Hva er en kvantecomputer
Hovedforskjellen mellom kvantedatamaskiner og tradisjonelle, transistor,
I en klassisk datamaskin kan en bit lagresbare et tall: null eller ett. Kvantefysikk tillater imidlertid en superposisjon av tilstander. En kvantebit kan være i null, og en tilstand samtidig - og dette åpner utrolige muligheter for ultra-rask databehandling.
For dette trenger han tusenvis av superkraftigeprosessorer. Som et resultat, utfører beregningene, som vil ta en kraftig spillcomputer i uken, superdatamaskinen på en dag. Det er imidlertid viktig at programmene fungerer som de skal, med tanke på maskinens tekniske funksjoner. Ellers vil det som fungerer riktig på 100 prosessorer redusere mye med 200.
Kvantedatamaskiner lagrer og behandler databruker kvantebiter - qubits. Sistnevnte kan ikke bare slå på og av, men også være i forbigående tilstand, eller til og med bli slått av og på samtidig. Fortsetter analogien med lyspærer: en qubit er som et lys du slo av, men det fortsetter å blinke. Eller Schrödingers katt, som er både levende og død.
Siden lysene i en kvantedatamaskin er av og på samtidig, sparer dette mye tid. Derfor løser den komplekse problemer mye raskere enn til og med en veldig kraftig klassisk enhet.
I 2001, Isaac Chuang, lederIBM lab forskergruppe, en MIT adjungert professor og en pioner innen kvantedatabehandling, har konstruert en kvantedatamaskin basert på et enkelt molekyl. Resultatene, som ble publisert i Nature, representerte den første eksperimentelle implementeringen av Shors algoritme - en kvantefaktoriseringsalgoritme (faktorerer et tall inn i primfaktorer) som lar en faktorisere et tall i tid.
Når du har for mange atomer er det detser ut som en stor skog. Det var veldig vanskelig å kontrollere ett atom med det forrige. Utfordringen er å implementere [algoritmen] i et system som er tilstrekkelig isolert: samtidig må det forbli kvantemekanisk lenge nok til at du faktisk kan implementere hele algoritmen.
Fornavn Etternavn
Kvantumaskiner ser annerledes ut enn vanlige datamaskiner. Dette er store metallsylindere med vridde ledninger som senkes ned i kjøleenheter.
De kan brukes til forskjellige oppgaver,inkludert beregninger i kjemi og fysikk eller for å lage nye materialer. Et annet bruksområde for en kvantedatamaskin er kryptografi og sikkerhetsproblemer. Disse problemene føles mest akutt av finansielle organisasjoner og banker, noe som ikke er overraskende: nylig har det vært skandaler om lekkasjer og hacks.
Mulighetene til en kvantecomputer tillater detfå tilgang til all informasjon, så det er på tide å tenke på å beskytte den ved hjelp av relevant teknologi, eller bruke en kvantecomputer for å skape forbedret kryptering.
Hva betyr "kvanteoverlegenhet"?
Quantum supremacy er evnen til å løse et problem som ligger utenfor kapasiteten til de mest moderne superdatamaskiner.
De siste årene har betydelige fremskritt værtoppnådd i utviklingen av en superledende plattform. Essensen av kvanteoverlegenhet ligger i det faktum at en kvantecomputer effektivt løser et problem som en klassisk superdatamaskin tar enorm tid for.
Det første gjennombruddet skjedde i slutten av oktober 2019,da Google kunngjorde at de hadde utviklet kvantecomputeren Google Sycamore: ifølge deres data taklet systemet oppgaven på 200 sekunder, noe som ville kreve omtrent 10 tusen års arbeid med klassiske superdatamaskiner. Dette er det de kalte begrepet "kvanteoverlegenhet".
Imidlertid ble selskapets arbeid møtt med en andelskepsis, og konkurrenter fra IBM beregnet at faktisk det brukte problemet kan løses på et par dager - nok for en fordel, men ikke for en fullverdig overlegenhet.
Den neste milepælen i utviklingen av kvantecomputerefalt i begynnelsen av desember 2020. 4. desember ble det kjent at kinesiske forskere har laget en prototype av en kvantecomputer "Jiuzhang", som taklet standardverifiseringsalgoritmen 10 milliarder ganger raskere enn Sycamore, en 53-qubit prototype av en kvantecomputer fra Google. Selskapet sa at utviklingen også har oppnådd kvanteekspertise.
Forskere har testet beregningsevnen"Jiuzhang" ved hjelp av den spesielle GBS-algoritmen. Systemet taklet det 100 billioner ganger raskere enn den mektigste superdatamaskinen som eksisterte. I tillegg sa utviklerne at datakraften til enheten deres er 10 milliarder ganger større enn Sycamore.
I 2001 Chuang, en pioner innen kvanteberegning, designet en kvantecomputer basert på et enkelt molekyl som kunne holdes i superposisjon og manipuleres av kjernemagnetisk resonans for å multiplisere tallet 15. Resultatene, som ble publisert i Nature, representerte den første eksperimentelle implementeringen av Shors algoritme. Men systemet var ikke skalerbart; ettersom flere atomer ble tilsatt, ble det vanskeligere å kontrollere systemet.
Hvordan vil de nye kvantecomputere brukes?
En av de viktigste anvendelsene av kvantedatamaskin nå - spaltning i primtall. Faktum er at all moderne kryptografi er basert på at ingen raskt kan spalte et antall på 30-40 sifre (eller mer) til hovedfaktorer. På en vanlig datamaskin vil det ta milliarder av år. En kvantecomputer kan gjøre dette på omtrent 18 sekunder.
Hvis vi antar det faktum at tilstedeværelsen av et kvantedatamaskin etter en stund vil bli en sosial norm, i så fall vil det ikke være noen hemmeligheter i hele cyberspace, siden krypteringsalgoritmer kan umiddelbart hackes og få tilgang til noe. Dette gjelder alt - fra bankoverføringer til meldinger i messenger.
Kvantumdatamaskiner er også gode formodellering av komplekse situasjoner, for eksempel beregning av de fysiske egenskapene til nye elementer på molekylært nivå. Dette vil kanskje tillate raskere å finne nye medisiner eller løse komplekse ressurskrevende oppgaver.
Hva mer kan han gjøre?
- Databaser og søk etter dem.
Å jobbe med Big Data vil bli utrolig raskt.Shazam, ruting, nevrale nettverk, kunstig intelligens - alt dette vil få et utrolig løft. Det vil også være mulig å bygge modeller for interaksjonen av komplekse proteinforbindelser. Dette vil være et veldig viktig skritt for medisin, åpne muligheter for å lage fremtidige medisiner, forstå hvordan ulike virus påvirker oss, og så videre.
- Søknader om kryptografi.
På grunn av den enorme hastigheten på nedbrytning til enkelmultiplikatorer en kvantecomputer vil tillate dekryptering av meldinger kryptert av den mye brukte RSA kryptografiske algoritmen. Inntil nå er denne algoritmen ansett som relativt pålitelig, siden en effektiv måte å faktorisere tall til hovedfaktorer for en klassisk datamaskin for øyeblikket er ukjent. Takket være Shors kvantealgoritme blir denne oppgaven ganske gjennomførbar hvis det bygges en kvantecomputer.
- Forskning innen kunstig intelligens.
Quantum-datamaskiner passer i teorien godtfor maskinlæringsbehov. De manipulerer store datamengder i ett enkelt pass og er i stand til å simulere et eksponensielt stort nevralt nettverk. I 2013 kunngjorde Google Corporation åpningen av et kvanteforskningslaboratorium innen kunstig intelligens. Volkswagen forsker på bruk av kvantecomputere for å utvikle selvkjørende biler og nye typer lagringsbatterier (ved hjelp av kvantecomputere fra Google og D-Wave). I november 2018 kunngjorde bekymringen utviklingen av et trafikkstyringssystem (med integrering av ubemannede kjøretøy i det), som arbeidet med D-Wave kvantecomputere.
- Molekylær modellering.
Det antas at bruk av kvantedatamaskiner vil være i stand til å simulere molekylære interaksjoner og kjemiske reaksjoner nøyaktig. Kjemiske reaksjoner er kvante i naturen. For klassiske datamaskiner kan bare relativt enkle molekyler beregnes. Ifølge eksperter åpner simulering på kvantecomputere for nye muligheter for utviklingen av den kjemiske industrien, spesielt i dannelsen av medisiner
Og hva med Russland?
Russland er aktivt involvert i kvanteløpet, ca.Dette ble skrevet av Nature for omtrent et år siden. En "veikart for utvikling av kvanteberegning" er også vedtatt. Når det gjelder nåværende status, har Russland opprettet nøkkelelementer for alle større kvanteberegningsplattformer.
Det neste trinnet er å skalere dem opp ogdemonstrasjon av problemløsning ved hjelp av dem. Det skal bemerkes at programmet ikke bare fokuserer på maskinvare og prosessorer, men også på programvare. For neste gjennombrudd innen kvanteberegning er det absolutt behov for originale ideer - et tradisjonelt sterkt poeng for russiske forskere.
I slutten av november 2020 ble det kjent omopprettelsen av konsortiet National Quantum Laboratory (NKL). Konsortiet, som inkluderte Rosatom-strukturer, Skolkovo Foundation og universiteter, vil eksportere kvanteteknologier og utvikle infrastruktur. Men hovedoppgaven er å lage en kvantedatamaskin.
Som en del av "veikartet" "Quantum computing"det er planlagt å bygge et nanofabrikasjonssenter med et område på 2000 kvadratmeter på territoriet til Skolkovo. m, samt et avansert laboratoriekompleks med et areal på mer enn 3,5 tusen kvadratmeter. m.
Blant de viktigste indikatorene spesifisert i "veienkart ”, som er planlagt oppnådd, inkludert gjennom opprettelsen av NKL, - innen utgangen av 2024 bør konsortiemedlemmene lage databehandlingssystemer på forskjellige kvanteplattformer med en kapasitet på 30 til 100 qubits, registrere 40 internasjonale patenter pr. år.
Les også:
Dommedagsbreen viste seg å være farligere enn forskere trodde. Vi forteller det viktigste
Se det største isfjellet som noen gang er tatt fra luften
Kina testet først "kunstig sol"