Kas yra kvantinė kompiuterija?

Kvantinė kompiuterija naudoja kvantinę mechaniką milžiniškam informacijos kiekiui apdoroti neįtikėtinai dideliu greičiu. Kvantinis kompiuteris užtrunka nuo kelių minučių iki kelių valandų, kad išspręstų problemą, kuriai išspręsti staliniam kompiuteriui prireiktų metų ar dešimtmečių.

Kvantinė kompiuterija sudaro sąlygas naujos kartos superkompiuteriams. Tikimasi, kad šie kvantiniai kompiuteriai pranoks esamas technologijas tokiose srityse kaip modeliavimas, logistika, tendencijų analizė, kriptografija ir dirbtinis intelektas.

Paaiškinta kvantinė kompiuterija

Kvantinio skaičiavimo idėją devintojo dešimtmečio pradžioje pirmą kartą įsivaizdavo Richardas Feynmanas ir Jurijus Maninas. Feynmanas ir Maninas manė, kad kvantinis kompiuteris gali imituoti duomenis taip, kaip stalinis kompiuteris negali. Tik 1990-ųjų pabaigoje mokslininkai sukūrė pirmuosius kvantinius kompiuterius.

Pagrindinis kvantinio skaičiavimo apdorojimo blokas yra kvantiniai bitai arba kubitai. Kubitai sukuriami kvantiniame kompiuteryje, naudojant pavienių atomų, subatominių dalelių ar superlaidžių elektros grandinių kvantines mechanines savybes.

Kubitai yra panašūs į stalinių kompiuterių naudojamus bitus, nes kubitai gali būti 1 arba 0 kvantinės būsenos. Kubitai skiriasi tuo, kad jie taip pat gali būti 1 ir 0 būsenų superpozicijoje, o tai reiškia, kad kubitai vienu metu gali reikšti ir 1, ir 0.

Kai kubitai yra superpozicijoje, dvi kvantinės būsenos sujungiamos ir susidaro kita kvantinė būsena. Superpozicija reiškia, kad vienu metu apdorojami keli skaičiavimai. Taigi du kubitai vienu metu gali reikšti keturis skaičius. Įprasti kompiuteriai apdoroja bitus tik vienoje iš dviejų galimų būsenų – 1 arba 0, o skaičiavimai apdorojami po vieną.

Kvantiniai kompiuteriai taip pat naudoja susipainiojimą kubitams apdoroti. Kai kubitas yra įsipainiojęs, to kubito būsena priklauso nuo kito kubito būsenos, todėl vienas kubitas atskleidžia savo nepastebėtos poros būseną.

Kvantinis procesorius yra kompiuterio šerdis

Sukurti kubitus yra sudėtinga užduotis. Norint išlaikyti kubitą bet kokį laiką, reikia sustingusios aplinkos. Superlaidžios medžiagos, reikalingos kubitui sukurti, turi būti atvėsintos iki absoliutus nulis (apie minus 272 Celsijaus). Kubitai taip pat turi būti apsaugoti nuo foninio triukšmo, kad būtų sumažintos skaičiavimo klaidos.

Kvantinio kompiuterio vidus atrodo kaip puošnus auksinis sietynas. Ir taip, jis pagamintas iš tikro aukso. Tai skiedimo šaldytuvas, kuris aušina kvantines lustus, kad kompiuteris galėtų sukurti superpozicijas ir supainioti kubitus neprarasdamas jokios informacijos.

Kvantinis kompiuteris daro šiuos kubitus iš bet kokios medžiagos, kuri rodo kvantines mechanines savybes, kurias galima valdyti. Kvantinio skaičiavimo projektai sukuria kubitus įvairiais būdais, pavyzdžiui, sujungiant superlaidų laidą, sukasi elektronus ir sulaiko jonus ar fotonų impulsus. Šie kubitai egzistuoja tik esant žemesnei užšalimo temperatūrai, sukurtai skiedimo šaldytuve.

Kvantinio skaičiavimo programavimo kalba

Kvantiniai algoritmai analizuoja duomenis ir siūlo modeliavimą remiantis duomenimis. Šie algoritmai parašyti į kvantą orientuota programavimo kalba. Mokslininkai ir technologijų įmonės sukūrė keletą kvantinių kalbų.

Tai yra kelios kvantinio skaičiavimo programavimo kalbos:

• QISKit: The Kvantinės informacijos programinės įrangos rinkinys IBM yra pilna biblioteka, skirta kvantinėms programoms rašyti, modeliuoti ir paleisti.
• Q#: programavimo kalba, įtraukta į „Microsoft“. Kvantinės plėtros rinkinys. Kūrimo rinkinyje yra kvantinis simuliatorius ir algoritmų bibliotekos.
• Cirq: A „Google“ sukurta kvantinė kalba kuri naudoja python biblioteką grandinėms rašyti ir šioms grandinėms paleisti kvantiniuose kompiuteriuose ir treniruokliuose.
• Miškas: Rigetti Computing sukurta kūrėjo aplinka, kuri rašo ir vykdo kvantines programas.

Naudojimas kvantiniam skaičiavimui

Tikrieji kvantiniai kompiuteriai tapo prieinami per pastaruosius kelerius metus, ir tik kelios didelės technologijų įmonės turi kvantinį kompiuterį. Kai kurios iš šių technologijų įmonių yra „Google“, IBM, „Intel“ ir „Microsoft“. Šie technologijų lyderiai bendradarbiauja su gamintojais, finansinių paslaugų įmonėmis ir biotechnologijų įmonėmis, siekdami išspręsti įvairias problemas.

Kvantinių kompiuterių paslaugų prieinamumas ir skaičiavimo galios pažanga suteikia tyrėjams ir mokslininkams naujų įrankių, leidžiančių rasti sprendimus problemoms, kurių anksčiau buvo neįmanoma išspręsti. Kvantinė kompiuterija sumažino laiko ir išteklių, reikalingų neįtikėtinam kiekiui analizuoti, kiekį duomenis, kurti simuliacijas apie tuos duomenis, kurti sprendimus ir kurti naujas technologijas, kurios taiso problemų.

Verslas ir pramonė naudoja kvantinį skaičiavimą, kad ištirtų naujus verslo būdus. Štai keletas kvantinio skaičiavimo projektų, kurie gali būti naudingi verslui ir visuomenei:

• Aviacijos ir kosmoso pramonė naudoja kvantinį skaičiavimą, kad ištirtų geresnius oro eismo valdymo būdus.
• Finansų ir investicinės įmonės tikisi panaudoti kvantinį skaičiavimą, kad išanalizuoti finansinių investicijų riziką ir grąžą, optimizuoti portfelio strategijas ir išspręsti finansinius pokyčius.
• Gamintojai taiko kvantinį skaičiavimą, kad pagerintų tiekimo grandines, padidintų gamybos procesų efektyvumą ir kurtų naujus produktus.
• Biotechnologijų įmonės tiria būdus, kaip paspartinti naujų vaistų atradimą.

Raskite kvantinį kompiuterį ir eksperimentuokite su kvantiniu kompiuteriu

Kai kurie kompiuterių mokslininkai kuria metodus, kaip imituoti kvantinį skaičiavimą staliniame kompiuteryje.

Daugelis didžiausių pasaulyje technologijų kompanijų siūlo kvantines paslaugas. Suporuotos su staliniais kompiuteriais ir sistemomis, šios kvantinės paslaugos sukuria aplinką, kurioje kvantinis apdorojimas – naudojant stalinius kompiuterius – išsprendžia sudėtingas problemas.

• IBM siūlo IBM Q aplinka su prieiga prie kelių tikrų kvantinių kompiuterių ir modeliavimo, kurį galite naudoti per debesį.
• „Alibaba Cloud“ siūlo a kvantinio skaičiavimo debesų platforma kur galite paleisti ir išbandyti pagal užsakymą sukurtus kvantinius kodus.
• „Microsoft“ siūlo a kvantinio tobulinimo rinkinys Tai apima Q# programavimo kalbą, kvantinius simuliatorius ir paruošto naudoti kodo kūrimo bibliotekas.
• „Rigetti“ turi kvantinę pirmąją debesies platformą, kuri šiuo metu yra beta versija. Jų platforma iš anksto sukonfigūruota naudojant Forest SDK.

Kvantinio skaičiavimo naujienos ateityje

Svajonė yra ta, kad kvantiniai kompiuteriai išspręs problemas, kurios šiuo metu yra per didelės ir pernelyg sudėtingos, kad jas būtų galima išspręsti naudojant standartinę aparatinę įrangą, ypač aplinkos modeliavimui ir ligų suvaldyti.

Staliniai kompiuteriai neturi vietos šiems sudėtingiems skaičiavimams ir neįtikėtinai duomenų analizei atlikti. Kvantinė kompiuterija užima didžiausią dideli duomenys surenka ir apdoroja šią informaciją per dalį laiko, kurį užtruktų stalinis kompiuteris. Duomenims, kuriuos apdoroti ir analizuoti staliniam kompiuteriui prireiktų kelerių metų, kvantiniam kompiuteriui reikia vos kelių dienų.

Kvantinė kompiuterija vis dar tik pradeda vystytis, tačiau ji gali išspręsti sudėtingiausias pasaulio problemas šviesos greičiu. Kiekvienas gali spėlioti, kiek išaugs kvantinė kompiuterija ir kiek bus prieinami kvantiniai kompiuteriai.