Kvantinių kompiuterių galimybės
Kvantiniai kompiuteriai nepakeis klasikinių skaičiavimo mašinų,
- Nestruktūruotų duomenų paieška masyvuose yranuotraukos, vaizdo įrašai, garso, tekstiniai failai be žymėjimo. Daugelio failų paieška ir analizė yra susijusi su formatų, kalbų, konteksto ir kitų parametrų suskaidymu. Bet akivaizdu, kad apimtys kasmet auga, ir tai yra svarbiausia informacija mokslininkams, rinkodaros specialistams ir saugumo specialistams. Daroma prielaida, kad kvantiniai kompiuteriai nesunkiai atliks kelias operacijas lygiagrečiai ir greičiau ieškos tokiose duomenų bazėse.
- Optimizavimas:ieškoti geriausio sprendimo, atsižvelgdami į norimą rezultatą ir apribojimus. Tai pagerins pristatymą, padės priimti sprendimus greitai besikeičiančiose rinkose ir efektyviau valdyti eismo srautus.
- Kvantinių sistemų modeliavimas, įskaitantpvz., naujų medžiagų ar vaistų molekulės. Kvantinis kompiuteris puikiai susidorotų su tokių sistemų sudėtingumu ir neapibrėžtumu. Tai taip pat apima cheminių reakcijų ir fizinių sąveikų modeliavimą.
- Neįtikėtinai sudėtingų matematikos uždavinių sprendimasklasikiniams kompiuteriams. Tai svarbi kvantinių kompiuterių savybė, atversianti naują puslapį kriptografijoje – dažniausiai naudojamos šifravimo sistemos bus pažeidžiamos.
Iki šiol galingiausią kvantinį procesorių sukūrė IBM ir jis turi 127 kubitus.
Fiziniai pagrindai: esminiai dalykai
Kas leis kvantiniams kompiuteriams geriau, greičiau ir efektyviau spręsti problemas nei klasikinės mašinos? Kas užtikrins kvantinę viršenybę?
Kvantinė kompiuterija, kaip rodo pavadinimas,remiantis kvantinės fizikos procesais. Remiantis kvantinės fizikos postulatu, iki matavimo momento elektronas (ar kita mažiausia dalelė, pavyzdžiui, fotonas) neturi vienareikšmių koordinačių, bet vienu metu yra visuose orbitos taškuose. Ši visų dalelės būsenų sumos sritis vadinama elektronų debesimi. Supaprastintai galime pasakyti, kad šis elektronų debesis yra fizinis kubitas (q-bit, kvantinis bitas) – pagrindinis informacijos vienetas kvantinėje kompiuterijoje.
Kubitai atlieka tą patį vaidmenį kvantiniame skaičiavimekaip klasikinio skaičiavimo bitai. Bet jei klasikiniai bitai yra dvejetainiai ir gali būti tik 0 arba 1 padėtyje, tada kubitai yra visų galimų būsenų superpozicijoje. Todėl kvantinis kompiuteris problemą išsprendžia ne nuosekliai surašydamas, o iš karto apsvarsčius daugybę galimų variantų. Natūralu, kad skaičiavimo greitis žymiai padidėja.
Kita svarbi savybė yra susipynimas.Šis reiškinys apibūdina tokią kvantinių dalelių savybę, kai tolimųjų dalelių bendrų matavimų rezultatai yra koreliuojami, o dalelių matavimai atskirai yra visiškai atsitiktiniai. Kuo daugiau kubitų pavyksta supainioti kurdami vieną sistemą, tuo kompiuteris bus galingesnis ir tuo sudėtingesnes užduotis galėsite išspręsti.
Kubitai kvantiniame skaičiavime atlieka tą patį vaidmenį kaip ir klasikinio skaičiavimo bitai
Dabartinė būklė ir problemos
Žiniasklaidoje nuolat pasirodo informacija apie viskąnaujų kvantinių skaičiavimų pasiekimų – pavyzdžiui, 2019 metų pabaigoje Google garsiai paskelbė apie kvantinio pranašumo pasiekimą. Tačiau realybė yra tokia, kad iki šiol kvantiniai kompiuteriai sprendžia tik labai specializuotas užduotis.
Pavyzdžiui, nuotraukų ataskaitų platinimo algoritmas,kuris buvo parodytas Kinijoje Jiuzhang kompiuteryje. Ši problema yra viena iš tų, kurios buvo pasiūlytos siekiant parodyti kvantinį pranašumą. O kvantiniai kompiuteriai su tokiomis užduotimis susidoroja daug efektyviau nei superkompiuteriai.
Tačiau kol kvantinis kompiuteris apskaičiuoja savybesmedžiagos, bet tik pačios paprasčiausios ir žinomiausios. O norint sukurti norimas savybes turinčias medžiagas ar optimizuoti logistikos srautus, jėgų neužtenka. Kol kas galingiausią kvantinį procesorių sukūrė IBM ir jis turi 127 kubitus. O norint išspręsti straipsnio pradžioje paminėtas problemas, prireiks tūkstančių kubitų. Tačiau negalima nepasakyti, kad per pastaruosius dešimt metų kvantinio skaičiavimo srityje padaryta didžiulė pažanga ir kol kas nėra jokių matomų kliūčių pažangai.
Tačiau problemų tikrai yra.Pavyzdžiui, čia kalbama apie kvantinės atminties sukūrimą, kuri leistų grįžti prie konkrečios problemos sprendimo ir išsaugoti skaičiavimų rezultatus. Sistemos mastelio, koherencijos laiko didinimo, klaidų taisymo klausimai – nuo viso to priklauso skaičiavimo galios didėjimas. Daug klausimų kyla ir programinėje dalyje, kadangi norint dirbti su skaičiavimų rezultatais, kvantinio skaičiavimo metu gautus duomenis turime „išversti“ į klasikinių skaičiavimų kalbą. O darbui dar laukia didžiulis laukas.
Superkompiuteris ne viską gali, bet išspręs aibę problemų
Kai aplinkinė tikrovė nuolat keičiasi,Noriu užduoti naivų klausimą – ar pakankamai galingas kvantinis kompiuteris galėtų visa tai „nuspėti“ iš anksto? Atsakymas: ne, jokia kompiuterinė sistema neturi numatymo dovanos.
Tačiau būtent tokiame greitai besikeičiančiamesituaciją, kvantinis kompiuteris padėtų pasirinkti optimalią strategiją rinkoje, rastų geriausius logistikos variantus, o tai ypač vertinga sąlygomis, kai situacija transporto rinkoje nestabili. Tačiau kol kas nė vienoje pasaulio šalyje nėra galingos kvantinės mašinos, kuri galėtų susidoroti su tokiomis užduotimis. O ateinančiais metais vargu ar tai atsiras.
Skaityti daugiau:
Mokslininkai rado juodąją skylę, kuri yra 50 kartų didesnė už galaktikas
Fizikai įrodė, kad žemoje temperatūroje vanduo virsta dviem skysčiais
Rusija išrado lydinį, kuris gali atlaikyti termobranduolinio reaktoriaus energiją