В нашето съвремие стандартните компютри несъмнено са напреднали в сравнение с това, което можехме да съберем преди няколко десетилетия. Въпреки това, с колко бързи и разнообразни компютри са сега, е трудно да си представим нещо, което може да бъде още по-добро. Въведете квантовите изчисления. Тази област на науката има за цел да използва законите на Вселената за постигане на невероятни цели.
И така, какво точно представляват квантовите изчисления и как ще повлияят на нашия свят в бъдеще?
Какво е квантово изчисление?
Въпреки че динамиката на квантовите изчисления все още се изучава днес, те първоначално се появяват през 80-те години на миналия век от физика Пол Бениоф. По това време Бениоф предлага квантов изчислителен модел на машината на Тюринг. След това последващи хора помогнаха за разработването на теорията и приложението на квантовите изчисления, включително Исак Чуанг и Нийл Гершенфелд.
Определението за квантово изчисление се различава леко в зависимост от сайта, който посещавате. Най-основната му форма е вид изчисление, което разчита на квантовата механика, за да работи. Докато квантовите компютри някога са били само теория на хартия, сега те оживяват.
И така, с какви квантови компютри си имаме работа днес?
Квантовото изчисление все още е в процес на развитие. Това е невероятно сложна област, която е отстъпила място на множество прототипни модели, като например квантовия компютър на Google Sycamore. През 2019 г. Google обяви, че Sycamore отне минути, за да реши изчисление, което ще отнеме на суперкомпютър 10 000 години. Но какво е различното при квантовите компютри? Как могат да извършват такива огромни подвизи?
Основите на квантовите изчисления
Типичният компютър използва единици, известни като битове, за да функционира. Битът може и ще има само една от двете стойности: нула или единица. Тези битове се използват за писане на двоичен код, абсолютен елемент в компютърния свят.
От друга страна, нещо, известно като квантов бит (кубит), е най-основната единица на квантовите компютри. Именно тези единици са необходими на квантовите компютри, за да съхраняват данни и да изпълняват функции. Кубитът може да носи информация в квантово състояние и може да бъде генериран по различни начини, като например чрез въртене на електрон.
Кубитите също могат да приемат различни форми, като фотон или уловен йон. Това са безкрайно малки частици, които формират основата на нашата Вселена.
Кубитите имат голям потенциал. В момента те се използват в квантовите компютри за решаване на многоизмерни квантови алгоритми и изпълнение на квантови модели. Това, което е доста невероятно за кубитите, е, че те могат да съществуват в множество състояния едновременно. Това означава, че те могат едновременно да бъдат нула, едно или нещо между тях.
Поради това свойство кубитите могат да разглеждат множество възможности наведнъж, което дава на квантовите компютри способността да извършват изчисления, преди състоянието на обекта да стане измеримо. Това позволява на квантовите компютри да решават сложни проблеми много по-бързо от обикновените компютри.
Предимствата на квантовите компютри
Най-голямото предимство на квантовите компютри е скоростта, с която могат да извършват изчисления. Такава технология може да осигури изчислителни скорости, които традиционните компютри никога няма да могат да постигнат. Квантовите компютри също са много по-способни да решават по-сложни проблеми от типичните компютри и могат да изпълняват много сложни симулации.
Тази усъвършенствана способност, приютена от квантовите компютри, понякога се нарича "квантово превъзходство, тъй като те имат потенциал далеч отвъд компютрите или дори напреднали суперкомпютри, може да се постигне през следващите няколко години или десетилетия. Но квантовите компютри в никакъв случай не са перфектни. Тези машини имат няколко недостатъка, които могат да повлияят на бъдещия им успех.
Недостатъците на квантовите компютри
Тъй като квантовите компютри все още са на етап прототип, много проблеми все още трябва да бъдат преодолени.
Първо, квантовите компютри се нуждаят от екстремни среди, в които да функционират. Всъщност тези машини трябва да съществуват при температури от около 450 градуса по Фаренхайт. Това затруднява достъпа до квантовите компютри от повечето компании и от обществеността. На всичкото отгоре квантовите компютри са много големи в сравнение с днешните стандартни модели, подобно на големината на първия компютър. Въпреки че това вероятно ще се промени в бъдеще, това ще допринесе за недостъпността на тази технология за обикновените хора в ранните фази на развитие.
Квантовите компютри също все още се справят с проценти на грешки, които са твърде високи. За успешна интеграция в различни индустрии трябва да сме сигурни, че тези машини осигуряват висок процент на успех, така че да може да се разчита на тях.
Сега, след като разбираме основите на квантовото изчисление и неговите плюсове и минуси, нека да разберем как тази технология може да се прилага в различни индустрии.
Използването на квантовите изчисления
Тъй като квантовото изчисление все още е в ранен етап на развитие, се хвърлят много идеи за това какво може да направи един ден. Има много погрешни схващания по отношение на квантовите компютри, което до голяма степен се дължи на неразбиране на технологията. Някои хора предполагат, че квантовите компютри ще бъдат използвани за влизане в паралелни вселени или дори за симулиране на пътуване във времето.
Въпреки че тези възможности не могат точно да бъдат изключени, трябва да се съсредоточим върху по-реалистичните приложения на квантовите изчисления, които могат да бъдат постигнати през следващите няколко десетилетия. И така, нека навлезем в приложенията на квантовите изчисления.
1. Изкуствен интелект и машинно обучение
Изкуственият интелект и машинното обучение са две други технологии, които изглеждат почти футуристични, но стават все по-напреднали с годините. С развитието на тези технологии може да се наложи да преминем от стандартните компютри. Това е мястото, където могат да се намесят квантовите компютри с техния огромен потенциал да обработват функции и да решават бързо изчисления.
2. Кибер защита
Тъй като киберпрестъпниците стават все по-усъвършенствани, нашата нужда от високи нива на киберсигурност нараства. днес, киберпрестъпността е тревожно често срещана, като хиляди хора са насочени месечно.
Използвайки квантово изчисление, може един ден да успеем по-лесно да разработим висококачествени протоколи за киберсигурност, които могат да се справят дори с най-сложните атаки.
Квантовото изчисление също има потенциала да помогне в криптографията, по-специално в област, известна като квантова криптография. Това изследва акта на използване на квантовата механика за изпълняват криптографски функции.
3. Разработка на лекарства
Способността на квантовите компютри да предсказват изхода от ситуации може да ги направи ефективни при разработването на лекарства. Един квантов компютър може един ден да помогне да се предвиди как действат определени молекули в определени сценарии. Например, квантов компютър може да прогнозира как ще се държи лекарството в тялото на човек.
Това повишено ниво на изследване може да направи периода на проба и грешка при разработването на лекарства много по-лесен.
Притеснения около квантовите изчисления
Когато се развива нов вид технология, естествено е хората да се чувстват малко притеснени. И така, трябва ли квантовите изчисления да ни притесняват?
Много се говори за киберсигурността рисковете, породени от квантовите компютри. Въпреки че квантовите компютри могат да помогнат за постигането на по-високи нива на цифрова сигурност, нещата могат да се развият по друг начин. Докато тази заплаха е хипотетична в момента, има шанс тя да се развие в проблем през следващите години, особено когато квантовите компютри станат достъпни за широката публика население. Някои компании вече предлагат "квантово защитен VPN" услуги в очакване.
Тъй като квантовите компютри могат да решават изключително сложни проблеми, потенциалът им за по-ефективно разбиване на пароли и дешифриране на данни се увеличава. Докато дори суперкомпютрите се борят да намерят големи ключове за декриптиране, квантовите компютри може един ден да имат способността лесно да дешифрират чувствителни данни, което би било много добра новина за злонамерените участници.
Квантовите изчисления ще ни тласнат към бъдещето
Възможностите, предлагани от квантовите изчисления, не са нищо друго освен невероятни и един ден ще бъдат постижими. Въпреки че квантовите компютри все още са в начален етап, продължаващият напредък в тази област може да ни доведе до огромни технологични постижения. Само времето ще покаже с този!