מהו מחשוב קוונטי?

מחשוב קוונטי משתמש במכניקת קוונטים כדי לעבד כמויות אדירות של מידע בקצב גבוה להפליא של מהירות. זה לוקח כמה דקות עד כמה שעות למחשב קוונטי לפתור בעיה שלמחשב שולחני ייקח שנים או עשרות שנים לפתור.

מחשוב קוונטי מכין את הבמה לדור חדש של מחשבי-על. מחשבים קוונטיים אלו צפויים לעלות על הטכנולוגיה הקיימת בתחומים כמו מידול, לוגיסטיקה, ניתוח מגמות, קריפטוגרפיה ו בינה מלאכותית.

הסבר על מחשוב קוונטי

הרעיון של מחשוב קוונטי הוגה לראשונה בתחילת שנות ה-80 על ידי ריצ'רד פיינמן ויורי מנין. פיינמן ומנין האמינו שמחשב קוונטי יכול לדמות נתונים בדרכים שמחשב שולחני לא יכול. רק בסוף שנות ה-90 בנו החוקרים את המחשבים הקוונטיים הראשונים.

יחידת העיבוד העיקרית של מחשוב קוונטי היא סיביות קוונטיות או קיוביטים. קוויביטים נוצרים במחשב הקוונטי תוך שימוש בתכונות המכאניות הקוונטיות של אטומים בודדים, חלקיקים תת-אטומיים או מעגלים חשמליים מוליכים-על.

קוויביטים דומים לסיביות המשמשות מחשבים שולחניים בכך שהקיוביטים יכולים להיות במצב קוונטי של 1 או 0. קוויביטים שונים בכך שהם יכולים להיות גם בסופרפוזיציה של מצבי 1 ו-0, כלומר קיוביטים יכולים לייצג גם 1 וגם 0 בו זמנית.

כאשר קיוביטים נמצאים בסופרפוזיציה, שני מצבים קוונטיים מתווספים יחד ומביאים למצב קוונטי נוסף. סופרפוזיציה פירושה שמספר חישובים מעובדים בו זמנית. אז שני קיוביטים יכולים לייצג ארבעה מספרים בו זמנית. מחשבים רגילים מעבדים ביטים רק באחד משני מצבים אפשריים, 1 או 0, והחישובים מעובדים אחד בכל פעם.

מחשבים קוונטיים משתמשים גם בהסתבכות כדי לעבד קיוביטים. כאשר קיוביט מסובך, המצב של אותו קיוביט תלוי במצבו של קיוביט אחר כך שקיוביט אחד חושף את המצב של הזוג הלא נצפה שלו.

המעבד הקוונטי הוא הליבה של המחשב

יצירת קיוביטים היא משימה קשה. נדרשת סביבה קפואה כדי לשמור על קיוביט לכל אורך זמן. יש לקרר את החומרים המוליכים הדרושים ליצירת קיוביט אפס מוחלט (בערך מינוס 272 צלזיוס). הקיוביטים חייבים להיות מוגנים גם מרעשי רקע כדי להפחית שגיאות בחישוב.

החלק הפנימי של מחשב קוונטי נראה כמו נברשת זהב מהודרת. וכן, הוא עשוי מזהב אמיתי. זהו מקרר דילול שמקרר את השבבים הקוונטיים כך שהמחשב יוכל ליצור סופרפוזיציות ולסבך קיוביטים מבלי לאבד שום מידע.

המחשב הקוונטי מייצר את הקיוביטים הללו מכל חומר שמציג תכונות מכניות קוונטיות שניתן לשלוט בהן. פרויקטים של מחשוב קוונטי יוצרים קיוביטים בדרכים שונות, כגון לולאת חוט מוליך-על, מסתובב אלקטרונים ולכידת יונים או פולסים של פוטונים. קיוביטים אלו קיימים רק בטמפרטורות תת-הקפיא שנוצרות במקרר הדילול.

שפת התכנות המחשוב הקוונטי

אלגוריתמים קוונטיים מנתחים את הנתונים ומציעים סימולציות על סמך הנתונים. אלגוריתמים אלו כתובים בשפת תכנות ממוקדת קוונטים. מספר שפות קוונטיות פותחו על ידי חוקרים וחברות טכנולוגיה.

אלו הן כמה משפות התכנות של המחשוב הקוונטי:

• QISKit: ה ערכת תוכנת מידע קוונטי מ-IBM היא ספריית ערימה מלאה לכתיבה, הדמיה והרצה של תוכניות קוונטיות.
• ש#: שפת התכנות הכלולה ב-Microsoft ערכת פיתוח קוונטית. ערכת הפיתוח כוללת סימולטור קוונטי וספריות אלגוריתמים.
• Cirq: א שפה קוונטית שפותחה על ידי גוגל שמשתמש בספריית פיתון כדי לכתוב מעגלים ולהפעיל את המעגלים הללו במחשבים קוונטיים וסימולטורים.
• יַעַר: סביבת מפתחים שנוצרה על ידי Rigetti Computing הכותבת ומפעילה תוכניות קוונטיות.

שימושים עבור מחשוב קוונטי

מחשבים קוונטיים אמיתיים הפכו לזמינים בשנים האחרונות, ורק לחברות טכנולוגיה גדולות מעטות יש מחשב קוונטי. חלק מחברות הטכנולוגיה הללו כוללות את גוגל, יבמ, אינטל ומיקרוסופט. מובילי טכנולוגיה אלה עובדים עם יצרנים, חברות שירותים פיננסיים וחברות ביוטכנולוגיה כדי לפתור מגוון בעיות.

הזמינות של שירותי מחשוב קוונטי וההתקדמות בכוח המחשוב נותנת לחוקרים ולמדענים כלים חדשים למצוא פתרונות לבעיות שבעבר לא ניתן היה לפתור. מחשוב קוונטי הפחית את כמות הזמן והמשאבים שנדרש לנתח כמויות מדהימות של נתונים, צרו סימולציות לגבי הנתונים הללו, פיתחו פתרונות ויצירת טכנולוגיות חדשות שמתקנות בעיות.

עסקים ותעשייה משתמשים במחשוב קוונטי כדי לחקור דרכים חדשות לעשות עסקים. להלן כמה מפרויקטי המחשוב הקוונטי שעשויים להועיל לעסקים ולחברה:

• תעשיית התעופה והחלל משתמשת במחשוב קוונטי כדי לחקור דרכים טובות יותר לניהול תעבורה אווירית.
• חברות פיננסיות והשקעות מקווים להשתמש במחשוב קוונטי כדי לנתח את הסיכון והתשואה של השקעות פיננסיות, לייעל אסטרטגיות תיקים ולהסדיר מעברים פיננסיים.
• יצרנים מאמצים מחשוב קוונטי כדי לשפר את שרשרת האספקה ​​שלהם, ליצור יעילות בתהליכי הייצור שלהם ולפתח מוצרים חדשים.
• חברות ביוטכנולוגיה בודקות דרכים להאיץ את גילוין של תרופות חדשות.

מצא מחשב קוונטי והתנסה במחשוב קוונטי

כמה מדעני מחשבים מפתחים שיטות לדמות מחשוב קוונטי במחשב שולחני.

רבות מחברות הטכנולוגיה הגדולות בעולם מציעות שירותים קוונטיים. בשילוב עם מחשבים שולחניים ומערכות, שירותים קוונטיים אלה יוצרים סביבה שבה עיבוד קוונטי - עם מחשבים שולחניים - פותר בעיות מורכבות.

• IBM מציעה את סביבת IBM Q עם גישה למספר מחשבים וסימולציות קוונטיות אמיתיות שתוכלו להשתמש בהן דרך הענן.
• Alibaba Cloud מציעה א פלטפורמת ענן מחשוב קוונטי שבו אתה יכול להפעיל ולבדוק קודים קוונטיים בהתאמה אישית.
• מיקרוסופט מציעה א ערכת פיתוח קוונטי הכוללת את שפת התכנות Q#, סימולטורים קוונטיים וספריות פיתוח של קוד מוכן לשימוש.
• ל-Rigetti יש פלטפורמת ענן קוונטית ראשונה שנמצאת כעת בבטא. הפלטפורמה שלהם מוגדרת מראש עם Forest SDK שלהם.

חדשות מחשוב קוונטי בעתיד

החלום הוא שמחשבים קוונטיים יפתרו בעיות כיום גדולות מדי ומורכבות מדי לפתרון עם חומרה סטנדרטית - במיוחד עבור מודלים סביבתיים והכלת מחלות.

למחשבים שולחניים אין את המקום להפעיל את החישובים המורכבים הללו ולבצע את הכמות המדהימה הזו של ניתוח נתונים. מחשוב קוונטי לוקח את הגדול ביותר ביג דאטה אוסף ומעבד מידע זה בשבריר מהזמן שזה ייקח במחשב שולחני. נתונים שייקח למחשב שולחני מספר שנים לעבד ולנתח אותם לוקח רק כמה ימים עבור מחשב קוונטי.

המחשוב הקוונטי עדיין בחיתוליו, אבל יש לו פוטנציאל לפתור את בעיות העולם המורכבות ביותר במהירות האור. זה ניחוש של כל אחד עד כמה יגדל המחשוב הקוונטי ולזמינותם של מחשבים קוונטיים.