Możliwości komputerów kwantowych
Komputery kwantowe nie zastąpią klasycznych maszyn liczących,
- Wyszukiwanie nieustrukturyzowanych danych w tablicach jestzdjęcia, wideo, audio, pliki tekstowe bez znaczników. Wyszukiwanie i analiza plików w dużej liczbie wiąże się z fragmentacją formatów, języków, kontekstu i innych parametrów. Ale jasne jest, że wolumeny rosną z roku na rok, a to jest najważniejsza informacja dla naukowców, marketerów i specjalistów ds. bezpieczeństwa. Zakłada się, że komputery kwantowe z łatwością wykonają kilka operacji równolegle i szybciej przeszukują takie bazy danych.
- Optymalizacja:wyszukaj najlepsze rozwiązanie, biorąc pod uwagę pożądany wynik i ograniczenia. Poprawi to realizację, pomoże w podejmowaniu decyzji na szybko zmieniających się rynkach i lepiej zarządza przepływami ruchu.
- Modelowanie układów kwantowych, w tymtakie jak cząsteczki nowych materiałów lub leków. Komputer kwantowy świetnie poradziłby sobie ze złożonością i niepewnością takich systemów. Obejmuje to również modelowanie reakcji chemicznych i interakcji fizycznych.
- Rozwiązywanie problemów matematycznych, które są niesamowicie trudnedla klasycznych komputerów. Jest to ważna cecha komputerów kwantowych, która otworzy nową stronę w kryptografii - najczęstsze systemy szyfrowania będą podatne na ataki.
Jak dotąd najpotężniejszy procesor kwantowy został stworzony przez IBM i ma 127 kubitów.
Podstawy fizyczne: podstawy
Co pozwoli komputerom kwantowym rozwiązywać problemy lepiej, szybciej i wydajniej niż klasyczne maszyny? Co zapewni supremację kwantową?
Obliczenia kwantowe, jak sama nazwa wskazuje,w oparciu o procesy fizyki kwantowej. Zgodnie z postulatem fizyki kwantowej, do momentu pomiaru elektron (lub inna najmniejsza cząstka, np. foton) nie ma jednoznacznych współrzędnych, ale znajduje się jednocześnie we wszystkich punktach orbity. Ten obszar sumy wszystkich stanów cząstki nazywa się chmurą elektronów. W uproszczeniu możemy powiedzieć, że ta chmura elektronów to fizyczny kubit (q-bit, quantum bit) - podstawowa jednostka informacji w obliczeniach kwantowych.
Kubity odgrywają tę samą rolę w obliczeniach kwantowychjak bity w obliczeniach klasycznych. Ale jeśli klasyczne bity są binarne i mogą znajdować się tylko w pozycji 0 lub 1, to kubity znajdują się w superpozycji wszystkich możliwych stanów. Dlatego komputer kwantowy rozwiązuje problem nie przez sekwencyjne wyliczanie, ale przez rozważenie wielu możliwych opcji naraz. Oczywiście szybkość obliczeń radykalnie wzrasta.
Kolejną ważną właściwością jest splątanie.Zjawisko to opisuje taką właściwość cząstek kwantowych, gdy wyniki wspólnych pomiarów cząstek odległych okazują się skorelowane, podczas gdy pomiary cząstek osobno są całkowicie losowe. Im więcej kubitów uda ci się pomylić, tworząc jeden system, tym potężniejszy będzie komputer i tym bardziej złożone zadania możesz rozwiązać.
Kubity odgrywają taką samą rolę w obliczeniach kwantowych, jak bity w obliczeniach klasycznych
Stan obecny i problemy
W mediach nieustannie pojawiają się informacje o wszystkimnowe postępy w obliczeniach kwantowych – na przykład pod koniec 2019 roku Google głośno ogłosiło osiągnięcie wyższości kwantowej. W rzeczywistości jednak komputery kwantowe rozwiązują tylko wysoce wyspecjalizowane problemy.
Na przykład algorytm dystrybucji fotoreportaży,który został pokazany w Chinach na komputerze Jiuzhang. Ten problem jest jednym z tych, które zostały zaproponowane w celu wykazania wyższości kwantowej. A komputery kwantowe radzą sobie z takimi zadaniami znacznie wydajniej niż superkomputery.
Ale podczas gdy komputer kwantowy oblicza właściwościsubstancje, ale tylko te najprostsze i najbardziej znane. A za mało mocy, by tworzyć substancje o pożądanych właściwościach lub optymalizować przepływy logistyczne. Jak dotąd najpotężniejszy procesor kwantowy został stworzony przez IBM i ma 127 kubitów. A do rozwiązania problemów wymienionych na początku artykułu potrzebne będą tysiące kubitów. Nie można jednak nie powiedzieć, że postęp w dziedzinie informatyki kwantowej w ciągu ostatnich dziesięciu lat był ogromny i jak dotąd nie ma widocznych przeszkód dla postępu.
Ale problemy z pewnością istnieją.Na przykład jest to kwestia stworzenia pamięci kwantowej, która pozwoliłaby na powrót do rozwiązania konkretnego problemu i przechowywanie wyników obliczeń. Zagadnienia skalowania systemu, zwiększania czasu koherencji, korekcji błędów - od tego zależy wzrost mocy obliczeniowej. W części programowej jest też wiele pytań, ponieważ aby pracować z wynikami obliczeń, musimy „przetłumaczyć” dane uzyskane w obliczeniach kwantowych na język obliczeń klasycznych. A pole do pracy jest jeszcze ogromne.
Superkomputer nie może zrobić wszystkiego, ale rozwiąże kilka problemów
Kiedy rzeczywistość wokół stale się zmienia,Chcę zadać naiwne pytanie - czy wystarczająco mocny komputer kwantowy może to wszystko "przewidzieć" z góry? Odpowiedź: nie, żaden system komputerowy nie ma daru przewidywania.
Ale to właśnie w tak szybko się zmieniakomputer kwantowy pomógłby w wyborze optymalnej strategii na rynku, znalazłby najlepsze opcje logistyczne, co jest szczególnie cenne w warunkach, gdy sytuacja na rynku transportowym jest niestabilna. Ale jak dotąd w żadnym kraju na świecie nie ma potężnej maszyny kwantowej, która poradziłaby sobie z takimi zadaniami. A w najbliższych latach raczej się nie pojawi.
Czytaj więcej:
Naukowcy odkryli czarną dziurę, która jest 50 razy większa niż galaktyki
Fizycy wykazali, że w niskich temperaturach woda zamienia się w dwie ciecze
Rosja wynalazła stop, który może wytrzymać energię reaktora termojądrowego