Capabilitățile calculatoarelor cuantice
Calculatoarele cuantice nu vor înlocui mașinile de calcul clasice,
- Căutarea datelor nestructurate în matrice estefișiere foto, video, audio, text fără marcaj. Căutarea și analiza fișierelor în număr mare este asociată cu fragmentarea formatelor, limbilor, contextului și alți parametri. Dar este clar că volumele cresc în fiecare an, iar aceasta este cea mai importantă informație pentru oameni de știință, marketeri și specialiști în securitate. Se presupune că calculatoarele cuantice vor efectua cu ușurință mai multe operațiuni în paralel și vor căuta mai rapid prin astfel de baze de date.
- Optimizare:caută cea mai bună soluție, ținând cont de rezultatul dorit și de restricții. Acest lucru va îmbunătăți livrarea, va ajuta la luarea deciziilor pe piețele în schimbare rapidă și va gestiona mai bine fluxurile de trafic.
- Modelarea sistemelor cuantice, inclusivcum ar fi molecule de materiale noi sau medicamente. Un computer cuantic ar fi excelent pentru a gestiona complexitatea și incertitudinea unor astfel de sisteme. Aceasta include, de asemenea, modelarea reacțiilor chimice și a interacțiunilor fizice.
- Rezolvarea problemelor de matematică care sunt incredibil de dificilepentru calculatoare clasice. Aceasta este o caracteristică importantă a computerelor cuantice, care va deschide o nouă pagină în criptografie - cele mai comune sisteme de criptare vor fi vulnerabile.
Până acum, cel mai puternic procesor cuantic a fost creat de IBM și are 127 de qubiți.
Bazele fizice: esențiale
Ce va permite calculatoarelor cuantice să rezolve probleme mai bine, mai rapid și mai eficient decât mașinile clasice? Ce va asigura supremația cuantică?
Calculul cuantic, după cum sugerează și numele,bazat pe procesele fizicii cuantice. Conform postulatului fizicii cuantice, până în momentul măsurării, un electron (sau o altă particulă cea mai mică, de exemplu, un foton) nu are coordonate clare, ci este situat simultan în toate punctele orbitei. Această zonă a sumei tuturor stărilor particulei se numește nor de electroni. Într-un mod simplificat, putem spune că acest nor de electroni este un qubit fizic (q-bit, bit cuantic) - unitatea de bază a informației în calculul cuantic.
Qubiții joacă același rol în calculul cuanticca biți în calculul clasic. Dar dacă biții clasici sunt binari și pot fi doar în poziția 0 sau 1, atunci qubiții sunt într-o suprapunere a tuturor stărilor posibile. Prin urmare, un computer cuantic rezolvă problema nu prin enumerare secvențială, ci luând în considerare multe opțiuni posibile simultan. Desigur, viteza de calcul crește radical.
O altă proprietate importantă este încurcarea.Acest fenomen descrie o astfel de proprietate a particulelor cuantice, atunci când rezultatele măsurătorilor comune ale particulelor îndepărtate se dovedesc a fi corelate, în timp ce măsurătorile particulelor separat sunt complet aleatorii. Cu cât reușiți să confundați mai mulți qubiți, creând un singur sistem, cu atât computerul devine mai puternic și cu atât sarcinile mai complexe le puteți rezolva.
Qubiții joacă același rol în calculul cuantic ca biții în calculul clasic
Starea actuală și probleme
Mass-media apar în mod constant informații despre oricenoi progrese în calculul cuantic – de exemplu, la sfârșitul anului 2019, Google a anunțat cu voce tare atingerea superiorității cuantice. Dar realitatea este că până acum calculatoarele cuantice rezolvă doar sarcini foarte specializate.
De exemplu, algoritmul de distribuire a reportajelor foto,care a fost arătat în China pe computerul Jiuzhang. Această problemă este una dintre cele care au fost propuse pentru a demonstra superioritatea cuantică. Iar computerele cuantice fac față unor astfel de sarcini mult mai eficient decât supercalculatoarele.
Dar în timp ce computerul cuantic calculează proprietățilesubstanțe, dar numai cele mai simple și cunoscute. Și nu există suficientă putere pentru a crea substanțe cu proprietățile dorite sau pentru a optimiza fluxurile logistice. Până acum, cel mai puternic procesor cuantic a fost creat de IBM și are 127 de qubiți. Și pentru a rezolva problemele menționate la începutul articolului, vor fi necesari mii de qubiți. Cu toate acestea, nu se poate să nu spunem că progresul în domeniul calculului cuantic în ultimii zece ani a fost enorm și până acum nu există obstacole vizibile în calea progresului.
Dar cu siguranță există probleme.De exemplu, aceasta este o problemă de a crea o memorie cuantică care să permită revenirea la soluția unei anumite probleme și stocarea rezultatelor calculelor. Problemele de scalare a sistemului, creșterea timpului de coerență, corectarea erorilor - creșterea puterii de calcul depinde de toate acestea. Există și multe întrebări în partea de software, deoarece pentru a lucra cu rezultatele calculelor, trebuie să „traducem” datele obținute în calculul cuantic în limbajul calculelor clasice. Și există încă un câmp imens de muncă.
Un supercomputer nu poate face totul, dar va rezolva o grămadă de probleme
Când realitatea din jur se schimbă constant,Vreau să pun o întrebare naivă - ar putea un computer cuantic suficient de puternic să „prevadă” toate acestea în avans? Răspuns: nu, niciun sistem informatic nu are darul previziunii.
Dar este tocmai într-o schimbare atât de rapidăsituație, un computer cuantic ar ajuta la alegerea strategiei optime de pe piață, ar găsi cele mai bune opțiuni logistice, ceea ce este mai ales valoros în condițiile în care situația de pe piața de transport este instabilă. Dar până acum nu există o mașină cuantică puternică care să poată face față unor astfel de sarcini în orice țară din lume. Și în următorii ani, este puțin probabil să apară.
Citeste mai mult:
Oamenii de știință au descoperit o gaură neagră care este de 50 de ori mai mare decât galaxiile
Fizicienii au demonstrat că apa se transformă în două lichide la temperaturi scăzute
Rusia a inventat un aliaj care poate rezista la energia unui reactor termonuclear