Kvantinė fizika jau gerokai paveikė mūsų gyvenimą. Lazerio ir tranzistoriaus išradimai iš tikrųjų yra kvantinės teorijos pasekmė - ir kadangi abu šie komponentai yra pagrindinė kiekvieno šiandien esančio elektroninio prietaiso konstrukcinė medžiaga, kurią jūs matote, iš esmės yra „kvantinė mechanika veiksmas “.
Tai pasakius, dabar kvantinė pramonė turi perversmą skaičiavimo pasaulyje, nes dedamos didelės pastangos išnaudoti tikrąją galią iš kvantinės srities. Kvantinis skaičiavimas gali būti pritaikytas įvairiuose sektoriuose, tokiuose kaip saugumas, sveikatos priežiūra, energetika ir net pramogų pramonė.
Quantum vs. Klasikiniai kompiuteriai
Kvantų teorijos istorija prasidėjo daugiau nei šimtmetį. Tačiau dabartinį kvantinį šurmulį lemia naujausių tyrimų išvados, kurios rodo, kad netikrumas, ir būdinga kvantinių dalelių savybė, gali būti galingas ginklas kvantui realizuoti potencialus.
Kaip teigiama teorijoje, atrodo, kad neįmanoma žinoti kiekvienos atskirų kvantinių dalelių (t. Y. Elektronų ar fotonų) savybių. Apsvarstykite klasikinio GPS pavyzdį, kai jis gali tiksliai nuspėti jūsų judėjimo greitį, vietą ir kryptį, kol pasieksite norimą tikslą.
Tačiau kvantinis GPS negali tiksliai nustatyti visų aukščiau nurodytų kvantinės dalelės savybių, nes kvantinės fizikos dėsniai to padaryti neleidžia. Tai sukelia tikimybinę kalbą kvantiniame pasaulyje, o ne klasikinę tikrumo kalbą.
Šiuo atveju tikimybinė kalba reiškia tikimybių priskyrimą skirtingoms kvanto savybėms dalelės, tokios kaip greitis, padėtis ir judėjimo kryptis, kurias, atrodo, sunku pasakyti tikrumas. Šis tikimybinis kvantinių dalelių pobūdis suteikia galimybę, leidžiančią bet kam ir viskam atsitikti bet kuriuo laiko momentu.
Atsižvelgiant į skaičiavimą, dvejetainiai 0 ir 1, pateikti kaip kvitai (kvantiniai bitai), turi savybę būti 1 arba 0 bet kuriuo momentu.
Aukščiau pateiktas vaizdavimas palieka kartaus skonio burnoje, nes klasikinėse mašinose 0 ir 1 yra susieti su jungikliais ir grandinėmis, įsijungiančiomis ir išjungiančiomis skirtingais momentais. Taigi nežinant tikslios jų būsenos (t. Y. Įjungus ar išjungus), neatrodo protinga skaičiavimo kontekste.
Tikrąja prasme tai gali sukelti skaičiavimo klaidų. Tačiau informacijos apdorojimas kvantiniame pasaulyje remiasi kvantinio neapibrėžtumo samprata - kur 0 ir 1 „superpozicija“ yra ne klaida, o savybė. Tai leidžia greičiau apdoroti duomenis ir palengvina greitesnį bendravimą.
Skaityti daugiau: Kaip veikia optiniai kvantiniai kompiuteriai
Kvantinės kompiuterijos viršūnėje
Kvantinės teorijos tikimybinės savybės pasekmė yra ta, kad, atrodo, neįmanoma tiksliai nukopijuoti kvantinės informacijos. Saugumo požiūriu tai yra reikšminga, nes kibernetiniai nusikaltėliai, ketinantys kopijuoti kvantinius raktus šifruoti ir siųsti pranešimus, galiausiai žlugtų, net jei jie gautų prieigą prie kvantinių kompiuterių.
Čia svarbu pabrėžti, kad toks aukščiausios klasės šifravimas (t. Y. Sudėtingas metodas konvertuoti slaptus duomenis ar raktus į kodas, užkertantis kelią neleistinai prieigai) yra fizikos dėsnių, o ne šiandien naudojamų matematikos scenarijų algoritmų rezultatas. Matematinius šifravimus galima nulaužti galingų kompiuterių pagalba, tačiau, nulaužus kvantinį šifravimą, reikia perrašyti pagrindinius fizikos dėsnius.
Kadangi kvantinis šifravimas skiriasi nuo dabartinių šifravimo metodų, panašiai kvantiniai kompiuteriai nuo klasikinių skiriasi labai esminiu lygiu. Apsvarstykite automobilio ir bulių vežimėlio analogiją. Čia automobilis laikosi tam tikrų fizikos dėsnių, kurie greitai pasiekia norimą tikslą, palyginti su kolega. Ta pati filosofija galioja ir kvantiniam, ir klasikiniam kompiuteriui.
Kvantinis kompiuteris naudoja tikimybinę kvantinės fizikos prigimtį, kad atliktų skaičiavimus ir apdorotų duomenis unikaliu būdu. Tai gali atlikti skaičiavimo užduotis daug greičiau, taip pat pereiti prie tradiciškai neįmanomų sąvokų, tokių kaip kvantinė teleportacija. Ši duomenų perdavimo forma galėtų atverti kelią ateities internetui, t. Y. Kvantiniam internetui.
Kam šiandien galima naudoti kvantinį kompiuterį?
Kvantiniai kompiuteriai gali būti naudingi mokslinių tyrimų ir plėtros organizacijoms, vyriausybės institucijoms ir mokslo darbuotojams institucijoms, nes jie galėtų padėti išspręsti sudėtingas problemas, kurios dabartiniams kompiuteriams atrodo sudėtingos susitvarkyti.
Vienas reikšmingas pritaikymas galėtų būti kuriant vaistus, kur jis galėtų sklandžiai imituoti ir analizuoti chemines medžiagas ir molekules, kai molekulės veikia pagal tuos pačius kvantinės fizikos dėsnius, kaip ir kvantas kompiuteriai. Be to, efektyvus kvantinės chemijos modeliavimas gali būti įmanomas, nes greičiausi superkompiuteriai šiandien nepasiekia tikslo.
Kvantiniai kompiuteriai taip pat galėtų išspręsti sudėtingas optimizavimo problemas ir padėti greitai surūšiuoti nerūšiuotus duomenis. Šiuo atžvilgiu yra daugybė programų, pradedant iš pažiūros dinamiškų klimato, sveikatos ar finansinių duomenų rūšiavimu, baigiant logistikos ar eismo srauto optimizavimu.
Kvantiniai kompiuteriai taip pat gerai atpažįsta duomenų modelius, pvz., Mašininio mokymosi problemas. Be to, kvantiniai kompiuteriai galėtų atlikti lemiamą vaidmenį kuriant ateities prognozavimo modelius, pvz., Orų prognozes.
Pasirengimas kvantinei ateičiai
Kai kvantinės ateities lenktynės užima pagrindinį vaidmenį, investuotojai ir vyriausybės įstaigos kviečia milijardus dolerių į kvantinius mokslinius tyrimus ir plėtrą. Jau sukurtas pasaulinis ryšių tinklas, kuriame naudojamas palydovinis kvantinių raktų paskirstymas, nustatantis tolesnio vystymosi kelią.
Tokios kompanijos kaip „Google“, „Amazon“, „Microsoft“, IBM ir kitos daug investuoja į kvantinių skaičiavimo išteklių, ty techninės ir programinės įrangos, plėtrą.
Pagal KosmosasKinijos tyrėjų komanda pastatė kvantinį kompiuterį, kuris užbaigė sudėtingą skaičiavimą 2007 m šiek tiek daugiau nei 60 minučių, kurioms klasikinis kompiuteris būtų praėjęs mažiausiai 8 ar daugiau metų baigtas.
Tai akcentas per pastaruosius dvejus metus vykusiuose kvantinių skaičiavimų pokyčiuose. Manoma, kad mokslo bendruomenė pagaliau pasiekė sunkiai pasiekiamą „kvantinį pranašumą“ - ten, kur yra kvantinis skaičiavimas sugebėdamas išspręsti sudėtingiausią problemą, kuriai klasikinis skaičiavimas gali pažodžiui užtrukti nepraktiško laiko.
Kvantinį etapą „Google“ pirmą kartą pasiekė 2019 m kur jie naudojo kubitus, kurie naudojo srovę skaičiavimams atlikti. Vėliau, 2020 m., Kinijos komanda paspartino procesą fotoniniais kubitais. Dabar 2021 m. Kita Kinijos komanda (vadovaujama Jian-Wei Pano iš Kinijos mokslo ir technologijų universiteto Šanchajuje) vėl pranoko „Google“.
Į tiriamasis darbas, paskelbtas išankstinio spausdinimo serveryje ArXiv, prisidedanti tyrimų grupė atskleidė savo išvadas dėl kvantinio pranašumo, kai jie naudojo superlaidžius kvitus kvantiniame procesoriuje, pavadintame „Zuchongzhi“, kurį sudaro 66 kvitai. Komanda parodė, kad Zuchongzhi sugebėjo manipuliuoti 56 kubitais, kad išspręstų skaičiavimo problemą, kurios tikslas buvo patikrinti kompiuterių galią.
Apimti neapibrėžtumą
Per pastaruosius penkerius metus spartus vystymasis kvantinių technologijų pasaulyje buvo gana įdomus. Pagal „Quantum Daily“tikimasi, kad iki 2030 m. pabaigos kvantinė pramonė įvertins kelis milijardus dolerių. Nors prieš tokį plataus masto dislokavimą yra įvairių praktinių iššūkių, tačiau ateitis atrodo šviesi.
Laimei, kvantinė teorija išryškina šviesesnę „nenuspėjamumo“ pusę. Teorijos teigimu, du kubitai gali būti užrakinti vienas su kitu, tikėtina, kad kiekvienas kvestas išliks nenustatyta atskirai, bet yra sinchronizuojama su kitu, kai žiūrima kaip į vienetą - tai reiškia, kad abu yra 0 arba 1.
Šis individualus nenuspėjamumas ir bendras tikrumas vadinamas „įsipainiojimu“ - patogiu įrankiu daugumai kvantinių skaičiavimo algoritmų šiandien. Taigi, atsargiai spręsdamos neapibrėžtumą, organizacijos gali įgyti formą, kad galėtų priimti kvantinę ateitį.
Kompiuteriai mažėja, bet ar jie kada nors bus tokie maži, kad jų nematytų plika akimi?
Skaitykite toliau
- Paaiškinta technologija
- Kvantinis skaičiavimas
Prenumeruokite mūsų naujienlaiškį
Prisijunkite prie mūsų naujienlaiškio, kuriame rasite techninių patarimų, apžvalgų, nemokamų el. Knygų ir išskirtinių pasiūlymų!
Dar vienas žingsnis…!
Prašome patvirtinti savo el. Pašto adresą el. Laiške, kurį jums ką tik išsiuntėme.
