კოლექციები

რა შეიცვლება კვანტური გამოთვლა?

რა შეიცვლება კვანტური გამოთვლა?

გასულ იანვარს, IBM– მა ლას – ვეგასში Consumer Electronics Show– ზე განაცხადა, რომ ისინი წარმოადგენენ მსოფლიოში პირველ ინტეგრირებულ კვანტურ კომპიუტერს ბიზნესის და კვლევითი მიზნებისათვის, რომელიც ხელმისაწვდომი იქნება ამ წლის ბოლოს. ამან დაიწყო ჩვეულებრივ სუნთქვის გაშუქება იმის შესახებ, თუ როგორ აპირებენ კვანტური კომპიუტერები ყველაფრის შეცვლას. სიმართლე ისაა, რომ ჩვენ ნამდვილად არ ვართ დარწმუნებული, თუ რა შეიცვლება კვანტური კომპიუტერი, მაგრამ ეს არ ნიშნავს, რომ ეს ყველაფერი აჟიოტაჟია. შესაძლოა ეს "ყველაფერს არ შეცვლის", მაგრამ სავარაუდოდ, მასზე არაფერი დარჩება გავლენა, თუნდაც ირიბად.

რა არის კვანტური გამოთვლა და რას აკეთებს ეს?

კვანტური გამოთვლა არის, როდესაც კომპიუტერი იყენებს ნაწილაკების კვანტურ სუპერპოზიციას მონაცემთა შესანახად ისე, როგორც ამას აკეთებს კლასიკური კომპიუტერი. კუბიტებს, როგორც მათ უწოდებენ, აქვთ განუსაზღვრელი მდგომარეობა, მოიცავს 1-ით და 0-ით. ეს ნიშნავს, რომ ისინი შეიძლება იყოს 1, 0, ან ორივე 1 და 0, რადგან სამყაროს ჯერ არ გადაუწყვეტია, რომელი უნდა იყოს.

ეს საშუალებას გვაძლევს ერთდროულად შევასრულოთ რამდენიმე გამოთვლა ამ კუბიტების სუპერპოზიციების გამოყენებით, გავხსნათ პრობლემების კლასების გადაჭრა, რომელთა გადაჭრა შეიძლება ასობით თუ არა ათასობით წლის განმავლობაში კლასიკური კომპიუტერის გამოყენებით.

თუმცა, არსებობს დაჭერა. კვანტური გამოთვლა განსაკუთრებული ფაქიზია, ვინაიდან სუპერპოზიციაში შეჩერებული კვანტური ნაწილაკის შენარჩუნება მხოლოდ 100 მიკროწამის განმავლობაში შეიძლება გაკეთდეს. მას ასევე სჭირდება უკიდურესად ცივი ტემპერატურა და სუპერგამტარები, არა ზუსტად ის, რაც თქვენს iPhone– ში მოხვდება. ამ ტიპის ტექნიკა ქმნის კვანტურ კომპიუტერებს მაღალ სპეციალიზირებულ აღჭურვილობას, რაც ახლა პრაქტიკულად ძალზედ სპეციფიკური ამოცანებისთვისაა, მაგალითად, პროგნოზირების მოდელირებისა და რთული სისტემების ოპტიმიზაციის პრობლემები დიდი რაოდენობით ცვლადებით.

აგრეთვე იხილეთ: პირველი პრაქტიკული კვანტური შემთხვევითი ნომრის გენერატორი შეიძლება რევოლუციონირდეს ინტერნეტის უსაფრთხოებაზე

მაშინაც კი, მათი გამოყენება თავდაპირველად საჭირო იქნება გარკვეული დროით რაციონირება, ისევე როგორც ძველი UNIVAC– ები. CDC გამოიყენებს კვანტურ კომპიუტერებს მომავალი გრიპის სეზონის მოდელირებისთვის, ამიტომ ადგილობრივი საავადმყოფოები, რომლებიც არ არიან ძირითადი სამეცნიერო ცენტრები, შუაში უნდა დაელოდონ ძალიან გრძელი ხაზის უკანა მხარეს, სანამ არ დასრულდება. იმ შემთხვევაში, თუ Goldman Sachs გამოჩნდება, რომელსაც სჭირდება ფინანსური პროგნოზის გაკეთება, სანამ ხაზის სათავეში მოხვდებით.

რა შეიცვლება კვანტური კომპიუტერით?

პირველ რიგში, ერთი რამ, რაც დანამდვილებით ვიცით, არის ის, რომ თანამედროვე RSA დაშიფვრა არის სადღეგრძელო. RSA დაშიფვრა ეყრდნობა პრაქტიკულ შეუძლებლობას, რომ კლასიკურმა კომპიუტერმა იპოვნოს ძალიან დიდი მთელი რიცხვის სწორი ძირითადი ფაქტორები, მაგალითად 500 ციფრიანი დიდი ზომის. ამას შეიძლება დასჭირდეს ასობით წელი ჩვენი ყველაზე ეფექტური ალგორითმების გამოყენება კლასიკურ კომპიუტერზე და ათასობით წელი, თუ უბრალოდ შეეცდებოდი უხეში პასუხის გაცემას პასუხის მისაღებად.

კვანტური კომპიუტერის მოგვარება არის ის, რომ ეს პიტერ შორმა 1994 წელს უკვე გადაწყვიტა. შორის ალგორითმს, როგორც მის გამოსავალს უწოდებენ, სჭირდება საკმარისად მძლავრი კვანტური კომპიუტერი, რომ მუშაობდეს RSA შიფრაციის გასატეხი და ერთი ჯერ არ არსებობს მალე ეს მოხდება და მონაცემების დაზღვევის გზა ისეთივე ეფექტური იქნება, როგორც თქვენი სახლის კარზე კაკლისა და მარყუჟის საკინძის გამოყენება. ჩვენ მოგვიწევს გამოგონება ჩვენი არსებული მონაცემების უზრუნველსაყოფად სულ სხვა გზით, რაც ვიცით.

რაც შეეხება საგნებს იფიქრე შეიცვლება კვანტური გამოთვლა, პირველი კანდიდატი არის მაკრო დონის სისტემების ორგანიზების გზა, როგორიცაა სატელეკომუნიკაციო ინფრასტრუქტურა და გზები. როგორ უნდა მოხდეს ამ სისტემების ოპტიმალურად დაბალანსება ხარჯსა და კომუნალური პროგრამებში, ეს არის ერთ – ერთი პრობლემის მაგალითი, რომლის მოგვარებაც კვანტურ კომპიუტერებს შეძლებენ კუბიტების კვანტური სუპერპოზიციის წყალობით.

იგივე ოპტიმიზაციის პრობლემა აწუხებს მიწოდების გლობალურ ჯაჭვს და ეს არ არის მცირე რამ. სატრანსპორტო სექტორი უშედეგო თანხას ხარჯავს - აქ შესაძლოა ასობით მილიარდი დოლარი ვსაუბრობთ - ფარული არაეფექტურობის გამო, რომელსაც ოპტიმიზაცია გამოავლენს.

და არა მხოლოდ მთავრობები და ბიზნესი ისარგებლებენ კვანტური გამოთვლით, არამედ მედიცინა, ასტრონომია და სხვა მეცნიერებები შესანიშნავი კანდიდატები არიან ტრანსფორმაციული მიღწევებისთვის. ასტრონომებს, რომლებიც ეგზოპლანეტებზე ნადირობენ, აქვთ მონაცემთა პაბაბიტიანი მთები, რომელთა დამუშავებაა საჭირო, რომ მეცნიერულად მნიშვნელოვანი ცოდნა მიიღონ და ეს მონაცემთა დამუშავების ისეთი სახეობაა, რომელიც ვფიქრობთ, რომ კვანტური გამოთვლა გარდაქმნის გზით შეიცვლება.

მედიცინაში, კვანტურ გამოთვლებს შეუძლია დააჩქაროს სამედიცინო მიღწევების ტემპი წარმოუდგენელი ტემპით, მრავალმხრივი ცვალებადობის პრობლემების დამუშავებით, რაც ამ სფეროებში ჩატარებულ კვლევებს ამგვარ გამოწვევას წარმოადგენს. კუბიტების კვანტური სუპერპოზიციის გამოყენებით, იმ ტიპის ანალიზების მოდელირებისთვის, რომლებიც გამოიყენება დაავადებების გამოკვლევისა და ახალი მედიკამენტების შემუშავებისას, შეიძლება აღმოვაჩინოთ ყველა სახის ახალი მედიკამენტი და მკურნალობა, რაც აღარავის მოუფიქრებია.

ყველაზე მნიშვნელოვანი მოვლენა შეიძლება იყოს ფიზიკაში, სადაც სუპერგამტარობის შემსწავლელი მკვლევარები იმედოვნებენ, რომ ერთ მშვენიერ დღეს გამოიყენებენ კვანტურ გამოთვლას ოთახის ტემპერატურაზე ზეგამტარ მასალის დასადგენად, კუბიტების გამოყენებით, სხვადასხვა ნაერთების მოდელირებისთვის და მათი მახასიათებლების შესამოწმებლად.

თუ ასეთი სუპერგამტარია ნაპოვნი, მაშინ ეს ნება შეცვალოს ყველაფერი, გულწრფელად. ეს საშუალებას მოგვცემს აღმოვფხვრათ ენერგიის დანაკარგი ელექტროენერგიის გადაცემიდან და გარდავქმნათ ჩვენი ენერგეტიკული ქსელი, შემცირდეს ელექტროენერგიის წარმოება, რაც საჭიროა ენერგიის ყველა ნაწილის შემცირებაზე, რაც დღეს არის. თუ საკმარისად დავამცირებთ ენერგიის მოთხოვნებს და ძალიან მალე შეგვიძლია გავააქტიუროთ მსოფლიო განახლებადი ენერგიით.

რა არ შეუძლიათ კვანტურ კომპიუტერებს?

კვანტური გამოთვლის სიძლიერე მისი კუბიტების სუპერპოზიციებშია. რას გავაკეთებთ ამ მონაცემებით, კვანტური გამოთვლა სულაც არ დაეხმარება, ყოველ შემთხვევაში ახლა ვერანაირად ვერ ვხედავთ. კვანტური კომპიუტერი არ "აწარმოებს პროგრამას" ისე, როგორც დღეს ჩვენს კომპიუტერებს; კვანტურ კომპიუტერებს პროგრამის ინსტრუქციების შესრულება სტრიქონ-რიგად მოუწევთ, ისევე როგორც კლასიკურ კომპიუტერს. ზოგადად სუპერპოზიცია ხელს არ უწყობს ამის სწრაფ დაჩქარებას.

საფიქრებელია, რომ მას შემდეგ, რაც ფიზიკოსებმა და ქიმიკოსებმა აღმოაჩინეს ოთახის ტემპერატურის სუპერგამტარზე, ისინი შეიძლება საკმარისად მცირე ზომის გახდეს ქსელის სერვერებში ან საშინაო კომპიუტერებში მოთავსებისთვის, მაგრამ თუ ჩვენ ოდესმე გამოვიყენებთ კვანტურ გამოთვლას ჩვენს ყოველდღიურ გამოთვლით ამოცანებში, ეს უფრო სავარაუდოა, რომ ჩვენმა კლასიკურმა კომპიუტერმა მიაღწია პროგრამას, სადაც საჭიროა ისეთი დავალების შესრულება, რომელსაც საუკეთესოდ ასრულებს კვანტური კომპიუტერი, მაგალითად, მთელი რიცხვის ფაქტორიზაცია, და ის ან დაუკავშირდება ღრუბელზე დაფუძნებულ კვანტურ კომპიუტერს, ამ პრობლემის მოსაგვარებლად ან გამოიყენეთ ჩამონტაჟებული კვანტური ჩიპი, QPU, რომ გადაჭრას ის, როგორც დღევანდელი CPU- ს ოფშორული გრაფიკული დამუშავება GPU- სთვის.

ზოგიერთის მოსალოდნელია, რომ შესრულება მილიონჯერ გაიზრდება, თუმცა ეს მხოლოდ ცუდად დაწერილ პროგრამებზე მოხდება, რომლებიც არაერთხელ იჩურჩულებენ ზედმეტად რთულ ალგორითმებს, რომლებიც QPU– ს გადაეცემა. არც ერთი კარგად დაწერილი პროგრამა არ აპირებს უხეში ძალის ფაქტორიზაციის ალგორითმის დანერგვას ნებისმიერ პროგრამაში, რომელსაც რომელიმე ჩვენგანი აწარმოებს ყოველდღიურ ცხოვრებაში.

ჩვენ უბრალოდ არ ვიცით კვანტური ალგორითმების საზღვრები

როგორც თქვა, არავის ეგონა, რომ Mark 1 ან UNIVAC შეიქმნებოდა ოთახის ზომის კალკულატორის მიღმა. მათ არ შეეძლოთ პროგნოზირება, თუ რა სახის გამოყენებებს გამოიყენებდნენ ამ გამოთვლებში.

დღეს ჩვენ ვაშენებთ ოთახის ზომის კვანტურ კალკულატორებს და მხოლოდ ეს არის ის, რისი დანახვაც მათ ნამდვილად შეგვიძლია; ოდესმე, ვინმე გვიჩვენებს, თუ როგორ ვფიქრობდით ძალიან პატარაზე. ბოლოს და ბოლოს, სანამ BASIC ენის დეველოპერებმა შეიტანეს INPUT ბრძანება ენების მესამე შესწორების დროს, ვინმეს მიხვდა, რომ ახლა შეეძლოთ დაეწერათ პროგრამა, რომელიც ფუნქციონირებდა თამაშად და გაუშვებდით მას მთავარ კომპიუტერზე.

თუნდაც ყველაზე მოწინავე ვიდეო თამაშები ან უბრალოდ 1 და 0. ალგორითმები და I / O მოწყობილობები, როგორიცაა მონიტორები და კლავიშები, ამ 1-სა და 0-ს უფრო მეტს აკეთებს, ვიდრე მხოლოდ გამოთვლებს.

საბოლოო ჯამში, ძალიან ადრეა რაიმეს გარკვევა, 10 წლის შემდეგ იდიოტივით არ გამოიყურები. თეორიული კომპიუტერის მეცნიერები და მათემატიკოსები, რომლებიც ხშირად ავითარებენ ალგორითმებს, რომლებიც ჩართულია პროგრამებში, რომლებსაც ჩვენ ყოველდღიურად ვიყენებთ, მხოლოდ ახლა იწყებენ იმის შესწავლას, თუ რა სახის კვანტური ალგორითმები შეიძლება მუშაობდეს კვანტურ კომპიუტერზე. მას შემდეგ რაც ისინი განავითარებენ მათ, დანარჩენებს გადაეცემათ ახალი კვანტური ალგორითმების დანერგვა სხვადასხვა სახის პროგრამირებაში.

თუმცა, რისი თქმაც შეგვიძლია, ეს არის ყველაფერი ნება ცვლილება კვანტური გამოთვლით და მოწინავე კვანტური ალგორითმების შემუშავებით და რომ ეს ცვლილება მალე მოხდება.


Უყურე ვიდეოს: მექანიკური მუშაობა (დეკემბერი 2021).