Kas ir kvantu skaitļošana?

Kvantu skaitļošanā tiek izmantota kvantu mehānika, lai apstrādātu milzīgu informācijas daudzumu ar neticami lielu ātrumu. Kvantu datoram ir nepieciešamas dažas minūtes līdz vairākas stundas, lai atrisinātu problēmu, kuras risināšanai galddatoram būtu nepieciešami gadi vai gadu desmiti.

Kvantu skaitļošana ir pamats jaunas paaudzes superdatoru izveidei. Paredzams, ka šie kvantu datori pārsniegs esošās tehnoloģijas tādās jomās kā modelēšana, loģistika, tendenču analīze, kriptogrāfija un mākslīgais intelekts.

Kvantu skaitļošanas skaidrojums

Ideju par kvantu skaitļošanu 80. gadu sākumā pirmo reizi iedomājās Ričards Feinmens un Jurijs Manins. Feinmens un Manins uzskatīja, ka kvantu dators var simulēt datus tādos veidos, kā galddators nevarētu. Tikai deviņdesmito gadu beigās pētnieki uzbūvēja pirmos kvantu datorus.

Kvantu skaitļošanas primārā apstrādes vienība ir kvantu biti vai kubiti. Kubiti tiek izveidoti kvantu datorā, izmantojot atsevišķu atomu, subatomisku daļiņu vai supravadošu elektrisko ķēžu kvantu mehāniskās īpašības.

Kubiti ir līdzīgi bitiem, ko izmanto galddatori, jo kubiti var būt kvantu stāvoklī 1 vai 0. Kubiti atšķiras ar to, ka tie var būt arī 1 un 0 stāvokļu superpozīcijā, kas nozīmē, ka kubiti var vienlaikus attēlot gan 1, gan 0.

Kad kubiti atrodas superpozīcijā, divi kvantu stāvokļi tiek summēti, un rezultātā rodas cits kvantu stāvoklis. Superpozīcija nozīmē, ka vienlaikus tiek apstrādāti vairāki aprēķini. Tātad divi kubiti vienlaikus var attēlot četrus skaitļus. Parastie datori apstrādā bitus tikai vienā no diviem iespējamajiem stāvokļiem — 1 vai 0, un aprēķini tiek apstrādāti pa vienam.

Kvantu datori izmanto arī sapīšanu, lai apstrādātu kubitus. Kad kubits ir sapinies, šī kubita stāvoklis ir atkarīgs no cita kubīta stāvokļa, lai viens kubits atklātu sava nenovērotā pāra stāvokli.

Kvantu procesors ir datora kodols

Kubitu izveide ir grūts uzdevums. Lai uzturētu kubitu jebkādu laiku, ir nepieciešama sasalusi vide. Supravadošie materiāli, kas nepieciešami kubīta izveidošanai, ir jāatdzesē līdz absolūtā nulle (apmēram mīnus 272 pēc Celsija). Lai samazinātu kļūdu skaitu aprēķinos, kubitiem jābūt arī aizsargātiem no fona trokšņiem.

Kvantu datora iekšpuse izskatās pēc greznas zelta lustras. Un, jā, tas ir izgatavots no īsta zelta. Tas ir atšķaidīšanas ledusskapis, kas atdzesē kvantu mikroshēmas, lai dators varētu izveidot superpozīcijas un sapīties kubitus, nezaudējot nekādu informāciju.

Kvantu dators veido šos kubitus no jebkura materiāla, kas parāda kvantu mehāniskās īpašības, kuras var kontrolēt. Kvantu skaitļošanas projekti rada kubitus dažādos veidos, piemēram, veido supravadošo vadu, griež elektronus un uztver jonus vai fotonu impulsus. Šie kubiti pastāv tikai zem sasalšanas temperatūrā, kas izveidota atšķaidīšanas ledusskapī.

Kvantu skaitļošanas programmēšanas valoda

Kvantu algoritmi analizē datus un piedāvā simulācijas, pamatojoties uz datiem. Šie algoritmi ir rakstīti uz kvantu orientētā programmēšanas valodā. Pētnieki un tehnoloģiju uzņēmumi ir izstrādājuši vairākas kvantu valodas.

Šīs ir dažas no kvantu skaitļošanas programmēšanas valodām:

• QISKit: Kvantu informācijas programmatūras komplekts IBM ir pilna bibliotēka kvantu programmu rakstīšanai, simulēšanai un palaišanai.
• Q#: Microsoft iekļautā programmēšanas valoda Kvantu izstrādes komplekts. Izstrādes komplektā ietilpst kvantu simulators un algoritmu bibliotēkas.
• Cirq: A kvantu valoda, ko izstrādājis Google kas izmanto python bibliotēku, lai rakstītu shēmas un palaistu šīs shēmas kvantu datoros un simulatoros.
• Mežs: Rigetti Computing radīta izstrādātāja vide, kas raksta un palaiž kvantu programmas.

Izmantošana kvantu skaitļošanā

Pēdējos gados ir kļuvuši pieejami īsti kvantu datori, un tikai dažiem lieliem tehnoloģiju uzņēmumiem ir kvantu dators. Daži no šiem tehnoloģiju uzņēmumiem ir Google, IBM, Intel un Microsoft. Šie tehnoloģiju līderi sadarbojas ar ražotājiem, finanšu pakalpojumu firmām un biotehnoloģiju firmām, lai atrisinātu dažādas problēmas.

Kvantu datoru pakalpojumu pieejamība un skaitļošanas jaudas attīstība sniedz pētniekiem un zinātniekiem jaunus rīkus, lai rastu risinājumus problēmām, kuras iepriekš nebija iespējams atrisināt. Kvantu skaitļošana ir samazinājusi laika un resursu daudzumu, kas nepieciešams, lai analizētu neticami daudz datus, izveidot simulācijas par šiem datiem, izstrādāt risinājumus un radīt jaunas tehnoloģijas, kas labo problēmas.

Uzņēmējdarbība un rūpniecība izmanto kvantu skaitļošanu, lai izpētītu jaunus uzņēmējdarbības veidus. Šeit ir daži no kvantu skaitļošanas projektiem, kas var dot labumu uzņēmējdarbībai un sabiedrībai:

• Aviācijas un kosmosa nozare izmanto kvantu skaitļošanu, lai izpētītu labākus gaisa satiksmes pārvaldības veidus.
• Finanšu un ieguldījumu sabiedrības cer izmantot kvantu skaitļošanu, lai analizētu finanšu ieguldījumu risku un atdevi, optimizētu portfeļa stratēģijas un nokārtotu finanšu pārejas.
• Ražotāji izmanto kvantu skaitļošanu, lai uzlabotu piegādes ķēdes, palielinātu ražošanas procesu efektivitāti un izstrādātu jaunus produktus.
• Biotehnoloģiju uzņēmumi pēta veidus, kā paātrināt jaunu zāļu atklāšanu.

Atrodiet kvantu datoru un eksperimentējiet ar kvantu skaitļošanu

Daži datorzinātnieki izstrādā metodes, lai modelētu kvantu skaitļošanu galddatorā.

Daudzas no pasaules lielākajām tehnoloģiju kompānijām piedāvā kvantu pakalpojumus. Savienojot pārī ar galddatoriem un sistēmām, šie kvantu pakalpojumi rada vidi, kurā kvantu apstrāde ar galddatoriem atrisina sarežģītas problēmas.

• IBM piedāvā IBM Q vide ar piekļuvi vairākiem reāliem kvantu datoriem un simulācijām, ko varat izmantot mākonī.
• Alibaba Cloud piedāvā a kvantu skaitļošanas mākoņu platforma kur varat palaist un pārbaudīt pielāgotus kvantu kodus.
• Microsoft piedāvā a kvantu izstrādes komplekts kas ietver Q# programmēšanas valodu, kvantu simulatorus un lietošanai gatava koda izstrādes bibliotēkas.
• Rigetti ir kvantu pirmā mākoņa platforma, kas pašlaik ir beta versijā. Viņu platforma ir iepriekš konfigurēta ar viņu Forest SDK.

Kvantu skaitļošanas jaunumi nākotnē

Sapnis ir tāds, ka kvantu datori atrisinās problēmas, kas pašlaik ir pārāk lielas un pārāk sarežģītas, lai tās atrisinātu ar standarta aparatūru, jo īpaši vides modelēšanai un slimību ierobežošanai.

Galddatoros nav vietas, lai veiktu šos sarežģītos aprēķinus un veiktu šo neticamo datu analīzi. Kvantu skaitļošana aizņem lielāko lielie dati apkopo un apstrādā šo informāciju daļējā laika, kas būtu nepieciešams galddatoram. Datu, kuru apstrāde un analīze galddatorā prasa vairākus gadus, kvantu datoram aizņem tikai dažas dienas.

Kvantu skaitļošana joprojām ir sākuma stadijā, taču tai ir potenciāls atrisināt vissarežģītākās pasaules problēmas ar gaismas ātrumu. Ikviens var minēt, cik tālu kvantu skaitļošana augs un kvantu datoru pieejamība.