Можливості квантових комп'ютерів
Квантові комп'ютери не замінять класичні обчислювальні машини,
- Пошук неструктурованих даних у масивах – цеФото, відео, аудіо, текстові файли без розмітки. Пошук та аналіз файлів у великій кількості пов'язаний із розрізненістю форматів, мов, контексту та інших параметрів. Але очевидно, що обсяги зростають щороку, і це найважливіша інформація для вчених, маркетологів та фахівців із безпеки. Передбачається, що квантові комп'ютери легко виконуватимуть кілька операцій паралельно і шукатимуть за такими базами швидше.
- Оптимізація:пошук найкращого рішення з урахуванням бажаного результату та обмежень. Це покращить доставку, допоможе в прийнятті рішень на ринках, що швидко змінюються, і ефективніше керувати транспортними потоками.
- Моделювання квантових систем, у тому числітаких, як молекули нових матеріалів чи ліків. Квантовий комп'ютер чудово справлятиметься зі складністю та невизначеністю таких систем. Сюди належить моделювання хімічних реакцій і фізичних взаємодій.
- Вирішення математичних завдань, неймовірно складнихдля класичних комп'ютерів Це важлива можливість квантових обчислювальних машин, яка відкриє нову сторінку в криптографії, більшість поширених систем шифрування виявляться вразливими.
Поки найпотужніший квантовий процесор створений компанією IBM, і він налічує 127 кубитів.
Фізичні основи: найнеобхідніше
Що дозволить квантовим комп'ютерам вирішувати завдання краще, швидше та ефективніше, ніж класичні машини? Що забезпечить квантову перевагу?
Квантові обчислення, як очевидно з назви,ґрунтуються на процесах квантової фізики. Згідно з постулатом квантової фізики, до моменту вимірювання електрон (або інша дрібна частка, наприклад, фотон) не має однозначних координат, а одночасно знаходиться у всіх точках орбіти. Цю область суми всіх станів частки називають електронною хмарою. Спрощено можна сказати, що ця електронна хмара є фізичним кубитом (q-bit, квантовий біт) — базовою одиницею інформації в квантових обчисленнях.
Кубіти грають у квантових обчисленнях ту ж роль,що й биті у класичних обчисленнях. Але якщо класичні біти двійкові і можуть перебувати тільки в позиції 0 або 1, то кубіти - суперпозиції всіх можливих станів. Тому квантовий комп'ютер вирішує завдання методом послідовного перебору, а розглядаючи відразу безліч можливих варіантів. Звичайно, швидкість обчислення радикально зростає.
Ще одна важлива властивість – заплутаність.Це описує таку властивість квантових частинок, коли результати спільного виміру віддалених частинок виявляються корелированными, тоді як виміру частинок окремо — цілком випадковими. Чим більше кубитів вдається заплутати, створивши єдину систему, тим потужніше виходить обчислювальна машина і складніші завдання можна вирішувати.
Кубіти грають у квантових обчисленнях ту ж роль, що і біти у класичних обчисленнях
Актуальний стан та проблеми
У медіа постійно з'являється інформація про всенові досягнення в галузі квантових обчислень — наприклад, наприкінці 2019 року компанія Google голосно оголосила про досягнення квантової переваги. Але реальність така, що поки що квантові обчислювальні машини вирішують лише вузькоспеціальні завдання.
Наприклад, алгоритм розподілу фотозвітів,який показали у Китаї на обчислювальній машині Jiuzhang. Це завдання — одне з тих, які було запропоновано для демонстрації квантової переваги. І з такими завданнями квантові обчислювачі справляються набагато ефективніше, ніж суперкомп'ютери.
Але поки що квантовий комп'ютер обчислює властивостіречовини, але тільки найпростішого та добре відомого. А для створення речовин із заданими властивостями чи оптимізації логістичних потоків потужності не вистачає. Поки що найпотужніший квантовий процесор створений компанією IBM, і налічує він 127 кубітів. А для вирішення завдань, про які йшлося на початку статті, знадобляться тисячі кубитів. Втім, не можна не сказати, що прогрес у галузі квантових обчислень в останні десять років величезний, і поки що видимих перешкод на шляху прогресу немає.
Але проблеми, безперечно, існують.Наприклад, це питання створення квантової пам'яті, яка дозволила б повертатися до вирішення того чи іншого завдання та зберігати результати обчислень. Питання масштабування систем, збільшення часу когеренції, корекції помилок — від цього залежить нарощування обчислювальної потужності. Багато питань і в софтверній частині, тому що для роботи з результатами обчислень ми повинні «перекласти» отримані в квантових обчислення дані на мову класичних обчислень. І тут поки що величезне поле для роботи.
Суперкомп'ютер не може все, але він вирішить купу проблем
Коли реальність довкола постійно змінюється,хочеться поставитися наївним питанням - чи зміг би досить потужний квантовий комп'ютер «передбачити» все це заздалегідь? Відповідь: ні, жодна обчислювальна система не має дар передбачення.
Але саме в такій стрімкій змініситуації квантовий комп'ютер допоміг би у виборі оптимальної стратегії над ринком, знайшов би найкращі логістичні варіанти, що особливо цінно за умов, коли ситуація на транспортному ринку нестабільна. Але поки що потужної квантової машини, яка впорається з такими завданнями, немає в жодній країні світу. І найближчими роками вона навряд чи з'явиться.
Читати далі:
Вчені знайшли чорну дірку, яка в 50 разів більша за галактики
Фізики показали, що вода перетворюється на дві рідини при низьких температурах
У Росії винайшли сплав, який витримає енергію термоядерного реактора