Ce este un computer cuantic
Principala diferență dintre calculatoarele cuantice și tranzistorul tradițional,
Pe un computer clasic, un bit poate stocadoar un număr: zero sau unul. Cu toate acestea, fizica cuantică permite o suprapunere a stărilor. Un bit cuantic poate fi în zero și o stare în același timp - și acest lucru deschide oportunități incredibile pentru calcul ultra-rapid.
Pentru aceasta are nevoie de mii de super-puterniciprocesoare. Ca rezultat, calculele, care vor dura un computer puternic de jocuri pe săptămână, supercomputerul efectuează într-o zi. Cu toate acestea, este important ca programele să funcționeze corect, ținând cont de caracteristicile tehnice ale mașinii. În caz contrar, ceea ce funcționează corect pe 100 de procesoare va încetini mult cu 200.
Calculatoarele cuantice stochează și procesează datefolosind biți cuantici - qubiți. Acesta din urmă nu numai că poate porni și dezactiva, dar poate fi, de asemenea, într-o stare tranzitorie sau chiar poate fi pornit și oprit în același timp. Continuarea analogiei cu becurile: un qubit este ca o lumină pe care ați oprit-o, dar continuă să clipească. Sau pisica lui Schrödinger, care este în viață și moartă.
Deoarece luminile dintr-un computer cuantic sunt aprinse și stinse în același timp, acest lucru economisește mult timp. Prin urmare, rezolvă probleme complexe mult mai rapid decât chiar și un dispozitiv clasic foarte puternic.
În 2001, Isaac Chuang, șefGrupul de cercetare de laborator IBM, un profesor adjunct al MIT și un pionier în domeniul calculului cuantic, a construit un computer cuantic bazat pe o singură moleculă. Rezultatele, care au fost publicate în Nature, au reprezentat prima implementare experimentală a algoritmului lui Shor - un algoritm de factorizare cuantică (factorizarea unui număr în factori primi) care permite factorizarea unui număr în timp.
Când ai prea mulți atomi, estearata ca o padure mare. A fost foarte greu să controlezi un atom cu cel anterior. Provocarea este să implementezi [algoritmul] într-un sistem suficient de izolat: în același timp, trebuie să rămână mecanic cuantic suficient de mult pentru ca tu să poți implementa efectiv întregul algoritm.
Nume Prenume
Calculatoarele cuantice arată diferit de computerele obișnuite. Acestea sunt cilindri mari de metal cu fire răsucite care sunt coborâți în unități de refrigerare.
Ele pot fi folosite pentru diferite sarcini,inclusiv calcule în chimie și fizică sau pentru a crea noi materiale. Un alt domeniu de aplicare a unui computer cuantic este criptografia și problemele de securitate. Aceste probleme sunt resimțite cel mai acut de organizațiile financiare și de bănci, ceea ce nu este surprinzător: recent au existat scandaluri despre scurgeri și hack-uri.
Capacitățile unui computer cuantic vor permiteobțineți acces la orice informație, așa că este timpul să vă gândiți la protejarea acestora cu ajutorul tehnologiilor relevante sau la utilizarea unui computer cuantic pentru a crea o criptare îmbunătățită.
Ce înseamnă „superioritate cuantică”?
Supremația cuantică este capacitatea de a rezolva o problemă care depășește capacitățile celor mai moderne supercomputere.
În ultimii ani, s-au înregistrat progrese semnificativerealizat în dezvoltarea unei platforme supraconductoare. Esența superiorității cuantice constă în faptul că un computer cuantic rezolvă eficient o problemă pentru care un supercomputer clasic necesită mult timp.
Prima descoperire a avut loc la sfârșitul lunii octombrie 2019,când Google a anunțat că a dezvoltat computerul cuantic Google Sycamore: conform datelor lor, sistemul a făcut față sarcinii în 200 de secunde, ceea ce ar necesita aproximativ 10 mii de ani de muncă a supercomputerelor clasice. Acesta este ceea ce au numit termenul „superioritate cuantică”.
Cu toate acestea, activitatea companiei a fost întâmpinată cu o cotăscepticism, și concurenții IBM au calculat că, de fapt, problema utilizată poate fi rezolvată în câteva zile - suficient pentru un avantaj, dar nu pentru o superioritate deplină.
Următoarea etapă în dezvoltarea computerelor cuanticea căzut la începutul lunii decembrie 2020. Pe 4 decembrie, a devenit cunoscut faptul că oamenii de știință chinezi au creat un prototip al unui computer cuantic „Jiuzhang”, care a făcut față algoritmului standard de verificare de 10 miliarde de ori mai rapid decât Sycamore, un prototip de 53 de qubit al unui computer cuantic de la Google. Compania a declarat că dezvoltarea sa a atins și excelența cuantică.
Oamenii de știință au testat capacitatea de calcul„Jiuzhang” folosind algoritmul special GBS. Sistemul a făcut față cu el de 100 de trilioane de ori mai repede decât cel mai puternic supercomputer din existență. În plus, dezvoltatorii au spus că puterea de calcul a dispozitivului lor este de 10 miliarde de ori mai mare decât Sycamore.
În 2001, Chuang, un pionier în domeniul cuanticde calcul, a proiectat un computer cuantic bazat pe o singură moleculă care ar putea fi ținută în suprapunere și manipulată prin rezonanță magnetică nucleară pentru a multiplica numărul 15. Rezultatele, care au fost publicate în Nature, au reprezentat prima implementare experimentală a algoritmului Shor. Dar sistemul nu era scalabil; pe măsură ce s-au adăugat mai mulți atomi, a devenit mai dificil de controlat sistemul.
Cum vor fi utilizate noile computere cuantice?
Una dintre cele mai importante aplicații ale cuanticuluicomputer acum - descompunere în numere prime. Faptul este că toată criptografia modernă se bazează pe faptul că nimeni nu poate descompune rapid un număr de 30-40 de cifre (sau mai multe) în factori primi. Pe un computer tipic, va dura miliarde de ani. Un computer cuantic poate face acest lucru în aproximativ 18 secunde.
Dacă presupunem faptul că prezența unei cuanticecomputerul după un timp va deveni o normă socială, caz în care nu vor exista secrete în întregul spațiu cibernetic, deoarece orice algoritmi de criptare pot fi imediat sparte și pot avea acces la orice. Acest lucru se aplică tuturor - de la transferuri bancare la mesaje în messenger.
Calculatoarele cuantice sunt, de asemenea, excelente pentrumodelarea situațiilor complexe, de exemplu, calcularea proprietăților fizice ale noilor elemente la nivel molecular. Poate că acest lucru va permite găsirea mai rapidă a unor noi medicamente sau rezolvarea unor sarcini complexe care consumă resurse.
Ce mai poate face?
- Bazele de date și căutarea de către acestea.
Lucrul cu Big Data va deveni incredibil de rapid.Shazam, rutare, rețele neuronale, inteligență artificială - toate acestea vor primi un impuls incredibil. De asemenea, va fi posibil să se construiască modele de interacțiune a compușilor proteici complecși. Acesta va fi un pas foarte important pentru medicină, deschizând oportunități pentru crearea de medicamente viitoare, înțelegerea modului în care diferiți viruși ne afectează și așa mai departe.
- Aplicații la criptografie.
Datorită vitezei extraordinare de descompunere în simplumultiplicatori un computer cuantic va permite decriptarea mesajelor criptate de algoritmul criptografic RSA utilizat pe scară largă. Până în prezent, acest algoritm este considerat relativ fiabil, deoarece un mod eficient de a calcula numerele în factori primi pentru un computer clasic este în prezent necunoscut. Datorită algoritmului cuantic al lui Shor, această sarcină devine destul de fezabilă dacă este construit un computer cuantic.
- Cercetări în inteligența artificială.
Calculatoarele cuantice sunt, în teorie, potrivitepentru nevoile de învățare automată. Ei manipulează cantități mari de date într-o singură trecere și sunt capabili să simuleze o rețea neuronală de dimensiuni exponențiale. În 2013, Google Corporation a anunțat deschiderea unui laborator de cercetare cuantică în domeniul inteligenței artificiale. Volkswagen efectuează cercetări privind utilizarea computerelor cuantice pentru a dezvolta mașini cu conducere automată și noi tipuri de baterii de stocare (folosind computere cuantice de la Google și D-Wave). În noiembrie 2018, preocuparea a anunțat dezvoltarea unui sistem de gestionare a traficului (cu integrarea vehiculelor fără pilot în acesta), care funcționează folosind computere cuantice D-Wave.
- Modelare moleculară.
Se presupune că folosirea cuanticăcomputerele vor putea simula cu acuratețe interacțiunile moleculare și reacțiile chimice. Reacțiile chimice au o natură cuantică. Pentru computerele clasice, se pot calcula numai molecule relativ simple. Potrivit experților, simularea pe computerele cuantice deschide noi perspective pentru dezvoltarea industriei chimice, în special în crearea de medicamente
Și ce zici de Rusia?
Rusia este implicată activ în cursa cuantică, aproximativAceasta a fost scrisă de Nature acum aproximativ un an. De asemenea, a fost adoptată o „foaie de parcurs pentru dezvoltarea calculelor cuantice”. În ceea ce privește starea actuală, Rusia a creat elemente cheie pentru toate platformele majore de calcul cuantic.
Următorul pas este să le scalați șidemonstrarea rezolvării problemelor cu ajutorul acestora. Trebuie remarcat faptul că programul se concentrează nu numai pe hardware și procesoare, ci și pe software. Următoarea descoperire în calculul cuantic necesită cu siguranță idei originale - un punct de vedere tradițional puternic al oamenilor de știință ruși.
La sfârșitul lunii noiembrie 2020 a devenit cunoscutcrearea consorțiului National Quantum Laboratory (NKL). Consorțiul, care a inclus structuri Rosatom, Fundația Skolkovo și universități, va exporta tehnologii cuantice și va dezvolta infrastructura. Dar sarcina principală este de a crea un computer cuantic.
Ca parte a „foii de parcurs” „Calcul cuantic”este planificat să se construiască pe teritoriul Skolkovo un centru de nanofabricare cu o suprafață de 2 mii mp. m, precum și un complex avansat de laborator cu o suprafață de peste 3,5 mii de metri pătrați. m.
Printre principalii indicatori specificați în „drumharta ”, care sunt planificate a fi realizate, inclusiv prin crearea NKL, - până la sfârșitul anului 2024, membrii consorțiului ar trebui să creeze sisteme de calcul pe diferite platforme cuantice cu o capacitate de 30 până la 100 de qubiți, să înregistreze 40 de brevete internaționale pe an.
Citește și:
Ghețarul Doomsday s-a dovedit a fi mai periculos decât credeau oamenii de știință. Spunem principalul lucru
Vedeți cel mai mare aisberg luat vreodată din aer
China a testat pentru prima dată „soarele artificial”