Kuantum bilgisayar nedir
Kuantum bilgisayarlar ile geleneksel transistör arasındaki temel fark,
Klasik bir bilgisayarda bir bit saklayabiliryalnızca bir sayı: sıfır veya bir. Ancak kuantum fiziği, durumların üst üste gelmesine izin verir. Bir kuantum biti aynı anda hem sıfır hem de bir durumda olabilir ve bu, ultra hızlı bilgi işlem için inanılmaz fırsatlar yaratır.
Bunun için binlerce süper güce ihtiyacı varişlemciler. Sonuç olarak, güçlü bir oyun bilgisayarını haftada bir alacaktır hesaplamalar, süper bilgisayar bir günde gerçekleştirir. Bununla birlikte, makinenin teknik özelliklerini dikkate alarak programların doğru çalışması önemlidir. Aksi takdirde, 100 işlemcide doğru çalışan şey, 200 kadar çok yavaşlayacaktır.
Kuantum bilgisayarlar verileri depolar ve işlerkuantum bitleri kullanarak - kübit. İkincisi yalnızca açılıp kapanmaz, aynı zamanda geçici bir durumda olabilir veya hatta aynı anda açılıp kapatılabilir. Ampullerle benzetmeye devam edersek: kübit, kapattığınız bir ışığa benzer, ama yine de yanıp sönmeye devam eder. Ya da hem canlı hem de ölü olan Schrödinger'in kedisi.
Kuantum bilgisayardaki ışıklar aynı anda açılıp kapandığından, bu çok fazla zaman tasarrufu sağlar. Bu nedenle karmaşık sorunları çok güçlü bir klasik cihazdan bile çok daha hızlı çözer.
2001 yılında Isaac Chuang, başkanMIT yardımcı profesörü ve kuantum hesaplama alanında öncü olan IBM laboratuvar araştırma grubu, tek bir moleküle dayalı bir kuantum bilgisayar inşa etti. Nature'da yayınlanan sonuçlar, bir kişinin zaman içinde bir sayıyı çarpanlara ayırmasına olanak tanıyan bir kuantum çarpanlara ayırma algoritması (bir sayıyı asal faktörlere ayıran) Shor algoritmasının ilk deneysel uygulamasını temsil ediyordu.
Çok fazla atomunuz olduğundabüyük bir ormana benziyor. Bir atomu öncekiyle kontrol etmek çok zordu. Buradaki zorluk, [algoritmayı] yeterince izole edilmiş bir sistemde uygulamaktır: aynı zamanda, tüm algoritmayı gerçekten uygulayabilmeniz için yeterince uzun süre kuantum mekaniksel kalmalıdır.
İsim soyisim
Kuantum bilgisayarlar sıradan bilgisayarlardan farklı görünüyor. Bunlar, soğutma birimlerine indirilmiş bükülmüş tellere sahip büyük metal silindirlerdir.
Farklı görevlerde kullanılabilirler,kimya ve fizikteki hesaplamaları dahil etmek veya yeni materyaller yaratmak. Kuantum bilgisayarın bir diğer uygulama alanı da kriptografi ve güvenlik konularıdır. Bu sorunlar en çok finansal kuruluşlar ve bankalar tarafından hissediliyor ve bu hiç de şaşırtıcı değil: Son zamanlarda sızıntı ve hack'lerle ilgili skandallar yaşandı.
Bir kuantum bilgisayarın yetenekleri,herhangi bir bilgiye erişin, bu yüzden ilgili teknolojilerin yardımıyla bu bilgileri korumayı veya gelişmiş şifreleme oluşturmak için bir kuantum bilgisayar kullanmayı düşünmenin zamanı geldi.
"Kuantum üstünlüğü" ne anlama geliyor?
Kuantum üstünlüğü, çoğu modern süper bilgisayarın yeteneklerinin ötesinde bir sorunu çözme yeteneğidir.
Son yıllarda önemli ilerlemeler kaydedildibir süper iletken platformun geliştirilmesiyle elde edildi. Kuantum üstünlüğünün özü, bir kuantum bilgisayarın, klasik bir süper bilgisayarın muazzam zaman aldığı bir sorunu verimli bir şekilde çözmesi gerçeğinde yatmaktadır.
İlk atılım Ekim 2019'un sonunda gerçekleşti,Google, Google Sycamore kuantum bilgisayarını geliştirdiğini duyurduğunda: Verilerine göre, sistem, klasik süper bilgisayarların yaklaşık 10 bin yıllık çalışmasını gerektiren bir görevi 200 saniyede gerçekleştirdi. "Kuantum üstünlüğü" dedikleri şey budur.
Ancak şirketin çalışmaları bir payla karşılandışüphecilik ve IBM'in rakipleri, aslında kullanılan sorunun birkaç gün içinde çözülebileceğini hesapladı - bir avantaj için yeterli, ancak tam teşekküllü bir üstünlük için değil.
Kuantum bilgisayarların geliştirilmesinde bir sonraki dönüm noktasıAralık 2020 başında düştü. 4 Aralık'ta, Çinli bilim adamlarının, Google'ın bir kuantum bilgisayarın 53 kübitlik bir prototipi olan Sycamore'dan 10 milyar kat daha hızlı standart doğrulama algoritmasıyla başa çıkabilen bir kuantum bilgisayar "Jiuzhang" prototipini yarattıkları öğrenildi. Şirket, geliştirilmesinin de kuantum mükemmelliğine ulaştığını söyledi.
Bilim adamları hesaplama yeteneğini test ettiÖzel GBS algoritmasını kullanan "Jiuzhang". Sistem bununla var olan en güçlü süper bilgisayardan 100 trilyon kat daha hızlı başa çıktı. Ek olarak, geliştiriciler, cihazlarının bilgi işlem gücünün Sycamore'dan 10 milyar kat daha fazla olduğunu söylediler.
2001'de, kuantumda öncü olan Chuanghesaplama, süperpozisyonda tutulabilen ve 15 sayısını çarpmak için nükleer manyetik rezonans ile manipüle edilebilen tek bir moleküle dayalı bir kuantum bilgisayar tasarladı. Nature'da yayınlanan sonuçlar, Shor'un algoritmasının ilk deneysel uygulamasını temsil ediyordu. Ancak sistem ölçeklenebilir değildi; daha fazla atom eklendikçe sistemi kontrol etmek daha zor hale geldi.
Yeni kuantum bilgisayarlar nasıl kullanılacak?
Kuantumun en önemli uygulamalarından biribilgisayar şimdi - asal sayılara ayrıştırma. Gerçek şu ki, tüm modern kriptografi, hiç kimsenin 30-40 haneyi (veya daha fazlasını) asal faktörlere hızlı bir şekilde ayrıştıramayacağı gerçeğine dayanmaktadır. Tipik bir bilgisayarda milyarlarca yıl sürecektir. Bir kuantum bilgisayar bunu yaklaşık 18 saniyede yapabilir.
Bir kuantumun varlığı gerçeğini varsayarsakbilgisayar bir süre sonra sosyal bir norm haline gelecektir, bu durumda tüm siber uzayda hiçbir sır olmayacaktır, çünkü herhangi bir şifreleme algoritması anında hacklenebilir ve herhangi bir şeye erişebilir. Bu, banka havalelerinden habercideki mesajlara kadar her şey için geçerlidir.
Kuantum bilgisayarlar aynı zamandakarmaşık durumları modellemek, örneğin, moleküler düzeyde yeni elementlerin fiziksel özelliklerini hesaplamak. Bu, belki de yeni ilaçların daha hızlı bulunmasına veya karmaşık kaynak yoğun görevlerin çözülmesine izin verecektir.
Başka ne yapabilir?
- Veritabanları ve bunlara göre arama yapın.
Büyük Veri ile çalışmak inanılmaz derecede hızlı hale gelecek.Shazam, yönlendirme, sinir ağları, yapay zeka - bunların hepsi inanılmaz bir artış elde edecek. Karmaşık protein bileşiklerinin etkileşimine ilişkin modeller oluşturmak da mümkün olacaktır. Bu, tıp için çok önemli bir adım olacak, gelecekteki ilaçların yaratılmasına yönelik fırsatların önünü açacak, farklı virüslerin bizi nasıl etkilediğini anlayacak, vb.
- Kriptografiye uygulamalar.
Ayrıştırma işleminin muazzam hızı nedeniyle basitçarpanlar bir kuantum bilgisayar, yaygın olarak kullanılan RSA şifreleme algoritması tarafından şifrelenen mesajların şifresinin çözülmesine izin verir. Şimdiye kadar, bu algoritmanın nispeten güvenilir olduğu düşünülmektedir çünkü klasik bir bilgisayar için sayıları asal çarpanlara ayırmanın etkili bir yolu şu anda bilinmemektedir. Shor'un kuantum algoritması sayesinde, bir kuantum bilgisayar kurulursa bu görev oldukça uygulanabilir hale gelir.
- Yapay zeka araştırması.
Kuantum bilgisayarlar teorik olarak uygunmakine öğrenimi ihtiyaçları için. Tek bir geçişte büyük miktarda veriyi işlerler ve üstel boyutlu bir sinir ağını simüle edebilirler. Google Corporation, 2013 yılında yapay zeka alanında bir kuantum araştırma laboratuvarının açıldığını duyurdu. Volkswagen, kendi kendine giden arabaları ve yeni pil türlerini (Google ve D-Wave'in kuantum bilgisayarlarını kullanarak) geliştirmek için kuantum bilgisayarların kullanımına ilişkin araştırmalar yürütüyor. Kasım 2018'de endişe, D-Wave kuantum bilgisayarlarını kullanarak çalışan bir trafik kontrol sisteminin (insansız araçların buna entegrasyonu ile) geliştirildiğini duyurdu.
- Moleküler modelleme.
Kuantum kullanmanınbilgisayarlar moleküler etkileşimleri ve kimyasal reaksiyonları doğru bir şekilde simüle edebilecektir. Kimyasal reaksiyonlar doğada kuantumdur. Klasik bilgisayarlar için yalnızca nispeten basit moleküller hesaplanabilir. Uzmanlara göre, kuantum bilgisayarlarda simülasyon, kimya endüstrisinin, özellikle de ilaçların yaratılmasının gelişimi için yeni umutlar açıyor.
Peki ya Rusya?
Rusya, kuantum yarışına aktif olarak katılıyor.Bu Nature tarafından yaklaşık bir yıl önce yazılmıştır. "Kuantum hesaplamanın geliştirilmesi için bir yol haritası" da kabul edildi. Mevcut durum açısından Rusya, tüm büyük kuantum hesaplama platformları için anahtar unsurlar yarattı.
Sonraki adım, bunları ölçeklendirmek veonların yardımıyla problem çözmenin gösterilmesi. Programın yalnızca donanım ve işlemcilere değil aynı zamanda yazılıma da odaklandığı unutulmamalıdır. Kuantum hesaplamadaki bir sonraki atılım, kesinlikle orijinal fikirlere ihtiyaç duyuyor - Rus bilim adamlarının geleneksel olarak güçlü bir noktası.
Kasım 2020'nin sonunda biliniyorduUlusal Kuantum Laboratuvarı (NKL) konsorsiyumunun oluşturulması. Rosatom yapıları, Skolkovo Vakfı ve üniversitelerin yer aldığı konsorsiyum, kuantum teknolojilerini ihraç edecek ve altyapı geliştirecek. Ancak asıl görev bir kuantum bilgisayar yaratmaktır.
"Yol haritası" "Kuantum hesaplama" nın bir parçası olarakSkolkovo topraklarında 2 bin metrekarelik bir nanofabrikasyon merkezi inşa edilmesi planlanıyor. 3,5 bin metrekareden fazla alana sahip gelişmiş bir laboratuvar kompleksinin yanı sıra m. m.
"Yol" bölümünde belirtilen ana göstergeler arasındaNCL'nin oluşturulması da dahil olmak üzere gerçekleştirilmesi planlanan harita ”- 2024'ün sonunda, konsorsiyum üyeleri çeşitli kuantum platformlarında 30 ila 100 kübit kapasiteli hesaplama sistemleri oluşturmalı ve yılda 40 uluslararası patent tescil ettirmelidir.
Ayrıca okuyun:
Kıyamet buzulu bilim adamlarının sandığından daha tehlikeli çıktı. Ana şeyi söyleriz
Şimdiye kadar havadan alınmış en büyük buzdağını görün
Çin ilk olarak "yapay güneşi" test etti