Ce este calculul cuantic?

Calculul cuantic folosește mecanica cuantică pentru a procesa cantități enorme de informații la o viteză incredibil de mare. Este nevoie de câteva minute până la câteva ore pentru ca un computer cuantic să rezolve o problemă pe care un computer desktop ar dura ani sau decenii pentru a o rezolva.

Calculul cuantic pregătește scena pentru o nouă generație de supercalculatoare. Aceste calculatoare cuantice sunt de așteptat să depășească tehnologia existentă în domenii precum modelare, logistică, analiza tendințelor, criptografie și inteligență artificială.

Calcularea cuantică explicată

Ideea de calcul cuantic a fost imaginată pentru prima dată la începutul anilor 1980 de Richard Feynman și Yuri Manin. Feynman și Manin credeau că un computer cuantic ar putea simula date în moduri în care un computer desktop nu le poate simula. Abia la sfârșitul anilor 1990, cercetătorii au construit primele computere cuantice.

Unitatea de procesare primară a calculului cuantic este biții cuantici sau qubiții. Qubiții sunt creați în computerul cuantic folosind proprietățile mecanice cuantice ale atomilor unici, particulelor subatomice sau circuitelor electrice supraconductoare.

Qubiții sunt similari cu biții utilizați de computerele desktop, deoarece qubiții pot fi într-o stare cuantică 1 sau 0. Qubiții diferă prin faptul că pot fi, de asemenea, într-o suprapunere a stărilor 1 și 0, ceea ce înseamnă că qubiții pot reprezenta atât 1, cât și 0 simultan.

Când qubiții sunt în suprapunere, două stări cuantice se adună și au ca rezultat o altă stare cuantică. Suprapunerea înseamnă că mai multe calcule sunt procesate simultan. Deci, doi qubiți pot reprezenta patru numere simultan. Calculatoarele obișnuite procesează biții doar în una dintre cele două stări posibile, 1 sau 0, iar calculele sunt procesate pe rând.

Calculatoarele cuantice folosesc, de asemenea, întanglementul pentru a procesa qubiții. Când un qubit este încurcat, starea acelui qubit depinde de starea altui qubit, astfel încât un qubit dezvăluie starea perechii sale neobservate.

Procesorul cuantic este nucleul computerului

Crearea qubit-urilor este o sarcină dificilă. Este nevoie de un mediu înghețat pentru a menține un qubit pentru orice perioadă de timp. Materialele supraconductoare necesare pentru a crea un qubit trebuie să fie răcite zero absolut (aproximativ minus 272 Celsius). Qubiții trebuie, de asemenea, protejați de zgomotul de fundal pentru a reduce erorile în calcul.

Interiorul unui computer cuantic arată ca un candelabru de aur elegant. Și, da, este făcut cu aur adevărat. Este un frigider cu diluție care răcește cipurile cuantice, astfel încât computerul să poată crea suprapoziții și să încurce qubiți fără a pierde nimic din informații.

Calculatorul cuantic face acești qubiți din orice material care prezintă proprietăți mecanice cuantice care pot fi controlate. Proiectele de calcul cuantic creează qubiți în moduri diferite, cum ar fi bucle de sârmă supraconductoare, electroni învârtiți și ioni de captare sau impulsuri de fotoni. Acești qubiți există doar la temperaturile sub-îngheț create în frigiderul de diluție.

Limbajul de programare pentru calculul cuantic

Algoritmii cuantici analizează datele și oferă simulări bazate pe date. Acești algoritmi sunt scriși într-un limbaj de programare cuantic. Mai multe limbaje cuantice au fost dezvoltate de cercetători și companii de tehnologie.

Acestea sunt câteva dintre limbajele de programare de calcul cuantic:

• QISKit: The Kit de software Quantum Information de la IBM este o bibliotecă full-stack pentru a scrie, simula și rula programe cuantice.
• Q#: Limbajul de programare inclus în Microsoft Kit de dezvoltare cuantică. Kitul de dezvoltare include un simulator cuantic și biblioteci de algoritmi.
• Cirq: A limbaj cuantic dezvoltat de Google care folosește o bibliotecă Python pentru a scrie circuite și a rula aceste circuite în calculatoare și simulatoare cuantice.
• pădure: Un mediu de dezvoltator creat de Rigetti Computing care scrie și rulează programe cuantice.

Utilizări pentru calculul cuantic

Calculatoarele cuantice reale au devenit disponibile în ultimii ani și doar câteva companii mari de tehnologie au un computer cuantic. Unele dintre aceste companii de tehnologie includ Google, IBM, Intel și Microsoft. Acești lideri tehnologici lucrează cu producători, firme de servicii financiare și firme de biotehnologie pentru a rezolva o varietate de probleme.

Disponibilitatea serviciilor de calculatoare cuantice și progresul în puterea de calcul oferă cercetătorilor și oamenilor de știință noi instrumente pentru a găsi soluții la probleme care anterior erau imposibil de rezolvat. Calculul cuantic a redus timpul și resursele necesare pentru a analiza cantități incredibile date, creați simulări despre acele date, dezvoltați soluții și creați noi tehnologii care să remedieze Probleme.

Afacerile și industria folosesc calculul cuantic pentru a explora noi moduri de a face afaceri. Iată câteva dintre proiectele de calcul cuantic de care ar putea beneficia afacerile și societatea:

• Industria aerospațială folosește calculul cuantic pentru a investiga modalități mai bune de a gestiona traficul aerian.
• Firmele financiare și de investiții speră să folosească calculul cuantic pentru a analiza riscul și rentabilitatea investițiilor financiare, pentru a optimiza strategiile de portofoliu și pentru a rezolva tranzițiile financiare.
• Producătorii adoptă calculul cuantic pentru a-și îmbunătăți lanțurile de aprovizionare, pentru a crea eficiență în procesele lor de producție și pentru a dezvolta noi produse.
• Firmele de biotehnologie explorează modalități de a accelera descoperirea de noi medicamente.

Găsiți un computer cuantic și experimentați cu calculul cuantic

Unii informaticieni dezvoltă metode de simulare a calculului cuantic pe un computer desktop.

Multe dintre cele mai mari companii de tehnologie din lume oferă servicii cuantice. Atunci când sunt asociate cu computere și sisteme desktop, aceste servicii cuantice creează un mediu în care procesarea cuantică - cu computere desktop - rezolvă probleme complexe.

• IBM oferă Mediul IBM Q cu acces la mai multe computere cuantice reale și simulări pe care le puteți utiliza prin cloud.
• Alibaba Cloud oferă o platformă cloud de calcul cuantic unde puteți rula și testa coduri cuantice personalizate.
• Microsoft oferă un kit de dezvoltare cuantică care include limbajul de programare Q#, simulatoare cuantice și biblioteci de dezvoltare de cod gata de utilizat.
• Rigetti are o platformă cloud cuantică, care este în prezent în versiune beta. Platforma lor este preconfigurată cu Forest SDK.

Știri despre calculul cuantic în viitor

Visul este că computerele cuantice vor rezolva probleme în prezent prea mari și prea complexe pentru a fi rezolvate cu hardware standard, în special pentru modelarea mediului și limitarea bolilor.

Calculatoarele desktop nu au spațiu pentru a rula aceste calcule complexe și pentru a efectua această cantitate incredibilă de analize de date. Calculul cuantic ia cel mai mare Date mare colectează și prelucrează aceste informații într-o fracțiune din timpul necesar unui computer desktop. Datele pentru care un computer desktop ar dura câțiva ani pentru a fi procesate și analizate durează doar câteva zile pentru un computer cuantic.

Calculul cuantic este încă la început, dar are potențialul de a rezolva cele mai complexe probleme ale lumii cu viteza luminii. Oricine poate ghici cât de departe va crește calculul cuantic și disponibilitatea computerelor cuantice.