を作成しました。
次のステップは、それらをスケーリングして彼らの助けを借りて問題解決のデモンストレーション。このプログラムは、ハードウェアとプロセッサだけでなく、ソフトウェアにも焦点を当てていることに注意してください。量子コンピューティングの次のブレークスルーには、間違いなく独創的なアイデアが必要です。これは、ロシアの科学者の伝統的な強みです。
2020年11月末に判明したのは、国立量子研究所 (NKL) コンソーシアムの設立。ロスアトムの構造物、スコルコボ財団、大学を含むこのコンソーシアムは、量子技術を輸出し、インフラを開発する予定だ。しかし、主なタスクは量子コンピューターを作成することです。
「ロードマップ」「クォンタムコンピューティング」の一環としてSkolkovoの領土に2000平方メートルの面積を持つナノファブリケーションセンターを建設することが計画されています。 m、および3.5千平方メートル以上の面積を持つ高度な実験室複合施設。 m。
「道路」に示されている主な指標の中でNKLの作成などを通じて達成される予定の「マップ」」は、2024年末までに、コンソーシアムのメンバーは、30〜100キュービットの容量を持つさまざまな量子プラットフォーム上にコンピューティングシステムを作成し、年間40の国際特許を登録する必要があります。
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