Kas ir kvantu dators
Galvenā atšķirība starp kvantu datoriem un tradicionālajiem, tranzistoru,
Klasiskajā datorā var glabāt vienu bitutikai skaitlis: nulle vai viens. Kvantu fizika tomēr pieļauj stāvokļu superpozīciju. Kvantu bits var būt vienlaicīgi ar nulli un vienu stāvokli - un tas paver neticamas iespējas īpaši ātrai skaitļošanai.
Tam viņam vajag tūkstošiem īpaši spēcīgu cilvēkuprocesori. Rezultātā aprēķini, kas aizņems jaudīgu spēļu datoru nedēļā, superdators darbojas vienā dienā. Tomēr ir svarīgi, lai programmas darbotos pareizi, ņemot vērā mašīnas tehniskās īpašības. Pretējā gadījumā tas, kas pareizi darbojas 100 procesoros, ievērojami palēnināsies par 200.
Kvantu datori glabā un apstrādā datusizmantojot kvantu bitus - kubitus. Pēdējie var ne tikai ieslēgt un izslēgt, bet arī būt pārejošā stāvoklī vai pat vienlaikus ieslēgt un izslēgt. Turpinot līdzību ar spuldzēm: kvīts ir kā gaisma, kuru izslēdzāt, taču tā joprojām turpina mirgot. Vai Šrēdingera kaķis, kurš ir gan dzīvs, gan miris.
Tā kā kvantu datora gaismas ir ieslēgtas un izslēgtas vienlaikus, tas ietaupa daudz laika. Tāpēc tas atrisina sarežģītas problēmas daudz ātrāk nekā pat ļoti jaudīga klasiskā ierīce.
2001. gadā Īzaks Čuangs, vadītājsIBM laboratorijas pētniecības grupa, MIT adjunkts profesors un pionieris kvantu skaitļošanas jomā, ir izveidojis kvantu datoru, kura pamatā ir viena molekula. Rezultāti, kas tika publicēti Nature, atspoguļoja pirmo Šora algoritma eksperimentālo ieviešanu - kvantu faktorizācijas algoritmu (skaitļa faktorēšanu primārajos faktoros), kas ļauj faktorēt skaitli laikā.
Ja jums ir pārāk daudz atomu, tas irizskatās pēc liela meža. Bija ļoti grūti kontrolēt vienu atomu ar iepriekšējo. Izaicinājums ir ieviest [algoritmu] sistēmā, kas ir pietiekami izolēta: tajā pašā laikā tai ir jāpaliek kvantu mehāniskai pietiekami ilgi, lai jūs faktiski varētu īstenot visu algoritmu.
Vārds Uzvārds
Kvantu datori izskatās atšķirīgi no parastajiem datoriem. Tie ir lieli metāla cilindri ar savītiem vadiem, kas tiek nolaisti saldēšanas iekārtās.
Tos var izmantot dažādiem uzdevumiem,ieskaitot aprēķinus ķīmijā un fizikā vai radīt jaunus materiālus. Vēl viena kvantu datora pielietojuma joma ir kriptogrāfija un drošības jautājumi. Šos jautājumus vissmagāk izjūt finanšu organizācijas un bankas, kas nav pārsteidzoši: pēdējā laikā ir bijuši skandāli par informācijas nopludināšanu un uzlaušanu.
Kvantu datora iespējas ļauspiekļūt jebkurai informācijai, tāpēc ir pienācis laiks domāt par tās aizsardzību ar atbilstošu tehnoloģiju palīdzību vai par kvantu datora izmantošanu, lai izveidotu uzlabotu šifrēšanu.
Ko nozīmē "kvantu pārākums"?
Kvantu pārākums ir spēja atrisināt problēmu, kas pārsniedz modernāko superdatoru iespējas.
Pēdējos gados ir panākts ievērojams progresssasniegts supravadīšanas platformas izstrādē. Kvantu pārākuma būtība slēpjas faktā, ka kvantu dators ātri atrisina problēmu, kurai klasiskais superdators prasa milzīgu laiku.
Pirmais izrāviens notika 2019. gada oktobra beigās,kad Google paziņoja, ka viņi ir izstrādājuši kvantu datoru Google Sycamore: saskaņā ar viņu datiem sistēma ar uzdevumu tika galā 200 sekundēs, kas prasītu apmēram 10 tūkstošus gadu klasisko superdatoru. To viņi sauca par terminu "kvantu pārākums".
Tomēr uzņēmuma darbs tika sagaidīts ar daļuskepse, un konkurenti no IBM aprēķināja, ka faktiski izmantoto problēmu var atrisināt pāris dienu laikā - pietiekami, lai gūtu priekšrocības, bet ne pilnvērtīgu pārākumu.
Nākamais atskaites punkts kvantu datoru izstrādēkritās uz 2020. gada decembra sākumu. 4. decembrī kļuva zināms, ka ķīniešu zinātnieki ir izveidojuši kvantu datora "Jiuzhang" prototipu, kas ar standarta verifikācijas algoritmu tika galā 10 miljardus reižu ātrāk nekā Sycamore, 53 kvotu kvantu datora prototips no Google. Uzņēmums teica, ka tā attīstība ir sasniegusi arī kvantu izcilību.
Zinātnieki ir pārbaudījuši skaitļošanas spējas"Jiuzhang", izmantojot īpašu GBS algoritmu. Sistēma ar to tika galā 100 triljonus reižu ātrāk nekā jaudīgākais superdators, kāds pastāv. Turklāt izstrādātāji teica, ka viņu ierīces skaitļošanas jauda ir 10 miljardus reižu lielāka nekā Sycamore.
2001. gadā Chuang, kvantu pionierisaprēķinu, uzbūvēja kvantu datoru, kas balstīts uz vienu molekulu, kuru varēja turēt superpozīcijā un ar kodolmagnētiskās rezonanses palīdzību manipulēt, lai reizinātu 15. Rezultāti, kas tika publicēti Nature, pārstāvēja pirmo Šora algoritma eksperimentālo ieviešanu. Bet sistēma nebija mērogojama; kad pievienoja vairāk atomu, kļuva grūtāk kontrolēt sistēmu.
Kā tiks izmantoti jaunie kvantu datori?
Viens no svarīgākajiem kvantu pielietojumiemdators tagad - sadalīšanās pirmskaitļos. Fakts ir tāds, ka visas mūsdienu kriptogrāfijas pamatā ir fakts, ka neviens nevar ātri sadalīt 30-40 ciparus (vai vairāk) galvenajos faktoros. Parastā datorā tas prasīs miljardiem gadu. Kvantu dators to var izdarīt apmēram 18 sekundēs.
Ja mēs pieņemam faktu, ka kvantu klātbūtnedators pēc kāda laika kļūs par sociālo normu, un tādā gadījumā visā kibertelpā nebūs noslēpumu, jo visus šifrēšanas algoritmus var uzreiz uzlauzt un piekļūt jebkuram. Tas attiecas uz visu - sākot ar bankas pārskaitījumiem un beidzot ar ziņojumiem kurjerā.
Arī kvantu datori ir lieliski piemērotimodelējot sarežģītas situācijas, piemēram, aprēķinot jaunu elementu fizikālās īpašības molekulārā līmenī. Tas, iespējams, ļaus ātrāk atrast jaunas zāles vai atrisināt sarežģītus, resursu ietilpīgus uzdevumus.
Ko viņš vēl var darīt?
- Datu bāzes un meklēšana pēc tām.
Darbs ar lielajiem datiem kļūs neticami ātrs.Shazam, maršrutēšana, neironu tīkli, mākslīgais intelekts — tas viss saņems neticamu stimulu. Būs iespējams veidot arī sarežģītu olbaltumvielu savienojumu mijiedarbības modeļus. Tas būs ļoti nozīmīgs solis medicīnai, paverot iespējas radīt nākotnes zāles, saprast, kā dažādi vīrusi mūs ietekmē utt.
- Pielietojums kriptogrāfijai.
Sakarā ar milzīgo ātrumu sadalīšanās vienkāršāreizinātāji kvantu dators ļaus atšifrēt ziņojumus, kas šifrēti ar plaši izmantoto RSA kriptogrāfisko algoritmu. Līdz šim šis algoritms tiek uzskatīts par samērā uzticamu, jo klasiskā datora efektīvs skaitļu faktorēšanas veids galvenajos faktoros pašlaik nav zināms. Pateicoties Šora kvantu algoritmam, šis uzdevums kļūst diezgan iespējams, ja tiek uzbūvēts kvantu dators.
- Mākslīgā intelekta izpēte.
Kvantu datori teorētiski ir piemērotimašīnmācīšanās vajadzībām. Viņi vienā piegājienā manipulē ar lielu datu apjomu un spēj simulēt eksponenciāla izmēra neironu tīklu. 2013. gadā Google korporācija paziņoja par kvantu pētījumu laboratorijas atvēršanu mākslīgā intelekta jomā. Volkswagen veic pētījumus par kvantu datoru izmantošanu, lai izstrādātu pašpiedziņas automašīnas un jauna veida akumulatorus (izmantojot Google un D-Wave kvantu datorus). 2018. gada novembrī koncerns paziņoja par satiksmes vadības sistēmas izstrādi (tajā iekļaujot bezpilota transportlīdzekļus), strādājot, izmantojot D-Wave kvantu datorus.
- Molekulārā modelēšana.
Tiek pieņemts, ka, izmantojot kvantudatori spēs precīzi simulēt molekulu mijiedarbību un ķīmiskās reakcijas. Ķīmiskās reakcijas ir kvantu rakstura. Klasiskajiem datoriem var aprēķināt tikai salīdzinoši vienkāršas molekulas. Pēc ekspertu domām, simulācija uz kvantu datoriem paver jaunas perspektīvas ķīmiskās rūpniecības attīstībai, jo īpaši narkotiku radīšanā
Un kā ar Krieviju?
Krievija aktīvi iesaistās kvantu skrējienā, apmēramTo Nature rakstīja apmēram pirms gada. Ir pieņemts arī "ceļvedis kvantu skaitļošanas attīstībai". Runājot par pašreizējo statusu, Krievija ir izveidojusi galvenos elementus visām galvenajām kvantu skaitļošanas platformām.
Nākamais solis ir to mērogošana unproblēmu risināšanas demonstrēšana ar to palīdzību. Jāatzīmē, ka programma ir vērsta ne tikai uz aparatūru un procesoriem, bet arī uz programmatūru. Nākamajam kvantu skaitļošanas sasniegumam noteikti nepieciešamas oriģinālas idejas - krievu zinātnieku tradicionāli stiprā puse.
2020. gada novembra beigās kļuva zināms parNacionālās kvantu laboratorijas (NKL) konsorcija izveide. Konsorcijs, kurā ietilpa Rosatom struktūras, Skolkovo fonds un universitātes, eksportēs kvantu tehnoloģijas un attīstīs infrastruktūru. Bet galvenais uzdevums ir izveidot kvantu datoru.
Kā daļu no "plāna" "Quantum computing"Skolkovo teritorijā plānots uzbūvēt nanorūpniecības centru 2 tūkstošu kvadrātmetru platībā. m, kā arī modernu laboratoriju kompleksu, kura platība pārsniedz 3,5 tūkstošus kvadrātmetru. m.
Starp galvenajiem rādītājiem, kas norādīti "ceļākarte ”, kuras plānots sasniegt, tostarp izveidojot NCL, - līdz 2024. gada beigām konsorcija dalībniekiem uz dažādām kvantu platformām jāizveido skaitļošanas sistēmas ar jaudu no 30 līdz 100 kubitiem, un gadā jāreģistrē 40 starptautiskie patenti.
Lasīt arī:
Doomsday ledājs izrādījās bīstamāks, nekā domāja zinātnieki. Mēs sakām galveno
Skatiet lielāko aisbergu, kas jebkad ņemts no gaisa
Ķīna vispirms pārbaudīja "mākslīgo sauli"