Kısaca kuantum algoritmaları ve aileleri hakkında
Kuantum teknolojilerinin gelişiminin hedeflerinden biri de hızlandırmaktır.
Kuantum hesaplamanın geliştirilmesinde bir başlangıç noktası90'ları düşünün. O zaman bile, kuantum bilgisayarları için ilk algoritmalar vardı, örneğin Deutsch algoritması, ancak bunlar öncelikle akademik ilgi alanıydı. Bir süre sonra, Amerikalı bilim adamları Peter Shor ve Lov Grover, temelde farklı, ancak pratik açıdan çok değerli iki kuantum algoritması geliştirdiler. Shor'un algoritması, dünyayı kuantum teknolojilerinin çok gerçek uygulamalara sahip olduğuna ve kuantum bilgisayarın modern kriptografik bilgi koruma yöntemlerini tehdit ettiğine ikna etti. Ve Grover'ın fikri, kuantumların yardımıyla, yapılandırılmamış verilerde klasik teknolojilerin (ve daha sonra kanıtlandığı gibi, bu görevde mevcut olan maksimum ivme ile) olduğundan daha hızlı arama yapabileceğinizi gösterdi.
Her iki keşif de henüz doğrudan pratik getirmediekonomik sonuçlar. Bununla birlikte, nicelikleri uygulamalı bir araç olarak inceleme çağı onlarla başladı - ve gerçekte daha uygulanabilir olan diğer algoritmalar bunlara dayanıyor.
Örneğin, Zalka-Wiesner algoritması yardımcı olacaktır.yeni ilaçlar ve yeni malzemeler oluşturun. Ambainis algoritması - resimler ve metinler gibi verileri analiz edin. En dikkate değer icatlardan bir diğeri, kuantum bilgisayarlarda bir lineer denklem sistemini çözen Harrow-Hassidim-Lloyd algoritmasıdır. Bu, büyük verilerin işlenmesini, karmaşık sistemlerin modellenmesini büyük ölçüde ilerletecek ve nihayetinde güçlü yapay zekanın yaratılmasına yönelik bir başka adım olabilir.
Kuantum algoritmaları için yeni fikirler ortaya çıkıyordüzenli olarak: çoğu Kuantum Algoritması Hayvanat Bahçesi web sitesinde listelenir ve uygulama örnekleri Github'da gözetlenebilir. Amerika Birleşik Devletleri ve Çin'e ek olarak, İspanya bu eğilime büyük katkıda bulunuyor - Multiverse Computing girişiminin aktif hareketi sayesinde finansal algoritmaların geliştirilmesine öncülük ediyor. İngiltere, konuşma tanıma ve kimyasal süreç modelleme için başarılı çözümlere sahiptir. Yakında Hindistan da bir isim yapacak - orada kuantum alanlarında çok sayıda üniversite kursu açılıyor.
Kuantum ilerlemesini hâlâ yavaşlatan şey nedir?
Yani bir kuantum algoritması.Belirli bir eylem dizisi, belirli bir sonucu elde etmek için bir tarif anlamına gelen daha anlaşılır bir kelime olan "algoritma" ile başlayalım. Bu durumda "kuantum" kelimesi, klasik dünyada mevcut olmayan belirli mantıksal işlemlere sahip olma yeteneğimize katkıda bulunuyor. Kuantum fiziği olguları (süperpozisyon ve dolaşma) sayesinde, kuantum nesnelerinin durumları üzerinde mantıksal işlemler kullanılarak, klasik olarak tanımlanması için çok sayıda sayı gerektiren karmaşık kuantum durumları yaratmak mümkündür. Örneğin 50 kübitin durumunu anlatmak için genel olarak 2^50'ye kadar sayı gerekir. Kuantum sistemlerinin bu özelliğini doğru kullanırsanız ve mantıksal Dönüşümleri gerçekleştirebilir ve ardından bunları bir kuantum bilgisayarda uygulayabilirseniz, klasik bir bilgisayarın çok fazla zaman ve bellek kaynağı gerektireceği durumda istediğiniz sorunun cevabını bulabilirsiniz.
Görünüşe göre kendinize farklı algoritmalar yaratın.farklı görevler ve teoride zaten yüzlerce değilse bile düzinelerce var. Ancak uygulama ve önemli (yani üstel) hızlanma söz konusu olduğunda, kuantum algoritmalarının geliştirilmesi belirli engellerle karşılaşır. Ve bu nedenle, radikal değişikliklere yol açabilen yeni kuantum algoritmalarının ortaya çıkışı oldukça nadirdir: her on yılda bir yalnızca 5-10 yeni ilginç kuantum algoritması vardır.
Temel zorluk, matematikçilerin ve teorisyenlerin kafasında, algoritmaların ideal bir bilgisayarda çalıştığı gerçeğiyle ilgilidir. Ancak, gerçek kuantum bilgisayarları hiçbir şekilde hataya dayanıklı değildir.
Engeller, güçlü, hatasız bir kuantum sistemi yaratmanın çok zor olduğu gerçeğinden kaynaklanmaktadır:
- Kuantum nesneleri en ufak bir şeye bile çok duyarlıdır.çevresel değişiklikler: Algoritmanın yürütülmesi sırasında çevreye en az kuantum bilgisi sızıntısı bile nihai yanıtın bozulmasına yol açabilir. Ve bu, belirli durumlarda kübitlerin kararlı çalışması için koşulların çok spesifik tutulması gerekmesine rağmen: örneğin, sıcaklık mutlak sıfıra yakın olmalı, yani -273,15 ° C'ye karşılık gelmelidir.
- Gürültü hesaplama sürecini etkiler:Sürekli hatalara maruz kalınması nedeniyle, bir kuantum algoritmasında uygulanabilecek işlem sayısı artık birkaç düzine ile sınırlıdır; endüstriyel sorunların çözümünde kazanmak ise binlerce işlem gerektirir.
- Şimdiye kadar gerekli sayıyı oluşturmak mümkün olmamıştır.hatasız, yani mantıksal kübitler. Örneğin, menkul kıymetler piyasasında faaliyet gösteren bir şirketin risklerini hesaplamak için en az 200 mantıksal kübit, kriptografiyi kırmak için - yaklaşık 6 bin ve finansal türevlerin değerini gerçek zamanlı olarak tahmin etmek için - 7,5 bin gereklidir. ağın hızlı bir şekilde hacklenmesi, bitcoin veya yeni materyallerin modellenmesi gibi daha karmaşık görevler, onlarca ila yüz milyonlarca gerektirir. Oysa bugün, kuantum cihazlarında hatasız kübit birimlerinden fazlası yoktur.
Bilim insanları kuantum gürültüsüyle başa çıkmak içinfarklı düzeltme yöntemleri sunarlar ve sistemdeki hata düzeyinin azaltılmasına gerçekten yardımcı olurlar. Ancak hesaplamalar üzerindeki etkileri ancak belirli bir süre sonra önemli ölçüde azaltılabilir. Tahminler farklılık gösteriyor: IonQ bunu 2025 olarak öngörüyor ve Google 2029'a güveniyorum.
Kuantum algoritmaları hayatımızı ne kadar çabuk değiştirecek?
Kuantum hesaplama henüz ana akıma ulaşmadı, ancakhali hazırda yaşam standartlarını etkiliyor ya da yakında etkileyecek. Örneğin, D-Wave kuantum bilgisayarı Los Angeles limanının çalışmalarını önemli ölçüde hızlandırma yeteneğini gösterdi (test verileri üzerinde araştırmalar yürütülürken), Daimler ve IBM Quantum elektrikli araçlar için kuantum pilleri oluşturmak üzere ve RKC ve QBoard projesi, Rosatom'un çıkarları doğrultusunda nükleer atıkların güvenli bir şekilde bertaraf edilmesine yönelik bir kuantum algoritması geliştirdi.
En hızlı şekilde - 2-3 yıl içinde - kendilerini göstereceklerHemen hemen her endüstride yaygın olarak uygulanabilen optimizasyon problemlerini çözmek için varyasyonel algoritmalar. Bu bir hibrit bilgi işlem sınıfıdır: kuantum kısmı durum değişikliklerinden sorumludur ve klasik kısım bu sürecin dengelenmesine yardımcı olur. Hibrit modellerin uygulanması tamamen kuantum olanlara göre çok daha basit olduğundan, mevcut kuantum bilgisayarların gücü onlar için yeterlidir. RKC ve QBoard projesi, otomotiv endüstrisinin yararına olacak şekilde kimyasal modelleme sorunlarını çözmek için kuantum algoritmaları kullanıyor. Ancak varyasyonel algoritmaların geliştirilmesi bir dizi zorlukla karşı karşıyadır. Bunların uygulanmasına giden yolda, kuantum hesaplama alanının tamamı ilginç keşiflerle karşı karşıya kalacak.
Daha fazla oku:
Şimdiye kadar bulunan en eski Kiril metni
"Webb" inanılmaz derecede büyük yıldızların izlerini buldu: evrenin şafağında öldüler
Dünyanın stratosferinde kaydedilen garip sesler: bilim adamlarının doğalarını nasıl anlamaya çalıştıkları
Kapak fotoğrafı: Image by starline on Freepik