Kvantu skaitļošanā tiek izmantota kvantu mehānika, lai apstrādātu milzīgu informācijas daudzumu ar neticami lielu ātrumu. Paiet no dažām minūtēm līdz vairākām stundām, lai kvantu dators atrisinātu problēmu, kuras atrisināšanai 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 1980. 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 izveidoja pirmos kvantu datorus.
Kvantu skaitļošanā aprēķinu veikšanai tiek izmantota kvantu mehānika, piemēram, superpozīcija un sapīšanās. Kvantu mehānika ir fizikas nozare, kas pēta lietas, kas ir ārkārtīgi mazas, izolētas vai aukstas.
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 tā 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, lai izveidotu kubitu, ir jāatdzesē līdz absolūtai nullei (apmēram mīnus 272 Celsija). Kbīti ir arī jāaizsargā no fona trokšņiem, lai samazinātu kļūdas aprēķinos.
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 sasalšanas temperatūrā, kas izveidota atšķaidīšanas ledusskapī.
Kvantu skaitļošanas programmēšanas valoda
Kvantu algoritmi analizē datus un piedāvā simulācijas, pamatojoties uz datiem. Šie algoritmi ir uzrakstīti uz kvantu orientētā programmēšanas valodā. Pētnieki un tehnoloģiju uzņēmumi ir izstrādājuši vairākas kvantu valodas.
Šīs ir dažas no kvantu skaitļošanas programmēšanas valodām:
- QISKit: IBM Quantum Information programmatūras komplekts ir pilna bibliotēka kvantu programmu rakstīšanai, simulēšanai un palaišanai.
- Q: Microsoft Quantum izstrādes komplektā iekļautā programmēšanas valoda. Izstrādes komplektā ir iekļauts kvantu simulators un algoritmu bibliotēkas.
- Cirq: Google izstrādāta kvantu valoda, kas izmanto python bibliotēku, lai rakstītu shēmas un palaistu šīs shēmas kvantu datoros un simulatoros.
- Forest: Rigetti Computing radīta izstrādātāja vide, kas raksta un palaiž kvantu programmas.
Lietojumi kvantu skaitļošanā
Pēdējos gados ir kļuvuši pieejami īsti kvantu datori, un tikai dažiem lieliem tehnoloģiju uzņēmumiem ir kvantu datori. 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 lielu datu apjomu, izveidotu šo datu simulācijas, izstrādātu risinājumus un radītu jaunas tehnoloģijas, kas novērš 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 rūpniecība 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.
Daudzi no pasaules lielākajiem tehnoloģiju uzņēmumiem 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 vidi ar piekļuvi vairākiem reāliem kvantu datoriem un simulācijām, ko varat izmantot mākonī.
- Alibaba Cloud piedāvā kvantu skaitļošanas mākoņa platformu, kurā varat palaist un pārbaudīt pielāgotus kvantu kodus.
- Microsoft piedāvā kvantu izstrādes komplektu, 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 ņem lielākās lielo datu kolekcijas 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. Par to, cik tālu attīstīsies kvantu skaitļošana un kāda būs kvantu datoru pieejamība, to var minēt ikviens.
