Što je kvantno računalstvo?

Kvantno računalstvo koristi kvantnu mehaniku za obradu ogromnih količina informacija nevjerojatno velikom brzinom. Potrebno je nekoliko minuta do nekoliko sati da kvantno računalo riješi problem za koji bi stolnom računalu bile potrebne godine ili desetljeća.

Kvantno računalstvo postavlja pozornicu za novu generaciju superračunala. Očekuje se da će ova kvantna računala nadmašiti postojeću tehnologiju u područjima kao što su modeliranje, logistika, analiza trendova, kriptografija i umjetna inteligencija.

Objašnjeno kvantno računalstvo

Ideju kvantnog računanja prvi su zamislili ranih 1980-ih Richard Feynman i Yuri Manin. Feynman i Manin vjerovali su da kvantno računalo može simulirati podatke na način na koji stolno računalo ne može. Tek kasnih 1990-ih istraživači su izgradili prva kvantna računala.

Primarna procesorska jedinica kvantnog računanja su kvantni bitovi ili kubiti. Kubiti se stvaraju u kvantnom računalu korištenjem kvantnih mehaničkih svojstava pojedinačnih atoma, subatomskih čestica ili supravodljivih električnih krugova.

Kubiti su slični bitovima koje koriste stolna računala jer kubiti mogu biti u kvantnom stanju 1 ili 0. Kubiti se razlikuju po tome što također mogu biti u superpoziciji stanja 1 i 0, što znači da kubiti mogu istovremeno predstavljati i 1 i 0.

Kada su kubiti u superpoziciji, dva kvantna stanja se zbrajaju i rezultiraju drugim kvantnim stanjem. Superpozicija znači da se više računanja obrađuje istovremeno. Dakle, dva kubita mogu istovremeno predstavljati četiri broja. Uobičajena računala obrađuju bitove u samo jednom od dva moguća stanja, 1 ili 0, a izračuni se obrađuju jedan po jedan.

Kvantna računala također koriste isprepletenost za obradu kubita. Kada je kubit zapetljan, stanje tog kubita ovisi o stanju drugog kubita tako da jedan kubit otkriva stanje njegovog neopaženog para.

Kvantni procesor je jezgra računala

Stvaranje kubita je težak zadatak. Za održavanje qubita potrebno je zamrznuto okruženje tijekom bilo kojeg vremena. Supravodljivi materijali potrebni za stvaranje kubita moraju se ohladiti na apsolutna nula (oko minus 272 Celzija). Kubiti također moraju biti zaštićeni od pozadinske buke kako bi se smanjile pogreške u računanju.

Unutrašnjost kvantnog računala izgleda kao otmjeni zlatni luster. I, da, napravljen je od pravog zlata. To je hladnjak za razrjeđivanje koji hladi kvantne čipove tako da računalo može stvarati superpozicije i zapletati kubite bez gubitka ikakvih informacija.

Kvantno računalo izrađuje ove kubite od bilo kojeg materijala koji pokazuje kvantno mehanička svojstva koja se mogu kontrolirati. Projekti kvantnog računanja stvaraju kubite na različite načine, poput petlje supravodljive žice, rotirajućih elektrona i hvatanja iona ili impulsa fotona. Ovi kubiti postoje samo na temperaturama ispod nule koje se stvaraju u hladnjaku za razrjeđivanje.

Programski jezik kvantnog računalstva

Kvantni algoritmi analiziraju podatke i nude simulacije na temelju podataka. Ovi algoritmi su napisani u kvantno fokusiranom programskom jeziku. Istraživači i tehnološke tvrtke razvili su nekoliko kvantnih jezika.

Ovo su neki od programskih jezika kvantnog računanja:

• QISKit: The Kvantni informacijski softverski komplet od IBM-a je biblioteka s punim stogovima za pisanje, simulaciju i pokretanje kvantnih programa.
• Q#: Programski jezik uključen u Microsoft Kvantni razvojni komplet. Komplet za razvoj uključuje kvantni simulator i biblioteke algoritama.
• Cirq: A kvantni jezik koji je razvio Google koji koristi python biblioteku za pisanje sklopova i pokretanje tih sklopova u kvantnim računalima i simulatorima.
• Šuma: Razvojno okruženje koje je stvorio Rigetti Computing koje piše i pokreće kvantne programe.

Koristi se za kvantno računanje

Prava kvantna računala postala su dostupna u posljednjih nekoliko godina, a samo nekoliko velikih tehnoloških tvrtki ima kvantno računalo. Neke od tih tehnoloških tvrtki uključuju Google, IBM, Intel i Microsoft. Ovi tehnološki lideri surađuju s proizvođačima, tvrtkama za financijske usluge i biotehnološkim tvrtkama na rješavanju raznih problema.

Dostupnost kvantnih računalnih usluga i napredak računalne snage daju istraživačima i znanstvenicima nove alate za pronalaženje rješenja za probleme koje je prije bilo nemoguće riješiti. Kvantno računalstvo smanjilo je količinu vremena i resursa potrebnih za analizu nevjerojatnih količina podataka, stvaraju simulacije o tim podacima, razvijaju rješenja i stvaraju nove tehnologije koje popravljaju problema.

Poslovanje i industrija koriste kvantno računalstvo za istraživanje novih načina poslovanja. Evo nekoliko projekata kvantnog računalstva koji bi mogli koristiti poduzeću i društvu:

• Zrakoplovna industrija koristi kvantno računalstvo kako bi istražila bolje načine upravljanja zračnim prometom.
• Financijske i investicijske tvrtke nadaju se da će koristiti kvantno računalstvo za analizu rizika i povrata financijskih ulaganja, optimizirati strategije portfelja i riješiti financijske prijelaze.
• Proizvođači usvajaju kvantno računalstvo kako bi poboljšali svoje lance opskrbe, stvorili učinkovitost u svojim proizvodnim procesima i razvili nove proizvode.
• Biotehnološke tvrtke istražuju načine kako ubrzati otkrivanje novih lijekova.

Pronađite kvantno računalo i eksperimentirajte s kvantnim računarstvom

Neki računalni znanstvenici razvijaju metode za simulaciju kvantnog računanja na stolnom računalu.

Mnoge od najvećih svjetskih tehnoloških tvrtki nude kvantne usluge. Kada su uparene s stolnim računalima i sustavima, ove kvantne usluge stvaraju okruženje u kojem kvantna obrada — s stolnim računalima — rješava složene probleme.

• IBM nudi IBM Q okruženje s pristupom nekoliko stvarnih kvantnih računala i simulacija koje možete koristiti putem oblaka.
• Alibaba Cloud nudi a platforma za kvantno računalstvo u oblaku gdje možete pokrenuti i testirati prilagođene kvantne kodove.
• Microsoft nudi a kvantni razvojni komplet koji uključuje programski jezik Q#, kvantne simulatore i razvojne biblioteke koda spremnog za korištenje.
• Rigetti ima kvantno prvu cloud platformu koja je trenutno u beta fazi. Njihova platforma je unaprijed konfigurirana s njihovim Forest SDK-om.

Vijesti o kvantnom računarstvu u budućnosti

San je da će kvantna računala rješavati probleme koji su trenutno preveliki i previše složeni za rješavanje standardnim hardverom—posebno za modeliranje okoliša i suzbijanje bolesti.

Stolna računala nemaju prostora za pokretanje ovih složenih izračuna i izvođenje ove nevjerojatne količine analize podataka. Kvantno računalstvo uzima najveće veliki podaci prikuplja i obrađuje te informacije u djeliću vremena potrebnog na stolnom računalu. Podaci za koje bi stolnom računalu trebalo nekoliko godina za obradu i analizu potrebno je samo nekoliko dana za kvantno računalo.

Kvantno računalstvo još je u povojima, ali ima potencijal riješiti najsloženije svjetske probleme brzinom svjetlosti. Svatko može nagađati koliko će daleko rasti kvantno računalstvo i dostupnost kvantnih računala.