Укратко о квантним алгоритмима и њиховим породицама
Један од циљева развоја квантних технологија је убрзање
Полазна тачка у развоју квантног рачунарстваузети у обзир 90-те. Већ тада су постојали први алгоритми за квантне рачунаре, на пример, Дојч алгоритам, али су били првенствено од академског интереса. Нешто касније амерички научници Питер Шор и Лов Гровер развили су два суштински различита, али са практичне тачке гледишта веома вредна квантна алгоритма. Шоров алгоритам је убедио свет да квантне технологије имају веома стварне примене и да квантни рачунар угрожава савремене методе криптографске заштите информација. А Гроверова идеја је наговестила да уз помоћ кванта можете претраживати неструктуриране податке брже него уз помоћ класичних технологија (и, како се касније показало, са максималним убрзањем доступним у овом задатку).
Оба открића још нису донела директну практичностекономски резултати. Ипак, са њима је почела ера проучавања кванти као примењеног алата – а на њима се заснивају и други алгоритми који су применљивији у стварности.
На пример, Залка-Виеснер алгоритам ће помоћистварају нове лекове и нове материјале. Амбаинис алгоритам - анализира податке, као што су слике и текстови. Још један од најзначајнијих проналазака је Харров-Хассидим-Ллоид алгоритам, који решава систем линеарних једначина на квантним рачунарима. Ово ће у великој мери унапредити обраду великих података, моделирање сложених система и на крају може бити још један корак ка стварању јаке вештачке интелигенције.
Појављују се нове идеје за квантне алгоритмередовно: већина је наведена на веб локацији Куантум Алгоритхм Зоо, а примери имплементације се могу погледати на Гитхуб-у. Поред Сједињених Држава и Кине, Шпанија је велики допринос овом тренду — она предводи развој финансијских алгоритама захваљујући активном кретању стартапа Мултиверсе Цомпутинг. Енглеска има успешна решења за препознавање говора и моделирање хемијских процеса. Ускоро ће и Индија стећи име – тамо се покрећу бројни универзитетски курсеви из квантних области.
Оно што још успорава квантни напредак
Дакле, квантни алгоритам.Почнимо са разумљивијом речју "алгоритам", што значи одређени редослед радњи, рецепт за добијање одређеног резултата. Реч "квант" у овом случају доприноси нашој способности да имамо одређене логичке операције које нису доступне у класичном свету. Захваљујући феноменима квантне физике – суперпозицији и преплитању – користећи логичке операције над стањима квантних објеката, могуће је креирати сложена квантна стања која би класично захтевала много бројева за описивање. На пример, да се опише стање од 50 кубита, генерално, потребно је до 2^50 бројева. Ако правилно користите ово својство квантних система и израчунате редослед логичких&нбсп; трансформације, а затим их имплементирати на квантном рачунару, можете пронаћи одговор на жељено питање у случају када би класични рачунар захтевао много времена и меморијских ресурса.
Чини се да сами креирате различите алгоритме заразличитих задатака, а у теорији их већ има на десетине, ако не и стотине. Али када је у питању пракса и значајно (тј. експоненцијално) убрзање, развој квантних алгоритама наилази на одређене баријере. Стога је појава нових квантних алгоритама који могу довести до радикалних промена прилично ретка: сваке деценије постоји само 5-10 нових занимљивих квантних алгоритама.
Главна потешкоћа је повезана са чињеницом да у главама математичара и теоретичара алгоритми раде на идеалном рачунару. Међутим, прави квантни рачунари уопште нису отпорни на грешке.
Препреке се своде на чињеницу да је веома тешко створити моћан квантни систем без грешака:&нбсп;
- Квантни објекти су веома осетљиви на најмањупромене средине: чак и минимално цурење квантних информација у околину током извршавања алгоритма може довести до изобличења коначног одговора. И то упркос чињеници да се услови за стабилан рад кубита у одређеним случајевима морају одржавати веома специфичним: на пример, температура мора бити близу апсолутне нуле, односно одговарати -273,15 ° Ц.
- Бука утиче на процес израчунавања – збогконстантна изложеност грешкама, број операција које се могу имплементирати у квантном алгоритму сада је ограничен на неколико десетина, док су хиљаде операција потребне за победу при решавању индустријских проблема.&нбсп;
- До сада није било могуће направити потребан бројбез грешака, односно логичких кубита. На пример, за израчунавање ризика компаније која послује на тржишту хартија од вредности потребно је минимум 200 логичких кубита, за разбијање криптографије – око 6 хиљада, а за предвиђање вредности финансијских деривата у реалном времену – 7,5 хиљада. сложенији задаци попут брзог хаковања мреже, биткоина или моделирања нових материјала захтевају од неколико десетина до стотина милиона. Док данас, квантни уређаји немају више од јединица кубита отпорних на грешке.
Да би се позабавили квантном буком, научницинуде различите методе корекције - и оне заиста помажу у смањењу нивоа грешака у систему. Али њихов утицај на прорачуне ће се значајно смањити тек након одређеног времена. Прогнозе се разликују: ИонК то наводи на 2025. годину, а Гоогле&нбсп; рачунајући на 2029.
Колико брзо ће квантни алгоритми променити наше животе
Квантно рачунарство још није ушло у мејнстрим, аливећ утичу на животни стандард — или ће ускоро бити. На пример, квантни компјутер Д-Ваве показао је способност да значајно убрза рад морске луке у Лос Анђелесу (док се спроводе истраживања на подацима са тестова), Даимлер и ИБМ Куантум су на путу да створе квантне батерије за електрична возила, а РКЦ и пројекат КБоард развили су квантни алгоритам за безбедно одлагање нуклеарног отпада у интересу Росатома.&нбсп;
Најбрже - у року од 2-3 године - они ће се манифестовативаријациони алгоритми за решавање проблема оптимизације који су широко применљиви у скоро свакој индустрији. Ово је хибридна рачунарска класа:&нбсп; квантни део је одговоран за промене стања, а класични део помаже у стабилизацији овог процеса. А пошто су хибридни модели много једноставнији за имплементацију од потпуно квантних, снага постојећих квантних рачунара им је довољна. РКЦ и КБоард пројекат користе квантне алгоритме за решавање проблема хемијског моделирања у корист аутомобилске индустрије. Међутим, развој варијационих алгоритама суочава се са читавим низом изазова. На путу до њихове имплементације, читаво поље квантног рачунарства чека занимљива открића.
Опширније:
Најстарији ћирилични текст икада пронађен
„Веб” је пронашао трагове невероватно огромних звезда: умрле су у зору свемира
Чудни звуци снимљени у стратосфери Земље: како научници покушавају да разумеју њихову природу
Насловна фотографија: Слика од старлине на Фреепику