Квантові обчислення - це новий підхід до обчислень, який використовує принципи фундаментальної фізики для швидкого вирішення надзвичайно складних завдань.
Наприклад, підкиньте монетку. Орел чи решка, правда? Звичайно, щойно ми побачимо, як впаде монетка. Але поки монетка обертається у повітрі, це не орел і не решка. Це деяка ймовірність того й іншого.
Цей стан називається суперпозиція, що є спрощеною основою квантових обчислень.
Цифрові комп'ютери протягом десятиліть полегшували нам обробку інформації. Але квантові комп'ютери готові вивести обчислення на новий рівень. Квантові комп'ютери є абсолютно новий підхід до обчислень. Вони мають потенціал для вирішення дуже складних статистичних завдань, які виходять за межі можливостей сучасних комп'ютерів. Квантові обчислення мають стільки перспектив, що уряд США визначили їх як одну з наступних великих тенденцій у технологіях. Квантова технологія може створити дохід у трильйони доларів протягом наступного десятиліття.
Як працює квантовий комп'ютер?
Ось як працюють квантові обчислення: класичні обчислення, технологія, яка живить ноутбук і смартфон, побудовані на бітах. Біт - це одиниця інформації, яка може зберігати або нуль, або одиницю. Навпаки, квантові обчислення побудовані на квантових бітах або кубітах, які можуть зберігати нулі і одиниці. Кубіти можуть представляти будь-яку комбінацію як нуля, і одиниці одночасно — це називається суперпозицією, і це базова характеристика будь-якого квантового стану. Чіпи - це фізичне обладнання, яке зберігає кубити, як і в класичних обчисленнях.
Коли класичний комп'ютер вирішує завдання з кількома змінними, він повинен проводити новий розрахунок щоразу, коли змінна змінюється. Кожне обчислення – це один шлях до одного результату. Однак, квантові комп'ютери можуть досліджувати багато шляхів паралельно за допомогою суперпозиції.
Крім того, кубити можуть взаємодіяти один з одним. Це відомо як заплутаність. Заплутаність дозволяє кубитам масштабуватись експоненційно; два кубити, наприклад, можуть зберігати і обробляти чотири біти інформації, три можуть обробляти вісім і т. д. Це експоненційне масштабування дає квантовому комп'ютеру набагато більшу потужність, ніж класичні комп'ютери.
Великі технологічні організації роблять ставки на квантові технології. У 2019 році Google заявила, що її квантовий комп'ютер вирішив всього за 200 секунд завдання, на вирішення якого класичному комп'ютеру знадобилося б 10 000 років (хоча інші технологічні організації та вчені висловили сумніви щодо обґрунтованості заяви Google).
Навіть якщо заява Google була точною, досягнення було скоріше теоретичним стрибком уперед, ніж практичним, оскільки проблема, яку вирішив його квантовий комп'ютер, не мала реального застосування. Але ми швидко наближаємося до того часу, коли квантові комп'ютери вплинуть на наше життя.
Навіщо використовуються квантові комп'ютери?
Сучасні класичні комп'ютери відносно прості. Вони працюють з обмеженим набором вхідних даних, використовують алгоритм і видають відповідь, а біти, що кодують вхідні дані, не обмінюються інформацією один про одного. Квантові комп'ютери відрізняються. По-перше, коли дані вводяться в кубити, кубити взаємодіють з іншими кубитами, що дозволяє виконувати безліч різних обчислень одночасно. Ось чому квантові комп'ютери можуть працювати набагато швидше за класичні комп'ютери. Але це ще не все: квантові комп'ютери не видають лише одну чітку відповідь, як класичні комп'ютери; натомість вони видають низку можливих відповідей.
Для обчислень, які обмежені за обсягом, класичні комп'ютери, як і раніше, є кращими інструментами. Але для дуже складних завдань квантові комп'ютери можуть заощадити час, звузивши низку можливих відповідей.
Коли квантові комп'ютери будуть доступні?
Протягом наступних кількох років основні гравці в галузі квантових обчислень, а також невелика група ентузіастів неухильно збільшуватимуть кількість кубитів, які можуть обробляти їхні комп'ютери, та покращувати роботу технології. Однак очікується, що прогрес у галузі квантових обчислень залишиться поки що повільним. Згідно з опитуваннями з керівниками технологічних компаній, інвесторами та вченими в галузі квантових обчислень, 72 відсотки вважають, що до 2035 року ми побачимо повністю персональний квантовий комп'ютер. Інші 28 відсотків вважають, що цієї віхи буде досягнуто не раніше 2040 року або пізніше.
Але деякі підприємства почнуть отримувати вигоду з квантових технологій задовго до цього. Спочатку підприємства отримуватимуть квантові послуги через хмару. Декілька великих обчислювальних компаній вже оголосили про свої пропозиції в галузі квантової хмари.
Які перешкоди заважають розвитку квантових обчислень?
Однією з основних перешкод розвитку квантових обчислень і те, що кубити мінливі. У той час як біт у сучасних класичних комп'ютерах перебуває у стані або одиниці, або нуля, кубит може бути будь-якою можливою комбінацією цих двох. Коли кубіт змінює свій стан, вхідні дані можуть бути втрачені або змінені, що знижує точність результатів. Ще однією перешкодою для розвитку є те, що квантовий комп'ютер, що працює в масштабі, необхідному для досягнення значних проривів, вимагатиме потенційного підключення мільйонів кубітів. Ті небагато квантових комп'ютерів, які існують сьогодні, далекі від цього числа.
Ось деякі інші проблеми, з якими стикаються технології, які могли б підтримувати квантові обчислення в масштабі:
- Високоточні двокубітні шлюзи в масштабі. Підтримка високої точності (тобто точності та надійності понад 99,99 відсотків) потрібна для відмовостійких квантових комп'ютерів. Зробити це масштабно буде складно.
- Швидкість. Кубіти повинні зберігати свій квантовий стан, щоб мати можливість взаємодіяти один з одним. Навіть у певних умовах довкілля вони зрештою руйнуються. Для роботи квантових комп'ютерів у масштабі операції вентилів повинні виконуватися дуже швидко, щоб завершити обчислення до того, як кубити руйнуються.
- Багатокубітна мережа. З'єднання або мережеве з'єднання кубитів один з одним теоретично може зробити квантові комп'ютери набагато потужнішими. Ключовою проблемою тут є з'єднання кубитів між чіпами чи від одного фізичного квантового комп'ютера до іншого.
- Управління окремими кубитами у масштабі. Управління окремими кубитами стає дедалі складнішим зі збільшенням числа кубитів.
- Потужність охолодження та контроль навколишнього середовища. У міру того, як квантові комп'ютери стають більшими, вимоги до розміру та потужності охолоджуючого обладнання стають дедалі дорожчими як з точки зору вартості, так і з точки зору екології. Нині живлення квантового комп'ютера, досить великого підключення мільйонів кубитів, є непомірно дорогим.
- Продуктивність. Виробництво великої кількості квантових комп'ютерів вимагатиме автоматизації виробничих процесів. Виробництво деяких квантових комп'ютерів може вимагати розробки нових виробничих технологій.
Як класичні та квантові комп'ютери можуть працювати разом?
Спершу повільно. Спочатку квантові обчислення будуть використовуватися разом із класичними обчисленнями для вирішення багатовимірних завдань. Один приклад? Квантові комп'ютери можуть звузити діапазон можливих рішень фінансової чи логістичної проблеми, допомагаючи компанії швидше знайти найкраще рішення. Такий повільніший прогрес буде нормою, доки квантові обчислення не просунуться достатньо, щоб забезпечити значніші прориви.
Якими є деякі потенційні бізнес-приклади використання квантових комп'ютерів?
Квантові комп'ютери мають чотири фундаментальні можливості, які відрізняють їх від сучасних класичних комп'ютерів:
Квантове моделювання. Квантові комп'ютери можуть моделювати складні молекули, що в кінцевому підсумку може допомогти скоротити час розробки для хімічних та фармацевтичних компаній. Вчені, які бажають розробити нові ліки, повинні вивчити структуру молекули, щоб зрозуміти, як вона взаємодіятиме з іншими молекулами. Для сучасних комп'ютерів неможливо забезпечити точне моделювання, оскільки кожен атом взаємодіє з іншими атомами складним чином. Але експерти вважають, що квантові комп'ютери досить потужні, щоб зрештою моделювати навіть найскладніші молекули в організмі людини. Це відкриває можливість для більш швидкої розробки нових ліків і нових методів лікування, що перетворюють.
Оптимізація та пошук. Кожна галузь так чи інакше покладається на оптимізацію. Де найкраще розміщувати роботів на заводі? Який найкоротший маршрут для вантажівок компанії? Існує майже нескінченна кількість питань, на які потрібно відповісти, щоб оптимізувати ефективність та створення цінності. При використанні класичних обчислень компанії повинні виконувати одне складне обчислення за іншим, що може бути трудомістким та дорогим процесом, враховуючи безліч потенційних змінних ситуацій. Оскільки квантовий комп'ютер може працювати з кількома змінними одночасно, можна використовувати для швидкого звуження діапазону можливих відповідей. Звідси класичні обчислення можна використовувати для фокусування на одній точній відповіді.
Квантовий ІІ. Квантові комп'ютери мають потенціал для роботи з кращими алгоритмами, які могли б перетворити машинне навчання в різних галузях, від автомобілебудування до фармацевтики. Зокрема квантові комп'ютери могли б прискорити появу безпілотних автомобілів. Такі компанії, як Ford, GM, Volkswagen та численні стартапи у сфері мобільності пропускають відео- та графічні дані через складні нейронні мережі. Їхня мета? Використовувати ІІ для навчання автомобіля приймати важливі рішення при керуванні автомобілем. Здатність квантових комп'ютерів виконувати кілька складних обчислень з багатьма змінними одночасно дозволяє швидше навчати такі ІІ системи.
Факторизація на звичайні множники. Сьогодні компанії використовують великі, складні прості числа як основу для своїх зусиль з шифрування, цифри занадто великі для обробки класичними комп'ютерами. Квантові обчислення зможуть використати алгоритми для легкого розв'язання цих складних простих чисел, процес, який називають факторизацією на прості множники. (Насправді квантовий алгоритм, відомий як алгоритм Шора, теоретично вже може це робити; просто немає достатньо потужного комп'ютера, щоб його запустити.) Як тільки квантові комп'ютери достатньо просунуться, знадобляться нові технології квантового шифрування для захисту онлайн-сервісів. Вчені вже працюють над квантовою криптографією, щоби підготуватися до цієї можливості. Передбачається, що квантові комп'ютери будуть досить потужними для факторизації на прості множники до кінця 2020-х років, рано.
У міру того, як ці можливості розвиваються в темпі квантової обчислювальної потужності, варіанти використання будуть множитися.
Які галузі промисловості матимуть найбільшу вигоду від квантових обчислень?
Дослідження показують, що кілька галузей промисловості, зокрема, отримають найбільшу короткострокову вигоду від квантових обчислень на основі варіантів використання, що обговорювалися у попередньому розділі. Вартість, поставлена на карту для цих галузей, може становити трильйони доларів.
Фармацевтика. Квантові обчислення можуть зробити революцію у дослідженнях та розробках молекулярних структур у біофармацевтичній промисловості. Завдяки квантовим технологіям дослідження та розробки ліків можуть стати менш залежними від проб та помилок, а отже, більш ефективними. (Докладніше про те, як квантові обчислення можуть вплинути на фармацевтичну промисловість.)
Хімія. Квантові обчислення можуть бути використані для поліпшення конструкції каталізатора, що може заощадити на існуючих виробничих процесах. Інноваційні каталізатори також можуть дозволити замінити нафтохімічні продукти на більш стійку сировину або розщепити вуглець для використання CO2.
Мобільність. Квантові обчислення можуть призвести до створення екосистеми мобільності, яка буде повністю пов'язана, інтелектуальної та екологічно чистої. Зміни залежать від швидкого та плавного обміну величезними обсягами даних між бортовими комп'ютерами та комп'ютерами в інших місцях. Квантові комп'ютери можуть обробляти ці великі обсяги даних способами, які можуть обробляти існуючі комп'ютери, що робить цей тип обміну даними реалістичним.
Автомобільна промисловість. У секторі мобільності автомобільна промисловість може отримати вигоду з квантових обчислень, проектування продукції, управління ланцюжками поставок, виробництва, а також управління мобільністю та рухом. Наприклад, квантові обчислення можуть застосовуватися для зниження виробничих витрат за рахунок оптимізації складних багатороботних процесів, включаючи зварювання, склеювання та фарбування.
Фінанси. Варіанти використання квантових обчислень у фінансах трохи далі у майбутньому. Довгострокові перспективи квантових обчислень у фінансах полягають в управлінні портфелем та ризиками. Одним із прикладів можуть бути оптимізовані квантовими кредитні портфелі, які фокусуються на забезпеченні, щоб дозволити кредиторам покращити свої пропозиції. Ми оцінюємо, що на той час, коли відмовостійкий квантовий комп'ютер стане доступним, варіанти використання у фінансах можуть створити 622 млрд доларів вартості.
Ці п'ять галузей, ймовірно, отримають найбільшу вигоду від квантових обчислень, принаймні спочатку. Але лідери у кожному секторі можуть і повинні підготуватися до неминучих квантових досягнень у найближчі роки.
Які ще квантові технології існують, крім обчислень?
Відповідно до аналізу, квантові обчислення ще отримали широкого комерційного застосування через кілька років. Інші квантові технології, такі як квантовий зв'язок (QComms) та квантове зондування (QS), можуть стати доступними набагато раніше.
Квантовий зв'язок дозволить використовувати надійні протоколи шифрування, які можуть значно підвищити безпеку конфіденційної інформації. QComms може допомогти в реалізації наступних функцій:
Повна безпека передачі інформації між локаціями. Протоколи квантового шифрування безпечніші, ніж класичні протоколи, більшість з яких, ймовірно, можна буде зламати, як тільки квантові комп'ютери досягнуть більшої обчислювальної потужності або зможуть працювати з ефективнішими алгоритмами.
Розширена потужність квантових обчислень у двох важливих типах квантової обробки: паралельна квантова обробка (де кілька процесорів підключені і одночасно виконують різні обчислення з однієї і тієї ж проблеми) та сліпі квантові обчислення (де квантові комунікації забезпечують доступ до віддалених, великомасштабних квантових комп'ютерів у хмарі) . Обидва типи обробки стали можливі завдяки заплутуванню квантових частинок. Заплутування – це коли квантові частинки, такі як кубити, мають зв'язані властивості, що означає, що властивостями однієї частки можна маніпулювати за допомогою дій, що виконуються над іншою.
Квантове зондування дозволяє проводити більш точні вимірювання, ніж будь-коли раніше, включаючи фізичні властивості, такі як температура, магнітні поля та обертання. Крім того, після оптимізації та зменшення розміру квантові датчики можуть вимірювати дані, які не можуть бути отримані поточними датчиками.
Як організації можуть гарантувати наявність необхідних їм талантів у сфері квантових обчислень?
Існує великий розрив між потребою бізнесу у квантових обчисленнях та кількістю фахівців у галузі квантових обчислень, доступних для задоволення цієї потреби. Цей розрив у навичках може поставити під загрозу потенційне створення вартості, яке оцінюється у 1,3 трильйони доларів.
Нестача у фахівцях по-різному відчувається компаніями різних розмірів. Мало інженерів, які працюють у квантовій сфері, зазвичай виростають із університетських дослідницьких лабораторій. Найбільші компанії можуть мати менший зв'язок із цими кадровими резервами.
Дослідження показало, що на кожні три вакансії у галузі квантової інженерії припадає лише один кваліфікований кандидат. Передбачається, що до 2025 року буде заповнено менше ніж 50 відсотків квантових вакансій, якщо не відбудеться істотних змін у кадровому резерві або прогнозованої швидкості створення квантових робочих місць.
Квантові комп'ютери - це машини, які використовують властивості квантової фізики для зберігання даних та виконання обчислень. Це може бути надзвичайно вигідно для певних завдань, де вони можуть значно перевершити навіть наші найкращі суперкомп'ютери. Однак також може бути багато ситуацій, коли класичні комп'ютери все одно перевершуватимуть квантові. Тому комп'ютери майбутнього може бути комбінацією обох цих типів. На даний момент квантові комп'ютери дуже чутливі: тепло, електромагнітні поля та зіткнення з молекулами повітря можуть призвести до втрати кубитом своїх квантових властивостей. Цей процес, відомий як квантова декогеренція, призводить до збою системи, і це відбувається тим швидше, чим більше часток задіяно. Квантовим комп'ютерам необхідно захищати кубити від зовнішнього втручання або фізично ізолюючи їх, зберігаючи їх холодними, або подаючи на них ретельно контрольовані імпульси енергії. Додаткові кубіти необхідні для виправлення помилок, які проникають у систему. Ось деякі проблеми і величезні плюси для впровадження квантових технологій. У майбутньому ми сподіваємося, вони всі будуть вирішені. І все ж...
Як зв'язатися з нами?
- за телефоном (098) 676 03 29
- (098) 676 03 29 viber, telegram
- пишіть на e-mail diler.com.ua@gmail.com
Ми на зв'язку щодня з 9.00 до 18.00 неділя вихідний
Бажання та вибір клієнта завжди для нас у пріоритеті.
Замовляйте та насолоджуйтесь своїм вибором.
Щиро ваш інтернет-магазин трендових товарів Diler
Написати коментар