Mi az a kvantumszámítás?
A kvantumszámítástechnika a kvantummechanikát használja fel, hogy hatalmas mennyiségű információt dolgozzon fel hihetetlenül nagy sebességgel. Néhány perctől több óráig tart, amíg egy kvantumszámítógép megold egy olyan problémát, amelynek megoldása egy asztali számítógépnek évekbe vagy évtizedekbe telne.
A kvantumszámítás a szuperszámítógépek új generációjának alapja. Ezek a kvantumszámítógépek várhatóan felülmúlják a meglévő technológiát olyan területeken, mint a modellezés, logisztika, trendelemzés, kriptográfia és mesterséges intelligencia.
A kvantumszámítás magyarázata
A kvantumszámítás ötletét először az 1980-as évek elején Richard Feynman és Yuri Manin képzelte el. Feynman és Manin úgy gondolta, hogy egy kvantumszámítógép képes olyan módon szimulálni az adatokat, ahogyan az asztali számítógépek nem. A kutatók csak az 1990-es évek végén építették meg az első kvantumszámítógépeket.
Kvantumszámítási felhasználás kvantummechanika, mint például a szuperpozíció és az összefonódás, a számítások elvégzéséhez. A kvantummechanika a fizika egyik ága, amely rendkívül kicsi, elszigetelt vagy hideg dolgokat vizsgál.
A kvantumszámítás elsődleges feldolgozó egysége a kvantumbitek vagy qubitek. A qubiteket a kvantumszámítógépben egyedi atomok, szubatomi részecskék vagy szupravezető elektromos áramkörök kvantummechanikai tulajdonságainak felhasználásával hozzák létre.
A qubitek hasonlóak az asztali számítógépek által használt bitekhez, mivel a qubitek 1-es vagy 0-ás kvantumállapotban lehetnek. A qubitek abban különböznek egymástól, hogy az 1 és 0 állapotok szuperpozíciójában is lehetnek, ami azt jelenti, hogy a qubitek egyszerre jelenthetik az 1-et és a 0-t is.
Amikor a qubitek szuperpozícióban vannak, két kvantumállapot összeadódik, és egy másik kvantumállapotot eredményez. A szuperpozíció azt jelenti, hogy egyszerre több számítást dolgoznak fel. Tehát két qubit négy számot jelenthet egyszerre. A normál számítógépek a két lehetséges állapot közül csak az egyikben dolgozzák fel a biteket, 1 vagy 0, és a számítások egyenként kerülnek feldolgozásra.
A kvantumszámítógépek összefonódást is használnak a qubitek feldolgozására. Amikor egy qubit összefonódik, annak a qubitnek az állapota egy másik qubit állapotától függ, így az egyik qubit felfedi a nem megfigyelt párjának állapotát.
A kvantumprocesszor a számítógép magja
A qubitek létrehozása nehéz feladat. Fagyott környezet kell ahhoz, hogy egy qubitet bármennyi ideig fenntartsunk. A qubit létrehozásához szükséges szupravezető anyagokat le kell hűteni abszolút nulla (kb. mínusz 272 Celsius fok). A qubiteket a háttérzaj ellen is árnyékolni kell, hogy csökkentsék a számítási hibákat.
A kvantumszámítógép belseje úgy néz ki, mint egy díszes aranycsillár. És igen, valódi arannyal készült. Ez egy hígítóhűtő, amely lehűti a kvantumchipeket, így a számítógép képes szuperpozíciókat létrehozni és qubiteket összekuszálni anélkül, hogy az információ elveszne.
A kvantumszámítógép ezeket a qubiteket bármilyen anyagból készíti, amely szabályozható kvantummechanikai tulajdonságokat mutat. A kvantumszámítási projektek különböző módokon hoznak létre qubiteket, például szupravezető huzal hurkolását, elektronok forgatását, valamint ionok vagy fotonimpulzusok befogását. Ezek a qubitek csak a hígítóhűtőben létrehozott fagypont alatti hőmérsékleten léteznek.
A kvantumszámítási programozási nyelv
A kvantum algoritmusok elemzik az adatokat, és az adatok alapján szimulációkat kínálnak. Ezek az algoritmusok kvantumfókuszú programozási nyelven vannak megírva. Számos kvantumnyelvet fejlesztettek ki kutatók és technológiai cégek.
Íme néhány a kvantumszámítási programozási nyelvek közül:
- QISKit: Az Quantum Information Software Kit Az IBM-től egy full-stack könyvtár kvantumprogramok írásához, szimulálásához és futtatásához.
- Q#: A Microsoft programozási nyelve Quantum Development Kit. A fejlesztőkészlet kvantumszimulátort és algoritmuskönyvtárakat tartalmaz.
- Cirq: A a Google által kifejlesztett kvantumnyelv amely egy python könyvtárat használ az áramkörök írásához és ezeknek az áramköröknek a futtatásához kvantumszámítógépekben és szimulátorokban.
- Erdő: A Rigetti Computing által létrehozott fejlesztői környezet, amely kvantumprogramokat ír és futtat.
Felhasználás a kvantumszámításhoz
Valódi kvantumszámítógépek váltak elérhetővé az elmúlt néhány évben, és csak néhány nagy technológiai vállalat rendelkezik kvantumszámítógéppel. E technológiai cégek közé tartozik a Google, az IBM, az Intel és a Microsoft. Ezek a technológiai vezetők gyártókkal, pénzügyi szolgáltató cégekkel és biotechnológiai cégekkel dolgoznak együtt számos probléma megoldásán.
A kvantumszámítógépes szolgáltatások elérhetősége és a számítási teljesítmény fejlődése új eszközöket ad a kutatóknak és tudósoknak, hogy megoldást találjanak olyan problémákra, amelyeket korábban lehetetlen volt megoldani. A kvantumszámítástechnika csökkentette a hihetetlen mennyiségű elemzéshez szükséges időt és erőforrásokat adatokat, szimulációkat készíthet ezekről az adatokról, megoldásokat fejleszthet, és új technológiákat hozhat létre, amelyek javítják problémákat.
Az üzleti élet és az ipar a kvantumszámítástechnikát használja az üzleti tevékenység új módjainak felfedezésére. Íme néhány olyan kvantumszámítási projekt, amelyek az üzleti élet és a társadalom hasznára válhatnak:
- A repülőgépipar kvantumszámítástechnikát használ a légi forgalom kezelésének jobb módjainak vizsgálatára.
- A pénzügyi és befektetési cégek azt remélik, hogy kvantumszámítástechnikával elemezhetik a pénzügyi befektetések kockázatát és megtérülését, optimalizálhatják a portfólióstratégiákat és rendezhetik a pénzügyi átállásokat.
- A gyártók a kvantumszámítástechnikát alkalmazzák ellátási láncaik fejlesztése, gyártási folyamataik hatékonyságának növelése és új termékek fejlesztése érdekében.
- A biotechnológiai cégek új gyógyszerek felfedezésének felgyorsításának módjait kutatják.
Keressen kvantumszámítógépet, és kísérletezzen a kvantumszámítógéppel
Egyes informatikusok módszereket fejlesztenek ki a kvantumszámítás szimulálására asztali számítógépeken.
A világ legnagyobb technológiai vállalatai közül sok kínál kvantumszolgáltatásokat. Asztali számítógépekkel és rendszerekkel párosítva ezek a kvantumszolgáltatások olyan környezetet teremtenek, ahol a kvantumfeldolgozás – asztali számítógépekkel – összetett problémákat old meg.
- Az IBM kínálja a IBM Q környezet több valódi kvantumszámítógéphez és szimulációhoz való hozzáféréssel, amelyeket a felhőn keresztül használhat.
- Az Alibaba Cloud a kvantumszámítási felhő platform ahol egyedileg épített kvantumkódokat futtathat és tesztelhet.
- A Microsoft kínál a kvantumfejlesztő készlet amely magában foglalja a Q# programozási nyelvet, a kvantumszimulátorokat és a használatra kész kód fejlesztői könyvtárait.
- A Rigetti rendelkezik egy kvantum-első felhőplatformmal, amely jelenleg béta állapotban van. Platformjuk előre konfigurálva van a Forest SDK-val.
A kvantumszámítástechnikai hírek a jövőben
Az álom az, hogy a kvantumszámítógépek olyan problémákat oldanak meg, amelyek jelenleg túl nagyok és túl bonyolultak ahhoz, hogy szabványos hardverrel megoldják – különösen a környezeti modellezés és a betegségek elleni küzdelem terén.
Az asztali számítógépeken nincs hely ezeknek az összetett számításoknak és a hihetetlen mennyiségű adatelemzésnek a végrehajtására. A kvantumszámítás a legnagyobb nagy adat összegyűjti és feldolgozza ezeket az információkat annak az időnek a töredékében, amelyhez egy asztali számítógépen szükség lenne. Az olyan adatok feldolgozása és elemzése, amelyek feldolgozásához és elemzéséhez egy asztali számítógépnek több évbe telne, mindössze néhány napra van szüksége egy kvantumszámítógépnek.
A kvantumszámítás még gyerekcipőben jár, de megvan benne a lehetőség a világ legbonyolultabb problémáinak fénysebességgel történő megoldására. Azt, hogy a kvantumszámítógép meddig fog növekedni, és a kvantumszámítógépek elérhetőségét, bárki találgathatja.