Шта је квантни рачунар
Главна разлика између квантних рачунара и традиционалних, транзисторских,
У класичном рачунару се може похранити један битсамо број: нула или један. Квантна физика, међутим, допушта суперпозицију стања. Квантни бит може бити у нули и једном стању истовремено - и то отвара невероватне могућности за ултра брзо рачунање.
За ово су му потребне хиљаде супер-моћнихпроцесори. Као резултат тога, суперкомпјутер за један дан изврши прорачуне за који би моћном рачунару за игре било потребно недељно. Међутим, важно је да програми раде исправно, узимајући у обзир техничке карактеристике машине. У супротном, оно што исправно ради на 100 процесора ће се много успорити за 200.
Квантни рачунари складиште и обрађују податкекоришћењем квантних битова - кубита. Ово последње не само да се може укључити и искључити, већ може бити и у пролазном стању, па чак и укључивање и искључивање у исто време. Настављајући аналогију са сијалицама: кубит је попут светла које сте угасили, али и даље трепће. Или Сцхродингерова мачка која је жива и мртва.
Пошто се светла у квантном рачунару пале и гасе у исто време, ово штеди много времена. Због тога решава сложене проблеме много брже од чак и веома моћног класичног уређаја.
Године 2001. Исак Чуанг, глИБМ лабораторијска истраживачка група, помоћни професор МИТ-а и пионир у области квантног рачунарства, конструисала је квантни рачунар заснован на једном молекулу. Резултати, који су објављени у часопису Натуре, представљали су прву експерименталну имплементацију Шоровог алгоритма - алгоритма квантне факторизације (факторисање броја у просте факторе) који омогућава да се број фактори у времену.
Када имате превише атома јестеизгледа као велика шума. Било је веома тешко контролисати један атом претходним. Изазов је имплементирати [алгоритам] у систем који је довољно изолован: у исто време, он мора остати квантно механички довољно дуго да бисте заиста могли да имплементирате цео алгоритам.
Име и презиме
Квантни рачунари изгледају другачије од обичних рачунара. То су велики метални цилиндри са увијеним жицама који се спуштају у расхладне јединице.
Могу се користити за различите задатке,укључујући прорачуне у хемији и физици или за стварање нових материјала. Још једна област примене квантног рачунара је криптографија и безбедносна питања. Ова питања најоштрије осећају финансијске организације и банке, што није изненађујуће: недавно је било скандала око цурења и хакова.
Могућности квантног рачунара ће омогућитидобити приступ било којој информацији, па је време да размислите о њеној заштити уз помоћ релевантних технологија или употреби квантног рачунара за стварање побољшане енкрипције.
Шта значи "квантна супериорност"?
Квантна надмоћ је способност решавања проблема који превазилази могућности најсавременијих суперрачунара.
Последњих година постигнут је значајан напредакпостигнут у развоју суперпроводне платформе. Суштина квантне супериорности лежи у чињеници да квантни рачунар ефикасно решава проблем за који класичном суперрачунару треба огромно време.
Први напредак догодио се крајем октобра 2019.када је Гоогле објавио да су развили квантни рачунар Гоогле Сицаморе: према њиховим подацима, систем је савладао задатак за 200 секунди, што би захтевало око 10 хиљада година рада класичних суперрачунара. То су они назвали изразом "квантна супериорност".
Међутим, рад компаније наишао је на удеоскептицизам, а конкуренти из ИБМ -а су израчунали да се заправо употребљени проблем може решити за неколико дана - довољно за предност, али не и за потпуну супериорност.
Следећа прекретница у развоју квантних рачунарапао је почетком децембра 2020. 4. децембра постало је познато да су кинески научници створили прототип квантног рачунара „Јиузханг“, који се са стандардним верификационим алгоритмом носио 10 милијарди пута брже од Сицаморе-а, прототипа квантног рачунара од 53 кубита из Гоогле-а. Компанија је рекла да је својим развојем постигнута и квантна изврсност.
Научници су тестирали рачунске способностиЈиузханг користећи посебан ГБС алгоритам. Систем се с тим носио 100 трилиона пута брже од најмоћнијег суперкомпјутера који постоји. Осим тога, програмери су рекли да је рачунарска снага њиховог уређаја 10 милијарди пута већа од Сицаморе -а.
2001. Цхуанг, пионир у области квантногцомпутатион, дизајнирао је квантни рачунар заснован на једном молекулу који се могао држати у суперпозицији и манипулисати нуклеарном магнетном резонанцом да се множи 15. Резултати, који су објављени у Натуреу, представљали су прву експерименталну имплементацију Схор -овог алгоритма. Али систем није био скалабилан; како је додавано више атома, постало је теже контролисати систем.
Како ће се користити нови квантни рачунари?
Једна од најважнијих примена квантарачунар сада - разлагање на просте бројеве. Чињеница је да се сва савремена криптографија заснива на чињеници да нико не може брзо разградити број од 30-40 цифара (или више) на основне факторе. На типичном рачунару ће бити потребне милијарде година. Квантни рачунар то може учинити за око 18 секунди.
Ако претпоставимо чињеницу да је присуство квантрачунар ће након неког времена постати друштвена норма, у том случају неће бити тајни у читавом сајбер простору, јер се сви алгоритми за шифровање могу одмах хаковати и добити приступ било чему. Ово се односи на све - од банковних трансфера до порука у месинџеру.
Квантни рачунари су такође одлични замоделирање сложених ситуација, на пример, израчунавање физичких својстава нових елемената на молекуларном нивоу. Ово ће, вероватно, омогућити брже проналажење нових лекова или решавање сложених задатака који захтевају много ресурса.
Шта још може учинити?
- Базе података и претраживање по њима.
Рад са великим подацима ће постати невероватно брз.Схазам, рутирање, неуронске мреже, вештачка интелигенција - све ово ће добити невероватно појачање. Такође ће бити могуће изградити моделе интеракције сложених протеинских једињења. Ово ће бити веома важан корак за медицину, отварање могућности за стварање будућих лекова, разумевање како различити вируси утичу на нас и тако даље.
- Апликације за криптографију.
Због огромне брзине разлагања на једноставнемултипликатори квантни рачунар ће омогућити дешифровање порука шифрованих широко распрострањеним РСА криптографским алгоритмом. До сада се овај алгоритам сматра релативно поузданим, јер ефикасан начин претварања бројева у просте факторе за класичан рачунар тренутно није познат. Захваљујући Шор -овом квантном алгоритму, овај задатак постаје сасвим изводљив ако се изгради квантни рачунар.
- Истраживање вештачке интелигенције.
Теоретски, квантни рачунари се добро уклапајуза потребе машинског учења. Они манипулишу великим количинама података у једном пролазу и способни су да симулирају неуронску мрежу експоненцијалне величине. Гоогле корпорација је 2013. године најавила отварање лабораторије за квантно истраживање у области вештачке интелигенције. Волксваген спроводи истраживање о употреби квантних рачунара за развој аутомобила који се сами возе и нових врста батерија (користећи квантне рачунаре из Гоогле-а и Д-Ваве-а). У новембру 2018. године, концерн је најавио развој система управљања саобраћајем (са интеграцијом беспилотних возила у њега), који ради помоћу квантних рачунара Д-Ваве.
- Молекуларно моделовање.
Претпоставља се да коришћењем квантнограчунари ће омогућити прецизну симулацију молекуларних интеракција и хемијских реакција. Хемијске реакције су квантне природе. За класичне рачунаре доступан је прорачун понашања само релативно једноставних молекула. Према прогнозама стручњака, симулација на квантним рачунарима отвара нове изгледе за развој хемијске индустрије, посебно у стварању лекова.
А шта је са Русијом?
Русија је активно укључена у квантну трку, окоОво је написала Натуре пре око годину дана. Такође је усвојена „мапа пута за развој квантног рачунарства“. У погледу тренутног статуса, Русија је створила кључне елементе за све главне платформе за квантно рачунарство.
Следећи корак је њихово повећање идемонстрација решавања проблема уз њихову помоћ. Треба напоменути да је програм фокусиран не само на хардвер и процесоре, већ и на софтвер. За следећи пробој у квантном рачунарству, дефинитивно су потребне оригиналне идеје - традиционално упориште руских научника.
За то се сазнало крајем новембра 2020стварање конзорцијума Националне квантне лабораторије (НКЛ). Конзорцијум, који укључује структуре Росатома, фондацију Сколково и универзитете, извозиће квантне технологије и развијати инфраструктуру. Али главни задатак је стварање квантног рачунара.
Као део „мапе пута“ „Квантно рачунарство“планирано је да се на територији Сколкова изгради центар за нанопроизводњу површине 2 хиљаде квадратних метара. м, као и напредни лабораторијски комплекс са површином већом од 3,5 хиљада квадратних метара. м.
Међу главним показатељима наведеним у „путумап ”, који се планирају постићи, укључујући и стварањем НКЛ -а, - до краја 2024. године чланови конзорцијума требали би створити рачунарске системе на различитим квантним платформама капацитета 30 до 100 кубита, регистровати 40 међународних патената по године.
Прочитајте и:
Испоставило се да је глечер Судњег дана опаснији него што су научници мислили. Кажемо главно
Погледајте највећи ледени брег икад снимљен из ваздуха
Кина је први пут тестирала „вештачко сунце“