چگونه کامپیوترهای کوانتومی جهان را تغییر خواهند داد: آینده کامپیوترها P7

هیاهوی زیادی در صنعت کامپیوتر عمومی موج می زند، تبلیغاتی که حول یک فناوری خاص متمرکز است که پتانسیل تغییر همه چیز را دارد: رایانه های کوانتومی. ما به عنوان همنام شرکت خود، به تعصب خود در خوش‌بینی خود در مورد این فناوری اعتراف خواهیم کرد، و در طول این فصل آخر از سری آینده رایانه‌هایمان، امیدواریم دلیل این امر را با شما در میان بگذاریم.

در سطح پایه، یک کامپیوتر کوانتومی فرصتی را برای دستکاری اطلاعات به روشی اساسی متفاوت ارائه می دهد. در واقع، هنگامی که این فناوری به بلوغ رسید، این رایانه‌ها نه تنها مسائل ریاضی را سریع‌تر از هر رایانه‌ای موجود حل می‌کنند، بلکه هر رایانه‌ای که پیش‌بینی می‌شود در چند دهه آینده وجود داشته باشد (با فرض اینکه قانون مور درست باشد) را حل می‌کنند. در واقع، مشابه بحث ما در اطراف ابر رایانه ها در آخرین فصل ماکامپیوترهای کوانتومی آینده بشریت را قادر می‌سازد تا با سؤالات بزرگ‌تری که می‌تواند به ما در درک عمیق‌تر دنیای اطرافمان کمک کند، رسیدگی کند.

کامپیوترهای کوانتومی چیست؟

جدا از هیاهو، کامپیوترهای کوانتومی چه تفاوتی با کامپیوترهای استاندارد دارند؟ و چگونه کار می کنند؟

برای یادگیرندگان بصری، تماشای این ویدیوی سرگرم‌کننده و کوتاه از تیم YouTube Kurzgesagt در مورد این موضوع را توصیه می‌کنیم:

در همین حال، برای خوانندگان ما، ما تمام تلاش خود را می کنیم تا کامپیوترهای کوانتومی را بدون نیاز به مدرک فیزیک توضیح دهیم.

برای شروع، باید یادآوری کنیم که واحد اصلی پردازش کامپیوترهای اطلاعاتی کمی است. این بیت ها می توانند یکی از دو مقدار را داشته باشند: 1 یا 0، روشن یا خاموش، بله یا خیر. اگر تعداد کافی از این بیت ها را با هم ترکیب کنید، می توانید اعداد با هر اندازه ای را نشان دهید و همه نوع محاسبات را بر روی آنها، پشت سر هم انجام دهید. هرچه تراشه کامپیوتر بزرگتر یا قدرتمندتر باشد، اعداد بزرگتری می توانید ایجاد کنید و محاسبات را اعمال کنید، و سریعتر می توانید از یک محاسبه به محاسبات دیگر حرکت کنید.

کامپیوترهای کوانتومی از دو جهت مهم متفاوت هستند.

اول، مزیت "ابرجا" است. در حالی که کامپیوترهای سنتی با بیت ها کار می کنند، کامپیوترهای کوانتومی با کیوبیت ها کار می کنند. اثر برهم نهی کیوبیت ها به این صورت است که به جای اینکه به یکی از دو مقدار ممکن (1 یا 0) محدود شود، یک کیوبیت می تواند به عنوان مخلوطی از هر دو وجود داشته باشد. این ویژگی به رایانه‌های کوانتومی اجازه می‌دهد تا کارآمدتر (سریع‌تر) نسبت به رایانه‌های سنتی کار کنند.

دوم، مزیت «درهم تنیدگی» است. این پدیده یک رفتار منحصربه‌فرد فیزیک کوانتومی است که سرنوشت تعدادی از ذرات مختلف را به هم پیوند می‌دهد، به طوری که آنچه برای یکی می‌افتد، روی دیگران تأثیر می‌گذارد. وقتی برای رایانه‌های کوانتومی اعمال می‌شود، این بدان معناست که آنها می‌توانند همه کیوبیت‌های خود را به طور همزمان دستکاری کنند - به عبارت دیگر، به جای انجام مجموعه‌ای از محاسبات یکی پس از دیگری، یک رایانه کوانتومی می‌تواند همه آنها را همزمان انجام دهد.

مسابقه ساخت اولین کامپیوتر کوانتومی

این عنوان تا حدودی اشتباه است. شرکت‌های پیشرو مانند مایکروسافت، آی‌بی‌ام و گوگل قبلاً اولین رایانه‌های کوانتومی آزمایشی را ایجاد کرده‌اند، اما این نمونه‌های اولیه کمتر از دوجین کیوبیت در هر تراشه دارند. و در حالی که این تلاش‌های اولیه اولین گام بزرگ است، شرکت‌های فناوری و بخش‌های تحقیقاتی دولتی باید یک کامپیوتر کوانتومی با حداقل 49 تا 50 کیوبیت بسازند تا تبلیغات پتانسیل تئوری‌شده در دنیای واقعی را برآورده کند.

برای این منظور، تعدادی از رویکردها برای دستیابی به این نقطه عطف 50 کیوبیتی در حال آزمایش هستند، اما دو رویکرد بالاتر از همه افراد هستند.

در یک اردو، گوگل و آی‌بی‌ام با نمایش کیوبیت‌ها به‌عنوان جریان‌هایی که از سیم‌های ابررسانا می‌گذرند و تا 273.15- درجه سانتی‌گراد یا صفر مطلق خنک می‌شوند، قصد توسعه یک کامپیوتر کوانتومی را دارند. وجود یا عدم وجود جریان به معنای 1 یا 0 است. مزیت این رویکرد این است که این سیم‌ها یا مدارهای ابررسانا را می‌توان از سیلیکون ساخت، ماده‌ای که شرکت‌های نیمه‌رسانا دهه‌ها تجربه کار با آن را دارند.

رویکرد دوم که توسط مایکروسافت هدایت می شود، شامل یون های به دام افتاده است که در یک محفظه خلاء نگه داشته شده و توسط لیزر دستکاری می شوند. بارهای نوسانی مانند کیوبیت عمل می کنند که سپس برای پردازش عملیات کامپیوتر کوانتومی استفاده می شود.

چگونه از کامپیوترهای کوانتومی استفاده خواهیم کرد

خوب، با کنار گذاشتن این نظریه، بیایید روی کاربردهای دنیای واقعی این رایانه های کوانتومی در جهان و نحوه تعامل شرکت ها و مردم با آن تمرکز کنیم.

مشکلات لجستیکی و بهینه سازی یکی از فوری ترین و سودآورترین کاربردها برای کامپیوترهای کوانتومی، بهینه سازی خواهد بود. برای برنامه‌های اشتراک‌گذاری سواری، مانند Uber، سریع‌ترین مسیر برای دریافت و رها کردن هرچه بیشتر مشتریان چیست؟ برای غول های تجارت الکترونیک، مانند آمازون، مقرون به صرفه ترین راه برای تحویل میلیاردها بسته در طول عجله خرید هدیه تعطیلات چیست؟

این سؤالات ساده شامل شمارش صدها تا هزاران متغیر در آن واحد است، شاهکاری که ابررایانه‌های مدرن نمی‌توانند از عهده آن برآیند. بنابراین، در عوض، درصد کمی از این متغیرها را محاسبه می‌کنند تا به این شرکت‌ها کمک کنند تا نیازهای لجستیکی خود را به روشی کمتر از بهینه مدیریت کنند. اما با یک کامپیوتر کوانتومی، بدون عرق کردن از میان کوهی از متغیرها عبور می کند.

آب و هوا مدل سازی مشابه نکته بالا، دلیل اینکه کانال آب و هوا گاهی اوقات آن را اشتباه می کند این است که متغیرهای محیطی زیادی برای پردازش ابررایانه های آنها وجود دارد (این و گاهی اوقات جمع آوری داده های آب و هوایی ضعیف). اما با استفاده از یک کامپیوتر کوانتومی، دانشمندان هواشناسی نه تنها می توانند الگوهای آب و هوای کوتاه مدت را به خوبی پیش بینی کنند، بلکه می توانند ارزیابی های اقلیمی بلندمدت دقیق تری برای پیش بینی اثرات تغییرات آب و هوا ایجاد کنند.

داروی شخصی. رمزگشایی DNA و میکروبیوم منحصر به فرد شما برای پزشکان آینده برای تجویز داروهایی که کاملاً متناسب با بدن شما هستند، بسیار مهم است. در حالی که ابررایانه های سنتی در رمزگشایی DNA به طور مقرون به صرفه گام برداشته اند، میکروبیوم بسیار فراتر از دسترس آنهاست – اما برای کامپیوترهای کوانتومی آینده چنین نیست.

رایانه‌های کوانتومی همچنین به Big Pharma اجازه می‌دهند تا نحوه واکنش مولکول‌های مختلف با داروهای خود را بهتر پیش‌بینی کند و در نتیجه سرعت توسعه دارویی و کاهش قیمت‌ها را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.

اکتشافات فضایی. تلسکوپ‌های فضایی امروز (و فردا) هر روز مقادیر عظیمی از تصاویر نجومی را جمع‌آوری می‌کنند که حرکت تریلیون‌ها کهکشان، ستاره، سیاره و سیارک را دنبال می‌کند. متأسفانه، این داده‌ها برای ابررایانه‌های امروزی بسیار زیاد است که نمی‌توانند به طور منظم به اکتشافات معنادار دست یابند. اما با یک کامپیوتر کوانتومی بالغ همراه با یادگیری ماشینی، تمام این داده ها در نهایت می توانند به طور موثر پردازش شوند و دری را برای کشف صدها تا هزاران سیاره جدید در اوایل دهه 2030 باز کنند.

علوم بنیادی. مشابه نکات بالا، قدرت محاسباتی خامی که این رایانه‌های کوانتومی ایجاد می‌کنند به دانشمندان و مهندسان این امکان را می‌دهد تا مواد و مواد شیمیایی جدید و همچنین موتورهایی با عملکرد بهتر و البته اسباب‌بازی‌های کریسمس خنک‌تر ابداع کنند.

فراگیری ماشین. با استفاده از رایانه های سنتی، الگوریتم های یادگیری ماشینی برای یادگیری مهارت های جدید به مقدار عظیمی از نمونه های نظارت شده و برچسب گذاری شده (داده های بزرگ) نیاز دارند. با محاسبات کوانتومی، نرم‌افزارهای یادگیری ماشینی می‌توانند مانند انسان‌ها بیشتر بیاموزند، به موجب آن آنها می‌توانند مهارت‌های جدیدی را با استفاده از داده‌های کمتر، داده‌های آشفته‌تر، اغلب با دستورالعمل‌های کمی کسب کنند.

این نرم افزار همچنین موضوعی هیجان انگیز در میان محققان در زمینه هوش مصنوعی (AI) است، زیرا این ظرفیت یادگیری طبیعی بهبود یافته می تواند پیشرفت در تحقیقات هوش مصنوعی را تا دهه ها تسریع کند. اطلاعات بیشتر در این مورد در سری آینده هوش مصنوعی ما.

رمزگذاری. متأسفانه، این برنامه ای است که اکثر محققان و سازمان های اطلاعاتی را عصبی کرده است. همه سرویس‌های رمزگذاری کنونی به ایجاد رمزهای عبوری بستگی دارند که برای یک ابر رایانه مدرن هزاران سال طول می‌کشد تا شکسته شود. کامپیوترهای کوانتومی از نظر تئوری می توانند این کلیدهای رمزگذاری را در کمتر از یک ساعت پاره کنند.

بانکداری، ارتباطات، خدمات امنیت ملی، خود اینترنت برای کارکرد به رمزگذاری قابل اعتماد بستگی دارد. (اوه، و با توجه به وابستگی اصلی آن به رمزگذاری، بیت کوین را نیز فراموش کنید.) اگر این کامپیوترهای کوانتومی همانطور که تبلیغ می شود کار کنند، همه این صنایع در خطر خواهند بود و در بدترین حالت کل اقتصاد جهان را به خطر می اندازند تا زمانی که رمزگذاری کوانتومی را برای حفظ آن بسازیم. سرعت

ترجمه بلادرنگ زبان. برای پایان دادن به این فصل و این مجموعه با یک نکته استرس‌زا، رایانه‌های کوانتومی همچنین ترجمه تقریباً بی‌نقص و بلادرنگ زبان را بین هر دو زبان، چه از طریق یک چت اسکایپ یا از طریق استفاده از یک پوشیدنی صوتی یا کاشت در گوش شما فعال می‌کنند. .

در 20 سال دیگر، زبان مانعی برای تجارت و تعاملات روزمره نخواهد بود. به عنوان مثال، فردی که فقط انگلیسی صحبت می کند، می تواند با اطمینان بیشتری با شرکای خود در کشورهای خارجی که در غیر این صورت مارک های انگلیسی نفوذ نمی کردند، وارد روابط تجاری شود و هنگام بازدید از کشورهای خارجی مذکور، این شخص ممکن است حتی عاشق شخص خاصی شود که اتفاقا فقط کانتونی صحبت می کند.

سری آینده کامپیوترها

رابط های کاربری در حال ظهور برای تعریف مجدد بشریت: آینده رایانه ها P1

آینده توسعه نرم افزار: آینده کامپیوترها P2

انقلاب ذخیره سازی دیجیتال: آینده رایانه ها P3

قانون مور در حال محو شدن برای جرقه تجدید نظر اساسی در مورد ریزتراشه ها: آینده رایانه ها P4

رایانش ابری غیرمتمرکز می شود: آینده رایانه ها P5

چرا کشورها برای ساخت بزرگترین ابررایانه ها با هم رقابت می کنند؟ آینده کامپیوترها P6