Mūsų laikais standartiniai kompiuteriai neabejotinai yra pažangūs, palyginti su tuo, ką galėjome surinkti prieš kelis dešimtmečius. Tačiau, kadangi dabar kompiuteriai yra greiti ir įvairūs, sunku įsivaizduoti ką nors, kas galėtų būti dar geriau. Įveskite kvantinį skaičiavimą. Ši mokslo sritis siekia pasitelkti visatos dėsnius neįtikėtiniems tikslams pasiekti.
Taigi, kas tiksliai yra kvantinė kompiuterija ir kaip ji paveiks mūsų pasaulį ateityje?
Kas yra kvantinė kompiuterija?
Nors kvantinio skaičiavimo dinamika vis dar tiriama ir šiandien, ji iš pradžių atsirado devintajame dešimtmetyje fiziko Paulo Benioffo. Tuo metu Benioffas pasiūlė Tiuringo mašinos kvantinio skaičiavimo modelį. Po to kiti asmenys, įskaitant Isaacą Chuangą ir Neilą Gershenfeldą, padėjo sukurti kvantinio skaičiavimo teoriją ir taikymą.
Kvantinio skaičiavimo apibrėžimas šiek tiek skiriasi priklausomai nuo svetainės, kurioje lankotės. Pagrindinė jo forma yra tam tikras skaičiavimas, kurio veikimas priklauso nuo kvantinės mechanikos. Nors kvantiniai kompiuteriai kažkada buvo tik teorija ant popieriaus, dabar jie atgyja.
Taigi, su kokiais kvantiniais kompiuteriais šiandien susiduriame?
Kvantinė kompiuterija vis dar labai vystoma. Tai neįtikėtinai sudėtinga sritis, užleidusi vietą daugeliui prototipų modelių, tokių kaip „Google“ kvantinis kompiuteris Sycamore. 2019 m. „Google“ paskelbė, kad Sycamore užtruko kelias minutes, kad išspręstų skaičiavimą, kuriam superkompiuteriui prireiktų 10 000 metų. Bet kuo skiriasi kvantiniai kompiuteriai? Kaip jie gali atlikti tokius didžiulius žygdarbius?
Kvantinio skaičiavimo pagrindai
Įprastas kompiuteris funkcionavimui naudoja vienetus, vadinamus bitais. Bitas gali turėti ir turės tik vieną iš dviejų reikšmių: nulį arba vieną. Šie bitai naudojami dvejetainiam kodui, absoliučiam skaičiavimo pasaulio pagrindui, rašyti.
Kita vertus, kažkas, žinoma kaip kvantinis bitas (kubitas), yra pagrindinis kvantinių kompiuterių vienetas. Būtent šių vienetų reikia kvantiniams kompiuteriams saugoti duomenis ir atlikti funkcijas. Kubitas gali nešti informaciją kvantinėje būsenoje ir gali būti generuojamas įvairiais būdais, pavyzdžiui, per elektrono sukimąsi.
Kubitai taip pat gali būti įvairių formų, pavyzdžiui, fotonų arba įstrigusių jonų. Tai be galo mažos dalelės, kurios sudaro mūsų visatos pagrindą.
Kubitai turi daug potencialo. Šiuo metu jie naudojami kvantiniuose kompiuteriuose, siekiant išspręsti daugiamačius kvantinius algoritmus ir paleisti kvantinius modelius. Neįtikėtina kubitai yra tai, kad jie vienu metu gali egzistuoti keliose būsenose. Tai reiškia, kad jie vienu metu gali būti nulis, vienas arba bet kas tarp jų.
Dėl šios savybės kubitai gali vienu metu apsvarstyti kelias galimybes, o tai suteikia kvantiniams kompiuteriams galimybę atlikti skaičiavimus, kol objekto būsena tampa išmatuojama. Tai leidžia kvantiniams kompiuteriams išspręsti sudėtingas problemas daug greičiau nei įprasti kompiuteriai.
Kvantinių kompiuterių pranašumai
Didžiausias kvantinių kompiuterių privalumas yra greitis, kuriuo jie gali atlikti skaičiavimus. Tokia technologija gali užtikrinti tokį skaičiavimo greitį, kurio tradiciniai kompiuteriai niekada negalės pasiekti. Kvantiniai kompiuteriai taip pat daug geriau nei įprasti kompiuteriai gali išspręsti sudėtingesnes problemas ir gali atlikti labai sudėtingus modeliavimus.
Šis pažangus kvantinių kompiuterių gebėjimas kartais vadinamas "kvantinis pranašumas“, nes jų potencialas yra daug didesnis nei kompiuteriai ar net pažangūs superkompiuteriai, galėtų pasiekti per ateinančius kelerius metus ar dešimtmečius. Tačiau kvantiniai kompiuteriai jokiu būdu nėra tobuli. Šios mašinos turi keletą minusų, kurie gali turėti įtakos jų sėkmei ateityje.
Kvantinių kompiuterių trūkumai
Kadangi kvantiniai kompiuteriai vis dar yra savo prototipų stadijoje, daug problemų vis dar reikia įveikti.
Pirma, kvantiniams kompiuteriams reikia ekstremalios aplinkos, kad galėtų veikti. Tiesą sakant, šios mašinos turi egzistuoti maždaug 450 laipsnių Farenheito temperatūroje. Dėl to daugumai įmonių ir visuomenei sunku pasiekti kvantinius kompiuterius. Be to, kvantiniai kompiuteriai yra labai dideli, palyginti su šiandieniniais standartiniais modeliais, panašiai kaip pirmasis kompiuteris. Nors ateityje tai greičiausiai pasikeis, tai prisidės prie to, kad ankstyvosiose kūrimo fazėse paprastam žmogui ši technologija taps neprieinama.
Kvantiniai kompiuteriai taip pat vis dar susiduria su pernelyg dideliu klaidų lygiu. Norėdami sėkmingai integruotis į įvairias pramonės šakas, turime būti tikri, kad šios mašinos užtikrina aukštą sėkmės rodiklį, kad būtų galima jomis pasitikėti.
Dabar, kai suprantame kvantinio skaičiavimo pagrindus ir jo privalumus bei trūkumus, pažiūrėkime, kaip šią technologiją galima pritaikyti įvairiose pramonės šakose.
Kvantinio skaičiavimo panaudojimas
Kadangi kvantinė kompiuterija vis dar yra šiek tiek ankstyvosiose vystymosi stadijose, kyla daug idėjų, ką ji vieną dieną galėtų padaryti. Yra daug klaidingų nuomonių apie kvantinius kompiuterius, o tai dažniausiai kyla dėl nesusipratimų apie technologiją. Kai kurie žmonės siūlo, kad kvantiniai kompiuteriai būtų naudojami norint patekti į lygiagrečias visatas ar net imituoti keliones laiku.
Nors šių galimybių negalima tiksliai atmesti, turime sutelkti dėmesį į realesnius kvantinio skaičiavimo pritaikymus, kurie gali būti pasiekti per ateinančius kelis dešimtmečius. Taigi, pereikime prie kvantinio skaičiavimo programų.
1. Dirbtinis intelektas ir mašininis mokymasis
Dirbtinis intelektas ir mašinų mokymasis yra dvi kitos technologijos, kurios atrodo beveik futuristinės, tačiau bėgant metams tampa vis tobulesnės. Tobulėjant šioms technologijoms gali tekti pereiti nuo standartinių kompiuterių. Čia galėtų įsitraukti kvantiniai kompiuteriai, turintys didžiulį potencialą apdoroti funkcijas ir greitai išspręsti skaičiavimus.
2. Kibernetinė sauga
Kibernetiniams nusikaltėliams vis labiau tobulėjant, mūsų aukšto lygio kibernetinio saugumo poreikis didėja. Šiandien elektroniniai nusikaltimai yra nerimą keliantys dažni, kas mėnesį taikoma tūkstančiams žmonių.
Naudodami kvantinį skaičiavimą, galbūt vieną dieną galėsime lengviau sukurti aukšto lygio kibernetinio saugumo protokolus, galinčius įveikti net sudėtingiausias atakas.
Kvantinė kompiuterija taip pat gali padėti kriptografijoje, ypač tokioje srityje, kuri žinoma kaip kvantinė kriptografija. Tai tiria kvantinės mechanikos panaudojimo veiksmą atlieka kriptografines funkcijas.
3. Vaistų kūrimas
Kvantinių kompiuterių gebėjimas numatyti situacijų baigtį gali padaryti juos veiksmingus kuriant vaistus. Kvantinis kompiuteris vieną dieną gali padėti numatyti, kaip tam tikros molekulės veikia tam tikruose scenarijuose. Pavyzdžiui, kvantinis kompiuteris gali numatyti, kaip narkotikas elgsis žmogaus kūne.
Šis aukštas tyrimų lygis gali labai palengvinti vaistų kūrimo bandymų ir klaidų laikotarpį.
Kvantinės kompiuterijos supančios problemos
Kai kuriamos naujos technologijos, natūralu, kad žmonės šiek tiek baiminasi. Taigi, ar kvantinė kompiuterija mums turėtų rūpėti?
Daug kalbėta apie kibernetinį saugumą kvantinių kompiuterių keliama rizika. Nors kvantiniai kompiuteriai gali padėti pasiekti aukštesnį skaitmeninio saugumo lygį, viskas gali vykti kitaip. Nors ši grėsmė šiuo metu yra hipotetinė, yra tikimybė, kad ji gali išsivystyti į ateinančiais metais, ypač kai kvantiniai kompiuteriai taps prieinami plačiau gyventojų. Kai kurios įmonės jau siūlokvantiniam atsparumui VPN„paslaugų laukiant.
Kadangi kvantiniai kompiuteriai gali išspręsti labai sudėtingas problemas, jų potencialas efektyvesnis slaptažodžių nulaužimas ir duomenų iššifravimas dideja. Nors net superkompiuteriai stengiasi rasti didelius iššifravimo raktus, kvantiniai kompiuteriai vieną dieną gali turėti galimybę lengvai iššifruoti jautrius duomenis, o tai būtų labai gera žinia piktybiniams veikėjams.
Kvantinė kompiuterija pastūmės mus į ateitį
Kvantinio skaičiavimo teikiamos galimybės yra tiesiog neįtikėtinos ir vieną dieną bus pasiekiamos. Nors kvantinė kompiuterija vis dar yra ankstyvoje stadijoje, nuolatinė pažanga šioje srityje gali paskatinti mus padaryti didžiulius technologinius žygdarbius. Tik laikas parodys šį!