Kvantinė kompiuterija naudoja kvantinę mechaniką milžiniškam informacijos kiekiui apdoroti neįtikėtinai dideliu greičiu. Kvantinis kompiuteris užtrunka nuo kelių minučių iki kelių valandų, kad išspręstų problemą, kuriai išspręsti staliniam kompiuteriui prireiktų metų ar dešimtmečių.
Kvantinė kompiuterija sudaro sąlygas naujos kartos superkompiuteriams. Tikimasi, kad šie kvantiniai kompiuteriai pranoks esamas technologijas tokiose srityse kaip modeliavimas, logistika, tendencijų analizė, kriptografija ir dirbtinis intelektas.
Kvantinio skaičiavimo paaiškinimas
Kvantinio skaičiavimo idėją devintojo dešimtmečio pradžioje pirmą kartą sugalvojo Richardas Feynmanas ir Jurijus Maninas. Feynmanas ir Maninas manė, kad kvantinis kompiuteris gali imituoti duomenis taip, kaip stalinis kompiuteris negali. Tik 1990-ųjų pabaigoje mokslininkai sukūrė pirmuosius kvantinius kompiuterius.
Kvantinis skaičiavimas naudoja kvantinę mechaniką, pvz., superpoziciją ir supainiojimą, kad būtų galima atlikti skaičiavimus. Kvantinė mechanika yra fizikos šaka, tirianti dalykus, kurie yra labai maži, izoliuoti arba š alti.
Pirminis kvantinio skaičiavimo apdorojimo blokas yra kvantiniai bitai arba kubitai. Kubitai sukuriami kvantiniame kompiuteryje, naudojant pavienių atomų, subatominių dalelių arba superlaidžių elektros grandinių kvantines mechanines savybes.
Kubitai yra panašūs į stalinių kompiuterių naudojamus bitus, nes kubitai gali būti 1 arba 0 kvantinės būsenos. Kubitai skiriasi tuo, kad jie taip pat gali būti 1 ir 0 būsenų superpozicijoje, o tai reiškia, kad kubitai vienu metu gali reikšti ir 1, ir 0.
Kai kubitai yra superpozicijoje, dvi kvantinės būsenos sudedamos ir susidaro kita kvantinė būsena. Superpozicija reiškia, kad vienu metu apdorojami keli skaičiavimai. Taigi du kubitai vienu metu gali reikšti keturis skaičius. Įprasti kompiuteriai apdoroja bitus tik vienoje iš dviejų galimų būsenų – 1 arba 0, o skaičiavimai apdorojami po vieną.
Kvantiniai kompiuteriai kubitams apdoroti taip pat naudoja susipainiojimą. Kai kubitas yra įsipainiojęs, to kubito būsena priklauso nuo kito kubito būsenos, todėl vienas kubitas atskleidžia jo nepastebėtos poros būseną.
Kvantinis procesorius yra kompiuterio šerdis
Sukurti kubitus yra sudėtinga užduotis. Norint išlaikyti kubitą bet kokį laiką, reikia sustingusios aplinkos. Superlaidžios medžiagos, reikalingos kubitui sukurti, turi būti atvėsintos iki absoliutaus nulio (apie minus 272 Celsijaus). Kbitai taip pat turi būti apsaugoti nuo foninio triukšmo, kad būtų sumažintos skaičiavimo klaidos.
Kvantinio kompiuterio vidus atrodo kaip puošnus auksinis sietynas. Ir, taip, jis pagamintas iš tikro aukso. Tai skiedimo šaldytuvas, aušinantis kvantines lustus, kad kompiuteris galėtų sukurti superpozicijas ir supainioti kubitus neprarasdamas jokios informacijos.
Kvantinis kompiuteris šiuos kubitus sukuria iš bet kokios medžiagos, kuri pasižymi kvantinėmis mechaninėmis savybėmis, kurias galima valdyti. Kvantinio skaičiavimo projektai sukuria kubitus įvairiais būdais, pavyzdžiui, sujungiant superlaidų laidą, sukasi elektronus ir sulaiko jonus ar fotonų impulsus. Šie kubitai egzistuoja tik esant žemesnei užšalimo temperatūrai, sukurtai skiedimo šaldytuve.
Kvantinės skaičiavimo programavimo kalba
Kvantiniai algoritmai analizuoja duomenis ir siūlo modeliavimą remiantis duomenimis. Šie algoritmai parašyti į kvantą orientuota programavimo kalba. Mokslininkai ir technologijų įmonės sukūrė keletą kvantinių kalbų.
Tai kelios kvantinio skaičiavimo programavimo kalbos:
- QISKit: IBM Kvantinės informacijos programinės įrangos rinkinys yra pilna biblioteka, skirta kvantinėms programoms rašyti, imituoti ir paleisti.
- Q: programavimo kalba, įtraukta į „Microsoft Quantum Development Kit“. Kūrimo rinkinyje yra kvantinis simuliatorius ir algoritmų bibliotekos.
- Cirq: „Google“sukurta kvantinė kalba, kuri naudoja python biblioteką grandinėms rašyti ir šioms grandinėms paleisti kvantiniuose kompiuteriuose ir simuliatoriuose.
- Forest: Rigetti Computing sukurta kūrėjo aplinka, kuri rašo ir vykdo kvantines programas.
Naudojimas kvantiniam skaičiavimui
Per pastaruosius kelerius metus tapo prieinami tikri kvantiniai kompiuteriai, ir tik kelios didelės technologijų įmonės turi kvantinius kompiuterius. Kai kurios iš šių technologijų įmonių yra „Google“, IBM, „Intel“ir „Microsoft“. Šie technologijų lyderiai bendradarbiauja su gamintojais, finansinių paslaugų įmonėmis ir biotechnologijų įmonėmis, kad išspręstų įvairias problemas.
Kvantinių kompiuterių paslaugų prieinamumas ir skaičiavimo galios pažanga suteikia tyrėjams ir mokslininkams naujų įrankių, leidžiančių rasti sprendimus problemoms, kurių anksčiau buvo neįmanoma išspręsti. Kvantinė kompiuterija sumažino laiko ir išteklių, kurių reikia norint išanalizuoti neįtikėtiną duomenų kiekį, sukurti tų duomenų modeliavimą, kurti sprendimus ir naujas problemas išsprendžiančias technologijas, skaičių.
Verslas ir pramonė naudoja kvantinę kompiuteriją, kad ieškotų naujų verslo būdų. Štai keletas kvantinių skaičiavimų projektų, kurie gali būti naudingi verslui ir visuomenei:
- Aviacijos ir kosmoso pramonė naudoja kvantinius skaičiavimus, kad ištirtų geresnius oro eismo valdymo būdus.
- Finansų ir investicinės įmonės tikisi panaudoti kvantinį skaičiavimą finansinių investicijų rizikai ir grąžai analizuoti, portfelio strategijoms optimizuoti ir finansiniams perėjimams išspręsti.
- Gamintojai taiko kvantinį skaičiavimą, kad pagerintų tiekimo grandines, padidintų gamybos procesų efektyvumą ir kurtų naujus produktus.
- Biotechnologijų įmonės ieško būdų, kaip paspartinti naujų vaistų atradimą.
Raskite kvantinį kompiuterį ir eksperimentuokite su kvantine kompiuterija
Kai kurie kompiuterių mokslininkai kuria metodus, kaip imituoti kvantinį skaičiavimą staliniame kompiuteryje.
Daugelis didžiausių pasaulyje technologijų įmonių siūlo kvantines paslaugas. Suporuotos su staliniais kompiuteriais ir sistemomis, šios kvantinės paslaugos sukuria aplinką, kurioje kvantinis apdorojimas su staliniais kompiuteriais išsprendžia sudėtingas problemas.
- IBM siūlo IBM Q aplinką su prieiga prie kelių tikrų kvantinių kompiuterių ir modeliavimo, kurį galite naudoti per debesį.
- Alibaba Cloud siūlo kvantinio skaičiavimo debesies platformą, kurioje galite paleisti ir išbandyti pagal užsakymą sukurtus kvantinius kodus.
- „Microsoft“siūlo kvantinio kūrimo rinkinį, kuriame yra Q programavimo kalba, kvantiniai simuliatoriai ir paruošto naudoti kodo kūrimo bibliotekos.
- Rigetti turi kvantinę pirmąją debesies platformą, kuri šiuo metu yra beta versijos. Jų platforma iš anksto sukonfigūruota naudojant Forest SDK.
Kvantinės skaičiavimo naujienos ateityje
Svajonė ta, kad kvantiniai kompiuteriai išspręs problemas, kurios šiuo metu yra per didelės ir pernelyg sudėtingos, kad jas būtų galima išspręsti naudojant standartinę aparatinę įrangą, ypač aplinkos modeliavimui ir ligų suvaldyti.
Staliniuose kompiuteriuose nėra vietos atlikti šiuos sudėtingus skaičiavimus ir atlikti šią neįtikėtiną duomenų analizę. Kvantinė kompiuterija surenka daugiausiai didelių duomenų ir apdoroja šią informaciją per dalį laiko, kiek užtruktų staliniame kompiuteryje. Duomenims, kuriuos apdoroti ir analizuoti staliniame kompiuteryje prireiktų kelerių metų, kvantiniam kompiuteriui reikia vos kelių dienų.
Kvantinė kompiuterija vis dar tik pradeda formuotis, tačiau ji gali išspręsti sudėtingiausias pasaulio problemas šviesos greičiu. Kiekvienas gali spėlioti, kiek išaugs kvantinė kompiuterija ir kiek bus prieinami kvantiniai kompiuteriai.
