Что такое квантовые вычисления?

квантово-internett-Изображение: codelyoko.net

Короткие байты: Квантовые вычисления провозглашены будущим. Многие компании прилагают правдоподобные усилия, чтобы превратить квантовые компьютеры в реальность. Но что такое квантовые вычисления и что такое квантовые компьютеры? Прочитайте статью, чтобы узнать.

В течение последних нескольких месяцев вы должны были заметить, что ваша новостная лента наводнена крупными достижениями и достижениями в области технологий. Технологический поток может варьироваться от недавнего всплеска международного кибер-вторжения или простых учебных пособий по взлому до космических экспедиций, вопреки закону Мура или разработкам в области искусственного интеллекта. Но то, что, кажется, волнует большинство технических энтузиастов, это сложные квантовые вычисления и их перспективы в будущем.

Китайцы объявили о создании первой в мире и крупнейшей в мире взломостойкой сети связи с квантовыми вычислениями от Пекина до Шанхая. Давайте посмотрим, что на самом деле представляют собой эти компьютеры и почему квантовые вычисления важны для нашего будущего!

Что такое квантовый компьютер?

Квантовые компьютеры не похожи на обычные компьютеры или даже суперкомпьютеры. В то время как лучшие суперкомпьютеры используют обширный параллелизм с многочисленными процессорами для получения своей суперскорости, компьютеры Quantum работают с физикой квантовой механики в своей основе.

Квантовый компьютер строится атом за атомом. Теперь квантовая механика сама по себе является одной из самых страшных тем в физике, поэтому неудивительно, что квантовый компьютер обладает такими же чертами.

Как работают квантовые вычисления?

Квантовые компьютеры используют атомы (кванты) в качестве своей физической системы. В отличие от обычных вычислений, где информация переносится в 0 или 1 бит, квантовая механика позволяет атому одновременно находиться в состоянии 0 и 1. Этот бит данных называется кубитом. (Пока не держите голову!)

Таким образом, согласно теории, если есть равное количество кубитов и регулярных битов, то кубиты будут содержать вдвое больше информации, то есть, если в суперкомпьютере есть n кубитов, то он будет иметь 2 ^ n различных состояний. Таким образом, экспериментально, он может хранить больше информации по сравнению с обычными цифровыми битами, тем самым увеличивая скорость системы в геометрической прогрессии.

бит-кубит

Теоретически, квантовый феномен кажется невероятным, но на самом деле его создание одинаково кропотливо. Кубиты являются динамическими и являются только вероятностной суперпозицией всех их состояний. Таким образом, точное измерение является сложным и требует сложных алгоритмов, таких как алгоритм Шора.

Каковы проблемы квантовых вычислений?

Одной из самых больших проблем является устранение квантовой декогеренции. Декогеренция на языке непрофессионала может пониматься как потеря информации для окружающей среды. Декогеренция кубитов происходит, когда система взаимодействует с окружением термодинамически необратимым образом.

Таким образом, система должна быть тщательно изолирована. Замораживание кубитов является одним из способов предотвращения декогеренции.

Прошлое и настоящее квантовых вычислений:

Концепция квантовых вычислений была заложена в 1980-х годах, но значительный прогресс начался только два десятилетия спустя. В 2001 году исследователи продемонстрировали алгоритм Шора с коэффициентом 15, используя 7-кубитный компьютер ЯМР. После этого были сфокусированы разработки в области квантовых вычислительных операционных систем и расширение числа кубитов.

На сегодняшний день многие частные игроки вступили в конкуренцию за создание квантового компьютера, который фактически заставил бы критиков замолчать. D-Wave недавно заявил, что побил рекорд барьера в 1000 кубитов. Другие технологические гиганты, такие как Google и IBM, также развивают свои собственные квантовые компьютеры.

Если это так сложно, почему все после квантовых вычислений?

Полнофункциональный квантовый компьютер потребует около миллиона атомов. И сейчас у нас всего тысяча. Но что произойдет, если мы достигнем этого предела или даже его половины?

Сложные и масштабные вычисления, например, для секвенирования генома или отслеживания погодных условий, требуют огромных компьютеров или суперкомпьютеров. Теперь при использовании современной технологии, если объем данных, которые может обрабатывать суперкомпьютер, увеличивается всего на одну цифру, система выйдет из строя, и вам потребуется еще больший суперкомпьютер.

Во-вторых, современные системы шифрования полностью основаны на ограничениях обычных компьютеров. Обычные компьютеры не могут понять огромный вероятностный анализ, необходимый для расшифровки любого сложного кода. Даже суперкомпьютеру потребовались бы годы, чтобы расшифровать криптографию RSA, тогда как с помощью квантовых вычислений это заняло бы дни, если не часы.

Квантовые компьютеры приведут к исследованиям, которые либо считаются гипотетическими, либо находятся в тупике. Мы не можем даже мечтать о возможностях, начиная с моделирования и вычисления структур молекулярного масштаба и заканчивая изучением тайн Вселенной.

Квантовые вычисления не изменят вашу жизнь в повседневных операциях, но квантовая коммуникационная сеть определенно обеспечит лучшую и безопасную сеть.

Есть что добавить? Скажите нам в комментариях ниже.

Ссылка на основную публикацию