რა არის კვანტური გამოთვლა?

კვანტური გამოთვლა იყენებს კვანტურ მექანიკას უზარმაზარი ინფორმაციის დასამუშავებლად წარმოუდგენლად მაღალი სიჩქარით. კვანტურ კომპიუტერს სჭირდება რამდენიმე წუთიდან რამდენიმე საათამდე პრობლემის გადაჭრა, რომლის გადაჭრასაც დესკტოპ კომპიუტერს დასჭირდება წლები ან ათწლეულები.

კვანტური გამოთვლები ახალი თაობის სუპერკომპიუტერების საფუძველს ქმნის. მოსალოდნელია, რომ ეს კვანტური კომპიუტერები აჯობებენ არსებულ ტექნოლოგიას ისეთ სფეროებში, როგორიცაა მოდელირება, ლოჯისტიკა, ტენდენციის ანალიზი, კრიპტოგრაფია და ხელოვნური ინტელექტი.

ახსნილია კვანტური გამოთვლები

კვანტური გამოთვლის იდეა პირველად 1980-იანი წლების დასაწყისში წარმოიდგინეს რიჩარდ ფეინმანმა და იური მანინმა. ფეინმანი და მანინი თვლიდნენ, რომ კვანტურ კომპიუტერს შეუძლია მონაცემების სიმულაცია ისე, როგორც დესკტოპ კომპიუტერს არ შეუძლია. 1990-იანი წლების ბოლოს მკვლევარებმა პირველი კვანტური კომპიუტერები შექმნეს.

კვანტური გამოთვლის პირველადი დამუშავების ერთეული არის კვანტური ბიტები ან კუბიტები. კუბიტები იქმნება კვანტურ კომპიუტერში ერთი ატომის, ქვეატომური ნაწილაკების ან სუპერგამტარი ელექტრული სქემების კვანტური მექანიკური თვისებების გამოყენებით.

კუბიტები დესკტოპის კომპიუტერების მიერ გამოყენებული ბიტების მსგავსია, რადგან კუბიტები შეიძლება იყოს 1 ან 0 კვანტურ მდგომარეობაში. კუბიტები განსხვავდებიან იმით, რომ ისინი ასევე შეიძლება იყვნენ 1 და 0 მდგომარეობების სუპერპოზიციაში, რაც იმას ნიშნავს, რომ კუბიტებს შეუძლიათ ერთდროულად წარმოადგინონ 1 და 0.

როდესაც კუბიტები სუპერპოზიციაშია, ორი კვანტური მდგომარეობა ემატება ერთმანეთს და იწვევს სხვა კვანტურ მდგომარეობას. სუპერპოზიცია ნიშნავს, რომ რამდენიმე გამოთვლა მუშავდება ერთდროულად. ასე რომ, ორი კუბიტი შეიძლება წარმოადგენდეს ოთხ რიცხვს ერთდროულად. ჩვეულებრივი კომპიუტერები ამუშავებენ ბიტებს ორი შესაძლო მდგომარეობიდან მხოლოდ ერთში, 1 ან 0, და გამოთვლები მუშავდება სათითაოდ.

კვანტური კომპიუტერები ასევე იყენებენ ჩახლართვას კუბიტების დასამუშავებლად. როდესაც კუბიტი ჩახლართულია, ამ კუბიტის მდგომარეობა დამოკიდებულია სხვა კუბიტის მდგომარეობაზე ისე, რომ ერთი კუბიტი ავლენს მისი დაუკვირვებადი წყვილის მდგომარეობას.

კვანტური პროცესორი არის კომპიუტერის ბირთვი

კუბიტების შექმნა რთული ამოცანაა. გაყინული გარემო სჭირდება კუბიტის შენარჩუნებას ნებისმიერი დროის განმავლობაში. კუბიტის შესაქმნელად საჭირო სუპერგამტარი მასალები უნდა გაცივდეს აბსოლუტური ნული (დაახლოებით მინუს 272 ცელსიუსი). კუბიტები ასევე უნდა იყოს დაცული ფონური ხმაურისგან, რათა შემცირდეს გამოთვლების შეცდომები.

კვანტური კომპიუტერის შიდა ნაწილი ლამაზ ოქროს ჭაღს ჰგავს. და, დიახ, ის დამზადებულია ნამდვილი ოქროთი. ეს არის განზავების მაცივარი, რომელიც აგრილებს კვანტურ ჩიპებს ისე, რომ კომპიუტერმა შეძლოს სუპერპოზიციების შექმნა და კუბიტების ჩახლართული ინფორმაციის დაკარგვის გარეშე.

კვანტური კომპიუტერი ქმნის ამ კუბიტებს ნებისმიერი მასალისგან, რომელიც აჩვენებს კვანტურ მექანიკურ თვისებებს, რომელთა კონტროლიც შესაძლებელია. კვანტური გამოთვლითი პროექტები ქმნიან კუბიტებს სხვადასხვა გზით, როგორიცაა მარყუჟის ზეგამტარი მავთულის მოხვევა, ელექტრონების დატრიალება და იონების ან ფოტონების იმპულსების დაჭერა. ეს კუბიტები არსებობს მხოლოდ გაყინვის ქვევით ტემპერატურაზე, რომელიც იქმნება განზავების მაცივარში.

Quantum Computing პროგრამირების ენა

კვანტური ალგორითმები აანალიზებენ მონაცემებს და გვთავაზობენ სიმულაციას მონაცემებზე დაყრდნობით. ეს ალგორითმები დაწერილია კვანტურზე ორიენტირებულ პროგრამირების ენაზე. მკვლევარების და ტექნოლოგიური კომპანიების მიერ შემუშავებულია რამდენიმე კვანტური ენა.

ეს არის კვანტური გამოთვლის პროგრამირების რამდენიმე ენა:

• QISKit: Quantum Information Software Kit IBM-დან არის სრული დასტა ბიბლიოთეკა კვანტური პროგრამების დასაწერად, სიმულაციისა და გასაშვებად.
• Q#: პროგრამირების ენა, რომელიც შედის Microsoft-ში კვანტური განვითარების ნაკრები. განვითარების ნაკრები მოიცავს კვანტურ სიმულატორს და ალგორითმის ბიბლიოთეკებს.
• Cirq: ა გუგლის მიერ შემუშავებული კვანტური ენა რომელიც იყენებს პითონის ბიბლიოთეკას სქემების დასაწერად და ამ სქემების გასაშვებად კვანტურ კომპიუტერებსა და სიმულატორებში.
• ტყე: დეველოპერული გარემო შექმნილი Rigetti Computing-ის მიერ, რომელიც წერს და აწარმოებს კვანტურ პროგრამებს.

გამოიყენება კვანტური გამოთვლისთვის

რეალური კვანტური კომპიუტერები ხელმისაწვდომი გახდა ბოლო რამდენიმე წლის განმავლობაში და მხოლოდ რამდენიმე მსხვილ ტექნოლოგიურ კომპანიას აქვს კვანტური კომპიუტერი. ზოგიერთი ტექნოლოგიური კომპანია მოიცავს Google, IBM, Intel და Microsoft. ეს ტექნოლოგიების ლიდერები მუშაობენ მწარმოებლებთან, ფინანსური მომსახურების ფირმებთან და ბიოტექნოლოგიურ ფირმებთან სხვადასხვა პრობლემის გადასაჭრელად.

კვანტური კომპიუტერული სერვისების ხელმისაწვდომობა და გამოთვლითი სიმძლავრის წინსვლა მკვლევარებსა და მეცნიერებს აძლევს ახალ ინსტრუმენტებს იმ პრობლემების გადაწყვეტის მოსაძებნად, რომლებიც ადრე შეუძლებელი იყო. კვანტურმა გამოთვლებმა შეამცირა დროისა და რესურსების რაოდენობა, რომელიც საჭიროა წარმოუდგენელი რაოდენობის ანალიზისთვის მონაცემები, შექმენით ამ მონაცემების სიმულაციები, განავითარეთ გადაწყვეტილებები და შექმენით ახალი ტექნოლოგიები, რომლებიც ასწორებენ პრობლემები.

ბიზნესი და ინდუსტრია იყენებს კვანტურ გამოთვლებს ბიზნესის კეთების ახალი გზების შესასწავლად. აქ არის რამოდენიმე კვანტური გამოთვლითი პროექტი, რომელიც შეიძლება სასარგებლო იყოს ბიზნესისა და საზოგადოებისთვის:

• საჰაერო კოსმოსური ინდუსტრია იყენებს კვანტურ გამოთვლებს საჰაერო მოძრაობის მართვის უკეთესი გზების გამოსაკვლევად.
• ფინანსური და საინვესტიციო ფირმები იმედოვნებენ, რომ გამოიყენებენ კვანტურ გამოთვლებს ფინანსური ინვესტიციების რისკისა და უკუგების გასაანალიზებლად, პორტფელის სტრატეგიების ოპტიმიზაციისა და ფინანსური გადასვლების მოსაგვარებლად.
• მწარმოებლები იყენებენ კვანტურ გამოთვლებს, რათა გააუმჯობესონ მიწოდების ჯაჭვები, შექმნან ეფექტურობა მათი წარმოების პროცესებში და განავითარონ ახალი პროდუქტები.
• ბიოტექნოლოგიური ფირმები იკვლევენ გზებს, რათა დააჩქარონ ახალი წამლების აღმოჩენა.

იპოვნეთ კვანტური კომპიუტერი და სცადეთ კვანტური გამოთვლებით

ზოგიერთი კომპიუტერული მეცნიერი ავითარებს მეთოდებს დესკტოპ კომპიუტერზე კვანტური გამოთვლის სიმულაციისთვის.

მსოფლიოს მრავალი უმსხვილესი ტექნოლოგიური კომპანია გთავაზობთ კვანტურ მომსახურებას. დესკტოპ კომპიუტერებთან და სისტემებთან დაწყვილებისას, ეს კვანტური სერვისები ქმნის გარემოს, სადაც კვანტური დამუშავება - დესკტოპ კომპიუტერებთან - წყვეტს რთულ პრობლემებს.

• IBM გთავაზობთ IBM Q გარემო რამდენიმე რეალურ კვანტურ კომპიუტერზე წვდომით და სიმულაციებით, რომლებიც შეგიძლიათ გამოიყენოთ ღრუბლის საშუალებით.
• Alibaba Cloud გთავაზობთ ა კვანტური გამოთვლითი ღრუბლოვანი პლატფორმა სადაც შეგიძლიათ გაუშვათ და შეამოწმოთ მორგებული კვანტური კოდები.
• Microsoft გთავაზობთ ა კვანტური განვითარების ნაკრები რომელიც მოიცავს Q# პროგრამირების ენას, კვანტურ ტრენაჟორებს და მზა კოდის განვითარების ბიბლიოთეკებს.
• Rigetti-ს აქვს კვანტური პირველი ღრუბლოვანი პლატფორმა, რომელიც ამჟამად ბეტა რეჟიმშია. მათი პლატფორმა წინასწარ არის კონფიგურირებული მათი Forest SDK-ით.

კვანტური გამოთვლითი სიახლეები მომავალში

ოცნება არის ის, რომ კვანტური კომპიუტერები გადაჭრიან პრობლემებს, რომლებიც ამჟამად ძალიან დიდ და რთულს გადაჭრიან სტანდარტული აპარატურით - განსაკუთრებით გარემოს მოდელირებისა და დაავადებების შეკავებისთვის.

დესკტოპ კომპიუტერებს არ აქვთ სივრცე ამ რთული გამოთვლების გასატარებლად და მონაცემთა ანალიზის ამ წარმოუდგენელი რაოდენობის შესასრულებლად. კვანტური გამოთვლა ყველაზე დიდს იღებს დიდი მონაცემები აგროვებს და ამუშავებს ამ ინფორმაციას იმ დროის უმცირეს ნაწილში, რაც დასჭირდება დესკტოპ კომპიუტერზე. მონაცემები, რომელთა დამუშავებას და ანალიზს დესკტოპ კომპიუტერს რამდენიმე წელი დასჭირდება, კვანტურ კომპიუტერს სულ რამდენიმე დღე სჭირდება.

კვანტური გამოთვლა ჯერ კიდევ საწყის ეტაპზეა, მაგრამ მას აქვს პოტენციალი, გადაჭრას ყველაზე რთული მსოფლიო პრობლემები სინათლის სიჩქარით. არავის შეუძლია გამოიცნოს, რამდენად გაიზრდება კვანტური გამოთვლები და კვანტური კომპიუტერების ხელმისაწვდომობა.