Vad är en kvantdator
Den största skillnaden mellan kvantdatorer och traditionella, transistor,
I en klassisk dator kan en bit lagrasbara ett tal: noll eller en. Kvantfysik tillåter dock en överlagring av tillstånd. En kvantbit kan vara i noll och man säger samtidigt - och detta öppnar upp otroliga möjligheter för ultrasnabb databehandling.
För detta behöver han tusentals supermaktigaprocessorer. Som ett resultat utför beräkningarna, som tar en kraftfull speldator en vecka, superdatorn på en dag. Det är dock viktigt att programmen fungerar korrekt, med hänsyn till maskinens tekniska egenskaper. Annars kommer det som fungerar korrekt på 100 processorer att sakta ner mycket med 200.
Kvantdatorer lagrar och bearbetar datamed kvantbitar - qubits. Det senare kan inte bara sättas på och stängas av utan också vara i ett övergående tillstånd eller till och med sättas på och av samtidigt. Fortsätta analogin med glödlampor: en qubit är som ett ljus som du släckte, men det fortsätter fortfarande att blinka. Eller Schrödingers katt, som är både levande och död.
Eftersom lamporna i en kvantdator är på och av samtidigt sparar det mycket tid. Därför löser det komplexa problem mycket snabbare än till och med en mycket kraftfull klassisk enhet.
2001, Isaac Chuang, chefIBMs labbforskningsgrupp, en adjungerad professor vid MIT och en pionjär inom området kvantberäkning, har konstruerat en kvantdator baserad på en enda molekyl. Resultaten, som publicerades i Nature, representerade den första experimentella implementeringen av Shors algoritm - en kvantfaktoriseringsalgoritm (som inkluderar ett tal i primtalsfaktorer) som låter en faktorisera ett tal i tid.
När du har för många atomer är det detser ut som en stor skog. Det var mycket svårt att kontrollera en atom med den föregående. Utmaningen är att implementera [algoritmen] i ett system som är tillräckligt isolerat: samtidigt måste det förbli kvantmekaniskt tillräckligt länge för att du faktiskt ska kunna implementera hela algoritmen.
Förnamn Efternamn
Kvantdatorer ser annorlunda ut än vanliga datorer. Dessa är stora metallcylindrar med tvinnade trådar som sänks ned i kylenheter.
De kan användas för olika uppgifter,inklusive beräkningar inom kemi och fysik eller för att skapa nya material. Ett annat användningsområde för en kvantdator är kryptografi och säkerhetsfrågor. Dessa problem upplevs mest akut av finansiella organisationer och banker, vilket inte är förvånande: nyligen har det förekommit skandaler om läckor och hacks.
Förmågan hos en kvantdator tillåterfå tillgång till all information, så det är dags att tänka på att skydda den med relevant teknik eller använda en kvantdator för att skapa förbättrad kryptering.
Vad betyder "kvantöverlägsenhet"?
Kvantöverhöghet är förmågan att lösa ett problem som ligger utanför de modernaste superdatorernas kapacitet.
Under de senaste åren har betydande framsteg gjortsuppnås i utvecklingen av en supraledande plattform. Kärnan i kvantöverlägsenhet ligger i det faktum att en kvantdator snabbt löser ett problem för vilket en klassisk superdator tar enorm tid.
Det första genombrottet hände i slutet av oktober 2019,när Google tillkännagav att de hade utvecklat kvantdatorn Google Sycamore: enligt deras data klarade systemet en uppgift på 200 sekunder som skulle kräva cirka 10 tusen års arbete för klassiska superdatorer. Detta är vad de kallade termen "kvantöverlägsenhet".
Emellertid möttes företagets arbete med en andelskepsis, och konkurrenter från IBM beräknade att det faktiskt använda problemet kan lösas på ett par dagar - tillräckligt för en fördel, men inte för fullfjädrad överlägsenhet.
Nästa milstolpe i utvecklingen av kvantdatorerföll i början av december 2020. Den 4 december blev det känt att kinesiska forskare har skapat en prototyp av en kvantdator "Jiuzhang", som klarade standardverifieringsalgoritmen 10 miljarder gånger snabbare än Sycamore, en prototyp på 53 kvbit av en kvantdator från Google. Företaget sa att dess utveckling också har nått kvantkompetens.
Forskare har testat beräkningsförmåga"Jiuzhang" med den speciella GBS-algoritmen. Systemet klarade det 100 biljoner gånger snabbare än den kraftfullaste superdator som finns. Dessutom sa utvecklarna att deras datorkraft är 10 miljarder gånger större än Sycamore.
År 2001 Chuang, en pionjär inom kvantberäkning, designade en kvantdator baserad på en enda molekyl som kunde hållas i superposition och manipuleras av kärnmagnetisk resonans för att multiplicera antalet 15. Resultaten, som publicerades i Nature, representerade den första experimentella implementeringen av Shors algoritm. Men systemet var inte skalbart; när fler atomer tillsattes blev det svårare att kontrollera systemet.
Hur kommer de nya kvantdatorerna att användas?
En av de viktigaste tillämpningarna av kvantdator nu - sönderdelning i primtal. Faktum är att all modern kryptografi bygger på det faktum att ingen snabbt kan sönderdela ett antal 30-40 siffror (eller mer) till huvudfaktorer. På en vanlig dator tar det miljarder år. En kvantdator kan göra detta på cirka 18 sekunder.
Om vi antar det faktum att närvaron av en kvantdator efter ett tag kommer att bli en social norm, i vilket fall det inte finns några hemligheter i hela cyberspace, eftersom alla krypteringsalgoritmer kan hackas omedelbart och få tillgång till vad som helst. Detta gäller allt - från banköverföringar till meddelanden i budbäraren.
Kvantdatorer är också bra förmodellering av komplexa situationer, till exempel beräkning av de fysiska egenskaperna hos nya element på molekylär nivå. Detta möjliggör kanske snabbare att hitta nya läkemedel eller lösa komplexa resurskrävande uppgifter.
Vad mer kan han göra?
- Databaser och sök efter dem.
Att arbeta med Big Data kommer att gå oerhört snabbt.Shazam, routing, neurala nätverk, artificiell intelligens - allt detta kommer att få en otrolig uppsving. Det kommer också att vara möjligt att bygga modeller för interaktionen av komplexa proteinföreningar. Detta kommer att vara ett mycket viktigt steg för medicinen, öppna möjligheter för att skapa framtida läkemedel, förstå hur olika virus påverkar oss, och så vidare.
- Tillämpningar på kryptografi.
På grund av den enorma nedbrytningshastigheten till enkelmultiplikatorer en kvantdator tillåter dekryptering av meddelanden krypterade av den allmänt använda RSA-kryptografiska algoritmen. Hittills anses denna algoritm vara relativt tillförlitlig, eftersom ett effektivt sätt att ta in siffror till huvudfaktorer för en klassisk dator för närvarande är okänt. Tack vare Shors kvantalgoritm blir denna uppgift ganska genomförbar om en kvantdator byggs.
- Forskning inom artificiell intelligens.
Kvantdatorer passar i teorin braför maskininlärningens behov. De manipulerar stora mängder data i ett enda pass och kan simulera ett exponentiellt stort neuralt nätverk. 2013 tillkännagav Google Corporation öppnandet av ett kvantforskningslaboratorium inom artificiell intelligens. Volkswagen bedriver forskning om kvantdatorer för utveckling av självkörande bilar och nya typer av batterier (med kvantdatorer från Google och D-Wave). I november 2018 tillkännagav oro utvecklingen av ett trafikstyrningssystem (med integrering av obemannade fordon i det), som använder D-Wave kvantdatorer.
- Molekylär modellering.
Det antas att använda kvantitetdatorer gör det möjligt att exakt simulera molekylära interaktioner och kemiska reaktioner. Kemiska reaktioner är kvanta till sin natur. För klassiska datorer är beräkningen av beteendet hos endast relativt enkla molekyler tillgänglig. Enligt experter öppnar simulering på kvantdatorer nya möjligheter för utvecklingen av den kemiska industrin, särskilt när det gäller att skapa läkemedel.
Och hur är det med Ryssland?
Ryssland deltar aktivt i kvantloppet, ungefärDetta skrevs för cirka ett år sedan av Nature. En "färdplan för utveckling av kvantberäkning" har också antagits. När det gäller aktuell status har Ryssland skapat nyckelelement för alla större kvantberäkningsplattformar.
Nästa steg är att skala upp dem ochdemonstration av problemlösning med hjälp av dem. Det bör noteras att programmet inte bara fokuserar på hårdvara och processorer utan också på programvara. För nästa genombrott inom kvantberäkning behövs definitivt originella idéer - en traditionellt stark punkt hos ryska forskare.
I slutet av november 2020 blev det känt omskapandet av konsortiet National Quantum Laboratory (NKL). Konsortiet, som inkluderade Rosatom-strukturer, Skolkovo Foundation och universitet, kommer att exportera kvantteknologi och utveckla infrastruktur. Men huvuduppgiften är att skapa en kvantdator.
Som en del av "färdplanen" "Quantum computing"det planeras att bygga ett nanofabriceringscenter med ett område på 2 000 kvm på Skolkovos territorium. m, liksom ett avancerat laboratoriekomplex med en yta på mer än 3,5 tusen kvadratmeter. m.
Bland de viktigaste indikatorerna som anges i "vägenkarta ”, som planeras uppnås, bland annat genom skapandet av NCL, - i slutet av 2024 måste konsortiets medlemmar skapa datorsystem på olika kvantplattformar med en kapacitet på 30 till 100 qubits och registrera 40 internationella patent per år.
Läs också:
Doomsday-glaciären visade sig vara farligare än forskare trodde. Vi berättar det viktigaste
Se det största isberget som någonsin tagits från luften
Kina testade först "artificiell sol"