Kas yra kvantinis kompiuteris
Pagrindinis skirtumas tarp kvantinių kompiuterių ir tradicinių, tranzistorių,
В классическом компьютере один бит может хранить tik skaičius: nulis arba vienas. Tačiau kvantinė fizika leidžia būsenas supriešinti. Kvantinis bitas gali būti lygus nuliui ir vienai būsenai tuo pačiu metu - ir tai atveria neįtikėtinas itin greito skaičiavimo galimybes.
Tam jam reikia tūkstančių supergalingųprocesoriai. Dėl to skaičiavimai, kuriems galingas žaidimų kompiuteris užtruks savaitę, superkompiuteris atliks per dieną. Tačiau svarbu, kad programos veiktų teisingai, atsižvelgiant į technines mašinos savybes. Priešingu atveju tai, kas teisingai veikia 100 procesorių, labai sulėtės iki 200.
Kvantiniai kompiuteriai saugo ir apdoroja duomenisnaudojant kvantinius bitus - kubitus. Pastarieji gali ne tik įsijungti ir išjungti, bet ir būti trumpalaikėje būsenoje, arba netgi būti įjungti ir išjungti tuo pačiu metu. Tęsiant analogiją su lemputėmis: kubitas yra tarsi šviesa, kurią išjungėte, tačiau ji vis tiek mirksi. Arba Schrödingerio katė, kuri yra gyva ir negyva.
Kadangi kvantinio kompiuterio lemputės įjungiamos ir išjungiamos vienu metu, tai sutaupo daug laiko. Todėl jis išsprendžia sudėtingas problemas daug greičiau nei net labai galingas klasikinis įrenginys.
2001 m. Isaac Chuang, vyrIBM laboratorijos tyrimų grupė, MIT adjunktas profesorius ir kvantinio skaičiavimo srities pradininkas, sukonstravo kvantinį kompiuterį, pagrįstą viena molekule. Rezultatai, kurie buvo paskelbti Nature, buvo pirmasis eksperimentinis Šoro algoritmo įgyvendinimas – kvantinio faktorizavimo algoritmas (skaičius paverčia pirminiais faktoriais), leidžiantis apskaičiuoti skaičių laike.
Kai turite per daug atomų, tai yraatrodo kaip didelis miškas. Buvo labai sunku valdyti vieną atomą su ankstesniu. Iššūkis yra įdiegti [algoritmą] pakankamai izoliuotoje sistemoje: tuo pačiu metu ji turi išlikti kvantinė mechaninė pakankamai ilgai, kad iš tikrųjų galėtumėte įgyvendinti visą algoritmą.
Vardas Pavardė
Kvantiniai kompiuteriai nėra panašūs į įprastus kompiuterius. Tai yra dideli metaliniai cilindrai su susuktais laidais, kurie nuleidžiami į šaldymo įrenginius.
Jie gali būti naudojami įvairioms užduotims,įskaitant skaičiavimus chemijos ir fizikos srityse arba kurti naujas medžiagas. Kita kvantinio kompiuterio taikymo sritis yra kriptografija ir saugumo problemos. Šias problemas labiausiai jaučia finansinės organizacijos ir bankai, o tai nenuostabu: pastaruoju metu kilo skandalai dėl informacijos nutekėjimo ir įsilaužimų.
Kvantinio kompiuterio galimybės leisgauti prieigą prie bet kokios informacijos, todėl laikas pagalvoti apie jos apsaugą pasitelkiant atitinkamas technologijas arba naudojant kvantinį kompiuterį patobulintam šifravimui sukurti.
Ką reiškia „kvantinis pranašumas“?
Kvantinė viršenybė - tai galimybė išspręsti problemą, kuri viršija šiuolaikinių superkompiuterių galimybes.
Pastaraisiais metais padaryta didelė pažangapasiekta kuriant superlaidžią platformą. Kvantinio pranašumo esmė slypi tame, kad kvantinis kompiuteris efektyviai išsprendžia problemą, kuriai klasikinis superkompiuteris užima milžinišką laiką.
Pirmasis lūžis įvyko 2019 m. Spalio pabaigoje,kai „Google“ paskelbė, kad sukūrė kvantinį kompiuterį „Google Sycamore“: pagal jų duomenis sistema per 200 sekundžių susidorojo su užduotimi, kuriai atlikti prireiks maždaug 10 tūkstančių metų klasikinių superkompiuterių darbo. Tai jie vadino terminu „kvantinis pranašumas“.
Tačiau įmonės darbas buvo sutiktas su dalimiskepticizmo, o konkurentai iš IBM apskaičiavo, kad iš tikrųjų panaudotą problemą galima išspręsti per porą dienų - to pakanka pranašumui, bet ne visaverčiam pranašumui.
Kitas etapas kvantinių kompiuterių kūrimekrito 2020 metų gruodžio pradžioje. Gruodžio 4 d. Tapo žinoma, kad Kinijos mokslininkai sukūrė kvantinio kompiuterio „Jiuzhang“ prototipą, kuris su standartiniu patikrinimo algoritmu susitvarkė 10 milijardų kartų greičiau nei „Sycamore“ - 53 kvitų kvantinio kompiuterio prototipas iš „Google“. Bendrovė teigė, kad jos plėtra taip pat pasiekė kvantinį meistriškumą.
Mokslininkai išbandė skaičiavimo galimybes„Jiuzhang“ naudojant specialų GBS algoritmą. Sistema su ja susitvarkė 100 trilijonų kartų greičiau nei galingiausias egzistuojantis superkompiuteris. Be to, kūrėjai teigė, kad jų įrenginio skaičiavimo galia yra 10 milijardų kartų didesnė nei „Sycamore“.
2001 m. Chuangas, kvantinės veiklos pradininkasskaičiavimu, suprojektuotas kvantinis kompiuteris, pagrįstas viena molekule, kurią galima laikyti superpozicijoje ir valdyti branduolio magnetiniu rezonansu, kad padaugintų skaičių 15. Rezultatai, kurie buvo paskelbti „Nature“, atspindėjo pirmąjį eksperimentinį Šoro algoritmo įgyvendinimą. Bet sistema nebuvo keičiama; pridedant daugiau atomų, tapo sunkiau valdyti sistemą.
Kaip bus naudojami nauji kvantiniai kompiuteriai?
Viena iš svarbiausių kvantinių taikymųkompiuteris dabar - skaidymas į pirminius skaičius. Faktas yra tas, kad visa šiuolaikinė kriptografija yra pagrįsta tuo, kad niekas negali greitai suskaidyti 30–40 skaitmenų (ar daugiau) į pagrindinius veiksnius. Paprastame kompiuteryje tai užtruks milijardus metų. Kvantinis kompiuteris tai gali padaryti maždaug per 18 sekundžių.
Jei manysime, kad kvanto buvimaskompiuteris po kurio laiko taps socialine norma, tokiu atveju paslapčių nebus visoje virtualioje erdvėje, nes bet kuriuos šifravimo algoritmus galima nedelsiant nulaužti ir prieiti prie bet ko. Tai galioja viskam - pradedant banko pavedimais ir baigiant pranešimais žiniatinklyje.
Kvantiniai kompiuteriai taip pat puikiai tinkamodeliuojant sudėtingas situacijas, pavyzdžiui, apskaičiuojant naujų elementų fizines savybes molekuliniu lygiu. Tai galbūt leis greičiau rasti naujų vaistų ar išspręsti sudėtingas, daug išteklių reikalaujančias užduotis.
Ką jis dar gali padaryti?
- Duomenų bazės ir paieška pagal jas.
Darbas su dideliais duomenimis taps neįtikėtinai greitas.Shazam, maršrutizavimas, neuroniniai tinklai, dirbtinis intelektas – visa tai gaus neįtikėtiną postūmį. Taip pat bus galima sukurti sudėtingų baltymų junginių sąveikos modelius. Tai bus labai svarbus žingsnis medicinai, atveriantis galimybes kurti ateities vaistus, suprasti, kaip mus veikia įvairūs virusai ir pan.
- Paraiškos kriptografijai.
Dėl didžiulio skilimo į paprastą greitįdaugiklis kvantinis kompiuteris leis iššifruoti pranešimus, užšifruotus plačiai naudojamo RSA kriptografijos algoritmo. Iki šiol šis algoritmas buvo laikomas santykinai patikimu, nes kol kas nežinomas efektyvus klasifikuoto kompiuterio skaičių faktorių skaičiavimo būdas. Dėl Shoro kvantinio algoritmo ši užduotis tampa gana įmanoma, jei yra pastatytas kvantinis kompiuteris.
- Dirbtinio intelekto tyrimai.
Kvantiniai kompiuteriai teoriškai yra tinkamimašininio mokymosi poreikiams. Jie vienu leidimu manipuliuoja dideliu duomenų kiekiu ir sugeba imituoti eksponentinio dydžio neuroninį tinklą. 2013 m. „Google“ korporacija paskelbė atidaranti kvantinių tyrimų laboratoriją dirbtinio intelekto srityje. „Volkswagen“ vykdo kvantinių kompiuterių naudojimo tyrimus, kad būtų galima kurti savaeigius automobilius ir naujo tipo baterijas (naudojant „Google“ ir „D-Wave“ kvantinius kompiuterius). 2018 m. Lapkričio mėn. Koncernas paskelbė sukūręs eismo valdymo sistemą (integruojant į ją nepilotuojamas transporto priemones), veikiančią naudojant „D-Wave“ kvantinius kompiuterius.
- Molekulinis modeliavimas.
Manoma, kad naudojant kvantąkompiuteriai galės tiksliai imituoti molekulių sąveiką ir chemines reakcijas. Cheminės reakcijos yra kvantinio pobūdžio. Klasikiniams kompiuteriams galima apskaičiuoti tik palyginti paprastas molekules. Remiantis ekspertų prognozėmis, kvantinių kompiuterių modeliavimas atveria naujas perspektyvas chemijos pramonės plėtrai, ypač kuriant narkotikus
O kaip su Rusija?
Rusija aktyviai dalyvauja kvantinėse lenktynėse, apieTai „Nature“ parašė maždaug prieš metus. Taip pat priimtas „kvantinių skaičiavimų plėtros planas“. Kalbant apie dabartinį statusą, Rusija sukūrė pagrindinius elementus visoms pagrindinėms kvantinės skaičiavimo platformoms.
Kitas žingsnis yra jų mastelis irproblemų sprendimo demonstravimas jų pagalba. Reikėtų pažymėti, kad programa yra orientuota ne tik į aparatinę įrangą ir procesorius, bet ir į programinę įrangą. Kitas kvantinio skaičiavimo proveržis būtinai reikalauja originalių idėjų - tradiciškai stiprios Rusijos mokslininkų pusės.
2020 m. lapkričio pabaigoje tapo žinoma apieNacionalinės kvantinės laboratorijos (NKL) konsorciumo sukūrimas. Konsorciumas, kurį sudaro „Rosatom“ struktūros, Skolkovo fondas ir universitetai, eksportuos kvantines technologijas ir plėtos infrastruktūrą. Tačiau pagrindinė užduotis yra sukurti kvantinį kompiuterį.
Kaip „gairių“ dalį „Kvantinis skaičiavimas“Skolkovo teritorijoje planuojama pastatyti 2 tūkstančių kvadratinių metrų ploto nanoprodukcijos centrą. m, taip pat pažangių laboratorijų kompleksas, kurio plotas didesnis nei 3,5 tūkst. m.
Tarp pagrindinių rodiklių, nurodytų „keliasžemėlapis “, kuriuos planuojama pasiekti, be kita ko, sukūrus NKL, - iki 2024 m. pabaigos konsorciumo nariai įvairiose kvantinėse platformose turi sukurti skaičiavimo sistemas, kurių talpa būtų nuo 30 iki 100 kubitų, per metus užregistruoti 40 tarptautinių patentų.
Taip pat skaitykite:
Doomsday ledynas pasirodė pavojingesnis, nei manė mokslininkai. Mes pasakome pagrindinį dalyką
Pamatykite didžiausią kada nors iš oro paimtą ledkalnį
Kinija pirmą kartą išbandė „dirbtinę saulę“