Kolekcijos

Ką tiksliai pakeis kvantinis skaičiavimas?

Ką tiksliai pakeis kvantinis skaičiavimas?

Pernai sausį IBM Las Vegaso „Consumer Electronics Show“ parodoje pristatė pirmąjį pasaulyje integruotą kvantinį kompiuterį verslo ir mokslinių tyrimų tikslais, kuris bus prieinamas vėliau šiais metais. Tai paskatino dažniausiai kvėpavimą spaudoje apie tai, kaip kvantiniai kompiuteriai viską pakeis. Tiesa ta, kad mes tikrai nesame tikri, ką pakeis kvantinis skaičiavimas, tačiau tai nereiškia, kad visa tai kelia ažiotažą. Tai gali „nepakeisti visko“, bet tikėtina, kad tai net ir netiesiogiai neliks nieko nepaveikta.

Kas yra kvantinis skaičiavimas ir ką jis veikia?

Kvantinis skaičiavimas yra tada, kai kompiuteris naudoja dalelių kvantinę padėtį duomenims kaupti taip, kaip klasikiniame kompiuteryje. Kvebitai, kaip jie vadinami, egzistuoja neapibrėžtoje būsenoje, kurią riboja 1 ir 0. Tai reiškia, kad jie gali būti 1, 0 arba abu: 1 ir 0, nes visata dar nenusprendė, kokia ji nori būti.

Tai leidžia mums atlikti kelis skaičiavimus vienu metu, panaudojant šių kubitų superpozicijas, atveriant duris spręsti problemų klases, kurias išspręsti naudojant klasikinį kompiuterį gali prireikti šimtų, o ne tūkstančių metų.

Tačiau yra laimikis. Kvantinis skaičiavimas yra išskirtinai subtilus dalykas, nes suspenduotą kvantinę dalelę superpozicijoje išlaikyti galima tik maždaug 100 mikrosekundžių. Jai taip pat reikia itin šaltos temperatūros ir superlaidininkų, o ne tiksliai dalykų, kurie tilps jūsų „iPhone“. Dėl šios rūšies aparatūros kvantiniai kompiuteriai yra labai specializuota įranga, kuri šiuo metu yra praktiška tik atliekant labai specifines užduotis, pavyzdžiui, prognozavimo modeliavimas ir optimizavimo problemos sudėtingose ​​sistemose, kuriose yra daug kintamųjų.

TAIP PAT ŽR. PIRMAS PRAKTINIS KVANTINIS NETINKAMŲ SKAIČIŲ GENERATORIUS GALI PERKELTI INTERNETO SAUGUMĄ

Ir net tada jų naudojimą iš pradžių reikės kurį laiką normuoti, kaip buvo senuosiuose UNIVAC. CDC naudos kvantinius kompiuterius būsimam gripo sezonui modeliuoti, todėl vietinės ligoninės, kurios nėra pagrindiniai tyrimų centrai, turės laukti viduryje, link labai ilgos eilės, kol baigsis. Tai yra, nebent „Goldman Sachs“ pasirodo, kad prieš einant į linijos galvą reikia atlikti finansines prognozes.

Taigi, kas pasikeis naudojant kvantinę kompiuteriją?

Pirmiausia, vienas dalykas, kurį mes tikrai žinome, yra tai, kad šiuolaikinis RSA šifravimas yra skrudinta duona. RSA šifravimas priklauso nuo to, kad klasikinis kompiuteris praktiškai neįmanoma rasti tinkamų pirminių labai didelio skaičiaus, pavyzdžiui, 500 skaitmenų ilgio, didžiųjų veiksnių. Tai gali užtrukti šimtus metų, naudojant efektyviausius mūsų algoritmus klasikiniame kompiuteryje, ir tūkstančius metų, jei jūs tiesiog bandėte nepaprastai priversti atsakymą.

Priežastis, kodėl tai galima išspręsti naudojant kvantinį kompiuterį, yra ta, kad jau 1994 m. Ją išsprendė Peteris Shoras. Šoro algoritmui, kaip jis vadinamas jo sprendimu, reikia pakankamai galingo kvantinio kompiuterio, kad jis galėtų veikti, kad būtų nutrauktas RSA šifravimas. dar neegzistuoja. Netrukus taip bus, o būdas apsaugoti duomenis bus toks pat veiksmingas, kaip ir naudojant kablio ir kilpos užraktą prie savo durų - tai jūsų namų apsauga. Turėsime sugalvoti visiškai kitokį būdą, kaip apsaugoti visus esamus duomenis, tiek daug žinome.

Kalbant apie dalykus, kuriuos mes pagalvok kvantinis skaičiavimas pasikeis, pirmasis kandidatas yra būdas organizuoti makrolygio sistemas, tokias kaip telekomunikacijų infrastruktūra ir keliai. Tai, kaip šias sistemas optimaliai subalansuoti tarp sąnaudų ir naudingumo, yra vienas iš problemų, kurias kvantiniai kompiuteriai gali išspręsti dėl kvantų kvantinės padėties, rūšies.

Ta pati optimizavimo problema kankina ir pasaulinę tiekimo grandinę, ir tai nėra maža dalykas. Transporto sektorius iššvaisto neapsakomą pinigų sumą - mes čia galbūt šimtai milijardų dolerių - dėl paslėptų neefektyvumų, kuriuos nustatys optimizavimas.

Kvantinis skaičiavimas gali būti naudingas ne tik vyriausybėms ir verslui, bet ir medicina, astronomija ir kiti mokslai yra puikūs kandidatai į pokyčius. Astronomai, medžiojantys egzoplanetas, turi kalnus petabaitų duomenų, kuriuos reikia apdoroti, kad iš jų gautume moksliškai svarbių įžvalgų, ir tai yra toks duomenų apdorojimas, kurį, mūsų manymu, kvantinis skaičiavimas pakeis transformatyviai.

Medicinoje kvantinis skaičiavimas gali neįtikėtinu greičiu pagreitinti medicinos proveržių tempą, apdorodamas daugelio kintamųjų problemas, dėl kurių šių sričių tyrimai yra tokie iššūkiai. Pasitelkę kvitų kvantinę superpoziciją, kad galėtume modeliuoti analizės rūšis, naudojamas tiriant ligas ir kuriant naujus vaistus, galime atrasti visokių naujų vaistų ir gydymo būdų, apie kuriuos niekas niekada nepagalvotų.

Reikšmingiausias pokytis gali būti fizika, kur superlaidumą tyrinėjantys mokslininkai tikisi vieną dieną panaudoti kvantinį skaičiavimą, kad nustatytų superlaidžią medžiagą kambario temperatūroje, naudodami kubitus skirtingų junginių modeliavimui ir jų charakteristikų patikrinimui.

Jei randamas toks superlaidininkas, tai valios viską pakeisti, sąžiningai. Tai leistų mums pašalinti energijos nuostolius perduodant elektrą ir pertvarkyti energijos tinklą, sumažinant elektros energijos gamybą, reikalingą viskam maitinti, iki trupmenos to, kas yra šiandien. Jei mes pakankamai sumažintume savo energijos reikalavimus ir labai greitai galėtume pasaulį naudoti atsinaujinančia energija.

Taigi, ko negali padaryti kvantiniai kompiuteriai?

Kvantinė skaičiavimo jėga yra jos kubitų superpozicijose. Tačiau, ką mes darome su tais duomenimis, kvantinis skaičiavimas visiškai nepadės, bent jau jokiu būdu, kurį galime pamatyti dabar. Kvantinis kompiuteris „nepaleis programos“ taip, kaip šiandien daro mūsų kompiuteriai; kvantiniai kompiuteriai turėtų vykdyti programos instrukcijas eilutėmis, kaip ir klasikinis kompiuteris. Paprastai superpozicija nepadeda to padaryti greičiau.

Galima įsivaizduoti, kad fizikams ir chemikams atradus kambario temperatūros superlaidininką, jie gali būti pakankamai maži, kad tilptų į tinklo serverius ar namų kompiuterius, tačiau jei kasdienybėje skaičiuodami užduotis naudosime kvantinį skaičiavimą, tai labiau tikėtina, kad mūsų klasikinis kompiuteris pasiekė tašką programoje, kuriai reikalinga tokia užduotis, kokią geriausiai atlieka kvantinis kompiuteris, pvz., sveiko skaičiaus faktorizavimas, ir jis arba prisijungtų prie debesies pagrindu veikiančio kvantinio kompiuterio, kad būtų galima išspręsti šią problemą. arba naudokite įmontuotą kvantinę mikroschemą, QPU, kad išspręstumėte tai, kaip šiandieninį centrinio procesoriaus grafiką jūroje apdoroja GPU.

Našumas padidės milijoną kartų, tačiau kai kurie iš jų tikisi, kad tai tikrai nutiks tik prastai parašytose programose, kurios pakartotinai užstringa vykdydamos be reikalo sudėtingus algoritmus, kurie perduodami QPU. Nė viena gerai parašyta programa neketina įgyvendinti grubios jėgos faktorizavimo algoritmo bet kurioje programoje, kuri, tikėtina, vykdys kasdienį gyvenimą.

Mes paprasčiausiai nežinome kvantinių algoritmų ribų

Be to, niekas nemanė, kad „Mark 1“ ar UNIVAC taps ne tik kambario dydžio skaičiuokle. Jie negalėjo numatyti, kokiems tikslams bus naudojami šie skaičiavimai.

Šiandien mes kuriame kambario dydžio kvantines skaičiuokles ir tai yra viskas, ką iš tikrųjų galime pamatyti; kada nors kažkas mums parodys, kaip mes galvojome per mažai. Galų gale, tik kalbų BASIC kūrėjai įtraukdami INPUT komandą per trečią kalbų peržiūrą, visi suprato, kad dabar gali parašyti programą, veikiančią kaip žaidimas, ir paleisti ją pagrindiniame kompiuteryje.

Net patys pažangiausi vaizdo žaidimai arba tik 1 ir 0. Algoritmai ir įvesties / išvesties įrenginiai, pvz., Monitoriai ir klaviatūros, daro tuos 1 ir 0 ne tik skaičiavimus.

Galų gale yra per anksti ką nors žinoti, neatrodant idiotu per 10 metų. Teoriniai kompiuterių mokslininkai ir matematikai, kurie dažnai kuria algoritmus, kurie įtraukiami į programas, kurias naudojame kasdieniame gyvenime, tik dabar pradeda tyrinėti, kokie kvantiniai algoritmai gali veikti kvantiniame kompiuteryje. Kai jie tai sukurs, teks kitiems pritaikyti tuos naujus kvantinius algoritmus į skirtingas programas.

Tačiau mes galime pasakyti, kad dalykai valios kvantinių skaičiavimų ir tolesnių pažangių kvantinių algoritmų kūrimo pokyčių ir kad šis pokytis netrukus bus.


Žiūrėti video įrašą: Mokslo sriuba: ar įmanoma tapti genijumi? (Lapkritis 2021).