Квантовата физика вече е повлияла значително на живота ни. Изобретенията на лазера и транзистора всъщност са следствие от квантовата теория - и тъй като и двата компонента са основен градивен елемент на всяко електронно устройство днес, това, на което сте свидетели, е „квантовата механика в действие ”.
След като каза това, квантовата индустрия сега е готова да направи революция в изчислителния свят, тъй като се полагат значителни усилия за усвояване на истинската мощ от квантовата сфера. Квантовите изчисления могат да намерят приложения в различни сектори като сигурността, здравеопазването, енергетиката и дори развлекателната индустрия.
Quantum vs. Класически компютри
Историята на квантовата теория датира от повече от век. Настоящият квантов шум обаче се дължи на неотдавнашни констатации от изследвания, които предполагат, несигурност, an присъщо свойство на квантовите частици, може да служи като мощно оръжие за реализиране на кванта потенциал.
Както се посочва в теорията, изглежда е невъзможно да се познае всяко свойство на отделни квантови частици (т.е. електрони или фотони). Помислете за пример на класически GPS, където той може точно да предскаже скоростта, местоположението и посоката на вашето движение за вас, докато стигнете до желаната дестинация.
Квантовият GPS обаче не може точно да определи всички горепосочени свойства на квантовата частица, тъй като законите на квантовата физика не ви позволяват да го направите. Това поражда вероятностен език в квантовия свят, а не класическия език на сигурността.
В този случай вероятностният език предполага присвояване на вероятности на различни свойства на кванта частици като скорост, позиция и посока на движение, с които изглежда трудно да се констатира сигурност. Тази вероятностна природа на квантовите частици поражда възможност, която позволява всичко и всичко да се случва във всеки един момент от времето.
В светлината на изчисленията двоичните 0 и 1, представени като кубити (квантови битове), притежават свойството да бъдат 1 или 0 по всяко време.
Горното представяне оставя горчив вкус в устата, тъй като в класическите машини 0 и 1 са свързани с превключватели и вериги, които се включват и изключват в различни моменти. Следователно, не знаейки точното им състояние (т.е. включено или изключено) не би изглеждало разумно в изчислителния контекст.
В реален смисъл това може да доведе до грешки в изчисленията. Въпреки това, обработката на информация в квантовия свят разчита на концепцията за квантова несигурност - където „суперпозицията“ от 0 и 1 не е грешка, а функция. Той позволява по-бърза обработка на данни и улеснява по-бързата комуникация.
Прочетете още: Как работят оптичните квантови компютри
На върха на квантовите изчисления
Последицата от вероятностното свойство на квантовата теория е, че точното копиране на квантовата информация изглежда е невъзможно. От гледна точка на сигурността това е важно, тъй като киберпрестъпниците, възнамеряващи да копират квантови ключове за криптиране и изпращане на съобщения, в крайна сметка ще се провалят, дори ако получат достъп до квантовите компютри.
Тук е важно да се подчертае, че такова високо ниво на криптиране (т.е. сложен метод за преобразуване на тайни данни или ключове в код, който предотвратява неоторизиран достъп) е резултат от законите на физиката, а не от математическите скриптове, използвани днес. Математическите криптиране могат да бъдат пробити с помощта на мощни компютри, но напукването на квантовото криптиране изисква пренаписване на основните закони на физиката.
Тъй като квантовото криптиране се различава от настоящите техники за криптиране, по същия начин квантовите компютри се различават от класическите на много фундаментално ниво. Помислете за аналогия на автомобил и количка. Тук една кола се подчинява на определени физически закони, които ви отвеждат до желаната дестинация за кратко време в сравнение с аналога. Същата философия се отнася за квантовия компютър и класическия компютър.
Квантовият компютър използва вероятностния характер на квантовата физика, за да извършва изчисления и да обработва данни по уникален начин. Той може да изпълнява изчислителни задачи с много по-бързи темпове и също така да скача към традиционно невъзможни концепции като тази на квантовата телепортация. Тази форма на предаване на данни може да проправи път за интернет на бъдещето, т.е.квантов интернет.
Какво може да се използва квантов компютър за днес?
Квантовите компютри могат да бъдат полезни за научноизследователски и развойни организации, държавни органи и академични среди институции, тъй като те биха могли да помогнат при решаването на сложни проблеми, които настоящите компютри намират за предизвикателни справям се с.
Едно значително приложение може да бъде в разработването на лекарства, при което то може безпроблемно да симулира и анализирайте химикали и молекули, тъй като молекулите функционират по същите закони на квантовата физика като кванта компютри. Освен това може да бъде възможна ефективна симулация на квантова химия, тъй като най-бързите суперкомпютри не успяват да постигнат целта днес.
Също така квантовите компютри могат да решават сложни оптимизационни проблеми и да подпомагат бързото търсене на несортирани данни. В това отношение има множество приложения, вариращи от сортиране на привидно динамични климатични, здравни или финансови данни до оптимизиране на логистиката или потока на трафика.
Квантовите компютри също са добри в разпознаването на модели в данни, като например при проблеми с машинното обучение. Освен това квантовите компютри биха могли да изиграят решаваща роля при разработването на модели за предсказване на бъдещето, например при прогнозиране на времето.
Подготвяне за квантовото бъдеще
Тъй като надпреварата за квантово бъдеще заема централно място, инвеститорите и правителствените органи подхранват милиарди долари в квантови изследвания и разработки. Вече е внедрена глобална комуникационна мрежа, използваща сателитно базирано разпределение на квантови ключове, определяща пътя за по-нататъшни разработки.
Компании като Google, Amazon, Microsoft, IBM и други правят големи инвестиции в разработването на квантови изчислителни ресурси, т.е. хардуер и софтуер.
Според Космос, екип от изследователи в Китай изгради квантов компютър, който завърши сложно изчисление през малко повече от 60 минути, което би отнело поне 8 години или повече, за да може класически компютър завършен.
Това е връхната точка в развитието на квантовите изчисления, които се случват през последните две години. Смята се, че научната общност най-накрая е постигнала неуловимото „квантово предимство“ - там, където са квантовите изчисления в състояние да реши най-сложния проблем, който класическите изчисления могат буквално да отнемат непрактично време, за да го проумеят.
Квантовият етап е постигнат за първи път от Google през 2019 г. където са използвали кубити, които са използвали ток за извършване на изчисления. По-късно през 2020 г. китайският екип използва фотонни кубити, за да ускори процеса. Сега през 2021 г. друг китайски екип (ръководен от Джиан-Уей Пан от Университета за наука и технологии в Китай в Шанхай) отново надмина Google.
В изследователска статия, публикувана на сървъра за предпечат ArXiv, допринасящият изследователски екип разкри своите открития за квантово предимство, при което те използваха свръхпроводящи кубити на квантов процесор, наречен Zuchongzhi, който се състои от 66 кубита. Екипът демонстрира, че Zuchongzhi е успял да манипулира 56 кубита, за да се справи с изчислителен проблем, който има за цел да тества мощността на компютрите.
Приемане на несигурността
Бързото развитие в света на квантовите технологии през последните пет години беше доста вълнуващо. Според The Quantum Daily, се очаква квантовата индустрия да има многомилиардна оценка до края на 2030 г. Въпреки това има различни практически предизвикателства, които трябва да се преодолеят преди толкова широкомащабно внедряване, но бъдещето изглежда светло.
За щастие квантовата теория хвърля светлина върху по-ярката страна на „непредсказуемостта“. Според теорията, два кубита могат да бъдат заключени един с друг с вероятност всеки кубит да остане неопределен индивидуално, но е в синхрон с другия, когато се разглежда като единица - което предполага, че и двете са 0 или 1.
Тази индивидуална непредсказуемост и комбинирана сигурност се нарича „заплитане“ - удобен инструмент за повечето алгоритми за квантови изчисления днес. Следователно, като се справят внимателно с несигурността, организациите могат да влязат във форма, за да възприемат квантовото бъдеще.
Компютрите стават все по-малки, но дали някога ще станат толкова малки, че да са невидими с просто око?
Прочетете Напред
- Обяснени технологии
- Квантови изчисления
Абонирайте се за нашия бюлетин
Присъединете се към нашия бюлетин за технически съвети, рецензии, безплатни електронни книги и ексклузивни оферти!
Още една стъпка…!
Моля, потвърдете имейл адреса си в имейла, който току-що ви изпратихме.