Ինչպես քվանտային համակարգիչները կփոխեն աշխարհը. Համակարգիչների ապագան P7

Ընդհանուր համակարգչային արդյունաբերության շուրջ մեծ աղմուկ է բարձրանում, որը կենտրոնացած է մեկ կոնկրետ տեխնոլոգիայի շուրջ, որն ամեն ինչ փոխելու ներուժ ունի՝ քվանտային համակարգիչներ: Լինելով մեր ընկերության համանունը, մենք կխոստովանենք, որ կողմնակալություն ունենք այս տեխնոլոգիայի շուրջ մեր ժլատության մեջ, և մեր «Համակարգիչների ապագա» շարքի այս վերջին գլխի ընթացքում մենք հուսով ենք ձեզ հետ կիսվել, թե ինչու է դա այդպես:

Հիմնական մակարդակում քվանտային համակարգիչը հնարավորություն է տալիս տեղեկատվությունը հիմնովին այլ կերպ շահարկել: Իրականում, երբ այս տեխնոլոգիան հասունանա, այս համակարգիչները ոչ միայն կլուծեն մաթեմատիկական խնդիրներն ավելի արագ, քան ներկայումս գոյություն ունեցող ցանկացած համակարգիչ, այլ նաև ցանկացած համակարգիչ, որը կանխատեսվում է, որ գոյություն կունենա առաջիկա մի քանի տասնամյակների ընթացքում (ենթադրելով, որ Մուրի օրենքը համապատասխանում է իրականությանը): Փաստորեն, նման է մեր շուրջ քննարկումներին գերհամակարգիչներ մեր վերջին գլխում, ապագա քվանտային համակարգիչները մարդկությանը հնարավորություն կտան լուծել ավելի մեծ հարցեր, որոնք կարող են օգնել մեզ ավելի խորը պատկերացում կազմել մեզ շրջապատող աշխարհի մասին:

Ի՞նչ են քվանտային համակարգիչները:

Հաճույքը մի կողմ, ուղղակի ինչո՞վ են քվանտային համակարգիչները տարբերվում ստանդարտ համակարգիչներից: Իսկ ինչպե՞ս են նրանք աշխատում։

Տեսողական սովորողներին խորհուրդ ենք տալիս դիտել այս զվարճալի կարճ տեսանյութը Kurzgesagt YouTube թիմի այս թեմայի վերաբերյալ.

Մինչդեռ մեր ընթերցողների համար մենք ամեն ինչ կանենք քվանտային համակարգիչները բացատրելու համար՝ առանց ֆիզիկայի աստիճանի:

Սկսելու համար մենք պետք է հիշենք, որ տեղեկատվական համակարգիչների գործընթացի հիմնական միավորը մի փոքր է: Այս բիթերը կարող են ունենալ երկու արժեքներից մեկը՝ 1 կամ 0, միացված կամ անջատված, այո կամ ոչ: Եթե ​​այս բիթերից բավականաչափ միացնեք միասին, ապա կարող եք ներկայացնել ցանկացած չափի թվեր և կատարել բոլոր տեսակի հաշվարկները դրանց վրա, մյուսի հետևից: Որքան մեծ կամ հզոր լինի համակարգչային չիպը, այնքան ավելի մեծ թվեր կարող եք ստեղծել և կիրառել հաշվարկներ, և այնքան ավելի արագ կարող եք անցնել մի հաշվարկից մյուսը:

Քվանտային համակարգիչները տարբերվում են երկու կարևոր առումներով.

Առաջինը «գերդիրքի» առավելությունն է։ Մինչ ավանդական համակարգիչները աշխատում են բիթերով, քվանտային համակարգիչները գործում են քյուբիթներով: Սուպերպոզիցիայի էֆեկտը, որը թույլ է տալիս քյուբիթները, այն է, որ երկու հնարավոր արժեքներից մեկով (1 կամ 0) սահմանափակվելու փոխարեն, քյուբիթը կարող է գոյություն ունենալ որպես երկուսի խառնուրդ: Այս հատկությունը թույլ է տալիս քվանտային համակարգիչներին աշխատել ավելի արդյունավետ (ավելի արագ), քան ավանդական համակարգիչները:

Երկրորդ՝ «խճճվածության» առավելությունն է։ Այս երևույթը եզակի քվանտային ֆիզիկայի վարքագիծ է, որը կապում է տարբեր մասնիկների քանակի ճակատագիրը, այնպես որ այն, ինչ տեղի է ունենում մեկի հետ, կազդի մյուսների վրա: Երբ կիրառվում է քվանտային համակարգիչների վրա, սա նշանակում է, որ նրանք կարող են միաժամանակ մանիպուլացնել իրենց բոլոր քյուբիթները, այլ կերպ ասած, մի շարք հաշվարկներ մեկը մյուսի հետևից անելու փոխարեն, քվանտային համակարգիչը կարող է դրանք կատարել բոլորը միաժամանակ:

Առաջին քվանտային համակարգչի ստեղծման մրցավազքը

Այս վերնագիրը ինչ-որ չափով սխալ բառ է: Առաջատար ընկերությունները, ինչպիսիք են Microsoft-ը, IBM-ը և Google-ը, արդեն ստեղծել են առաջին փորձարարական քվանտային համակարգիչները, սակայն այս վաղ նախատիպերը ունեն երկու տասնյակից պակաս քյուբիթ յուրաքանչյուր չիպի համար: Եվ չնայած այս վաղ ջանքերը մեծ առաջին քայլն են, տեխնոլոգիական ընկերությունները և պետական ​​հետազոտական ​​ստորաբաժանումները պետք է կառուցեն քվանտային համակարգիչ, որն ունի առնվազն 49-ից 50 կիուբիթ, որպեսզի հիպը համապատասխանի իր տեսական իրական աշխարհի ներուժին:

Այս նպատակով, կան մի շարք մոտեցումներ, որոնք փորձարկվում են այս 50 կիուբիթանոց նշաձողին հասնելու համար, բայց երկուսը վեր են բոլոր եկողներից:

Մի ճամբարում Google-ը և IBM-ը նպատակ ունեն մշակել քվանտային համակարգիչ՝ ներկայացնելով քյուբիթները որպես հոսանքներ, որոնք հոսում են գերհաղորդիչ լարերի միջով, որոնք սառչում են մինչև -273.15 աստիճան Ցելսիուս կամ բացարձակ զրո: Ընթացքի առկայությունը կամ բացակայությունը նշանակում է 1 կամ 0: Այս մոտեցման առավելությունն այն է, որ այս գերհաղորդիչ լարերը կամ սխեմաները կարող են կառուցվել սիլիցիումից, նյութական կիսահաղորդչային ընկերությունները տասնամյակների փորձ ունեն աշխատելու հետ:

Երկրորդ մոտեցումը, որը գլխավորում է Microsoft-ը, ներառում է թակարդված իոններ, որոնք պահվում են վակուումային խցիկում և շահագործվում լազերների միջոցով: Տատանվող լիցքերը գործում են որպես քյուբիթներ, որոնք այնուհետեւ օգտագործվում են քվանտային համակարգչի գործողությունները մշակելու համար։

Ինչպես ենք մենք օգտագործելու քվանտային համակարգիչները

Լավ, մի կողմ դնելով տեսությունը, եկեք կենտրոնանանք իրական աշխարհի կիրառությունների վրա, որոնք այս քվանտային համակարգիչները կունենան աշխարհի վրա, և թե ինչպես են ընկերությունները և մարդիկ զբաղվում դրա հետ:

Լոգիստիկական և օպտիմալացման խնդիրներ: Քվանտային համակարգիչների ամենաանմիջական և շահավետ կիրառությունների թվում կլինի օպտիմալացումը: Ուղևորության փոխանակման հավելվածների համար, ինչպիսին է Uber-ը, ո՞րն է ամենաարագ ճանապարհը՝ հնարավորինս շատ հաճախորդներ վերցնելու և թողնելու համար: Էլեկտրոնային առևտրի հսկաների համար, ինչպիսին է Amazon-ը, ո՞րն է ամենաարդյունավետ միջոցը՝ նվերներ գնելու տոնի ընթացքում միլիարդավոր փաթեթներ առաքելու համար:

Այս պարզ հարցերը ենթադրում են միանգամից հարյուրից հազարավոր փոփոխականների թվաքանակի ճզմում, մի սխրանք, որը ժամանակակից գերհամակարգիչները պարզապես չեն կարողանում հաղթահարել: Այսպիսով, փոխարենը, նրանք հաշվարկում են այդ փոփոխականների մի փոքր տոկոսը՝ օգնելու այս ընկերություններին կառավարել իրենց լոգիստիկ կարիքները ոչ այնքան օպտիմալ եղանակով: Սակայն քվանտային համակարգչի միջոցով այն կանցնի փոփոխականների լեռն առանց քրտնաջանության:

Եղանակ և կլիմա մոդելավորում. Ինչպես վերը նշված կետին, եղանակային ալիքը երբեմն սխալ է դառնում այն ​​պատճառով, որ դրանց գերհամակարգիչների համար չափազանց շատ բնապահպանական փոփոխականներ կան (այդ և երբեմն վատ եղանակային տվյալների հավաքագրում): Սակայն քվանտային համակարգչի միջոցով եղանակի գիտնականները ոչ միայն կարող են կատարելապես կանխատեսել եղանակի մոտակա օրինաչափությունները, այլև կարող են ստեղծել ավելի ճշգրիտ երկարաժամկետ կլիմայի գնահատումներ՝ կանխատեսելու կլիմայի փոփոխության ազդեցությունը:

Անհատականացված դեղամիջոց. Ձեր ԴՆԹ-ի և ձեր յուրահատուկ միկրոբիոմի վերծանումը կարևոր է ապագա բժիշկների համար՝ ձեր մարմնին կատարյալ հարմարեցված դեղամիջոցներ նշանակելու համար: Մինչ ավանդական սուպերհամակարգիչները հաջողություններ են գրանցել ԴՆԹ-ի ծախսարդյունավետ վերծանման գործում, միկրոբիոմը նրանց հասանելիությունից շատ հեռու է, բայց դա այդպես չէ ապագա քվանտային համակարգիչների համար:

Քվանտային համակարգիչները նաև թույլ կտան Big Pharma-ին ավելի լավ կանխատեսել, թե ինչպես են տարբեր մոլեկուլները արձագանքում իրենց դեղամիջոցներին՝ դրանով իսկ զգալիորեն արագացնելով դեղագործության զարգացումը և նվազեցնելով գները:

Տիեզերքի հետազոտություն. Այսօրվա (և վաղվա) տիեզերական աստղադիտակները ամեն օր հավաքում են հսկայական քանակությամբ աստղագիտական ​​պատկերներ, որոնք հետևում են տրիլիոնավոր գալակտիկաների, աստղերի, մոլորակների և աստերոիդների շարժումներին: Ցավոք սրտի, սա չափազանց շատ տվյալներ է, որպեսզի ժամանակակից սուպերհամակարգիչները կարողանան մաղել՝ կանոնավոր կերպով իմաստալից բացահայտումներ անելու համար: Բայց հասուն քվանտային համակարգչի շնորհիվ, որը համակցված է մեքենայական ուսուցման հետ, այս բոլոր տվյալները վերջապես կարող են արդյունավետ մշակվել՝ դռները բացելով մինչև 2030-ականների սկզբին օրական հարյուրից հազարավոր նոր մոլորակների հայտնաբերման համար:

Հիմնարար գիտություններ. Ինչպես վերը նշված կետերին, այս քվանտային համակարգիչների հում հաշվողական հզորությունը թույլ կտա գիտնականներին և ինժեներներին ստեղծել նոր քիմիական նյութեր և նյութեր, ինչպես նաև ավելի լավ աշխատող շարժիչներ և, իհարկե, ավելի սառը Սուրբ Ծննդյան խաղալիքներ:

մեքենա ուսուցման. Օգտագործելով ավանդական համակարգիչներ՝ մեքենայական ուսուցման ալգորիթմներին անհրաժեշտ են հսկա քանակությամբ ընտրված և պիտակավորված օրինակներ (մեծ տվյալներ)՝ նոր հմտություններ սովորելու համար: Քվանտային հաշվարկով մեքենայական ուսուցման ծրագրաշարը կարող է սկսել ավելին սովորել մարդկանց նման, որով նրանք կարող են ձեռք բերել նոր հմտություններ՝ օգտագործելով ավելի քիչ տվյալներ, ավելի խառնված տվյալներ, հաճախ՝ քիչ հրահանգներով:

Այս հավելվածը նաև ոգևորության թեմա է արհեստական ​​ինտելեկտի (AI) ոլորտում հետազոտողների շրջանում, քանի որ այս բարելավված բնական ուսուցման կարողությունը կարող է արագացնել առաջընթացը AI հետազոտություններում տասնամյակներով: Այս մասին ավելին մեր Արհեստական ​​ինտելեկտի ապագա շարքում:

Encryption. Ցավոք, սա այն հավելվածն է, որը նյարդայնացնում է հետազոտողների և հետախուզական գործակալությունների մեծ մասը: Ներկայիս գաղտնագրման ծառայությունները կախված են գաղտնաբառերի ստեղծումից, որոնք ժամանակակից գերհամակարգչից հազարավոր տարիներ կպահանջվեն կոտրելու համար. Քվանտային համակարգիչները տեսականորեն կարող են ճեղքել այս գաղտնագրման բանալիները մեկ ժամվա ընթացքում:

Բանկային գործունեությունը, հաղորդակցությունը, ազգային անվտանգության ծառայությունները, ինտերնետն ինքնին կախված է հուսալի գաղտնագրումից: (Օհ, և մոռացեք նաև բիթքոինի մասին՝ հաշվի առնելով նրա հիմնական կախվածությունը գաղտնագրումից:) Եթե այս քվանտային համակարգիչները աշխատեն այնպես, ինչպես գովազդվում է, ապա այս բոլոր ոլորտները վտանգի տակ կհայտնվեն, վատագույն դեպքում վտանգի տակ կդնեն ամբողջ համաշխարհային տնտեսությունը, քանի դեռ մենք չենք կառուցում քվանտային կոդավորումը, որպեսզի պահպանվի: տեմպը.

Իրական ժամանակի լեզվի թարգմանություն. Այս գլուխը և այս շարքը ավելի քիչ սթրեսային նոտայով ավարտելու համար քվանտային համակարգիչները նաև հնարավորություն կտան գրեթե կատարյալ, իրական ժամանակում լեզվի թարգմանությունը ցանկացած երկու լեզուների միջև՝ կա՛մ Skype-ի զրույցի միջոցով, կա՛մ ականջի մեջ աուդիո կրելու կամ իմպլանտի միջոցով: .

20 տարի հետո լեզուն այլևս խոչընդոտ չի լինի բիզնեսի և առօրյա փոխհարաբերությունների համար: Օրինակ, միայն անգլերեն խոսող մարդը կարող է ավելի վստահորեն գործարար հարաբերությունների մեջ մտնել օտար երկրների գործընկերների հետ, որտեղ անգլիական ապրանքանիշերը այլ կերպ չէին կարող ներթափանցել, և երբ այցելում է նշված օտար երկրներ, նա կարող է նույնիսկ սիրահարվել ինչ-որ մեկին, ով պատահում է միայն կանտոներեն խոսել:

Համակարգիչների ապագան շարք

Մարդկությունը վերասահմանելու համար առաջացող օգտատերերի միջերեսներ. Համակարգիչների ապագան P1

Ծրագրային ապահովման մշակման ապագան. Համակարգիչների ապագան P2

Թվային պահեստավորման հեղափոխություն. Համակարգիչների ապագան P3

Մուրի օրենք, որը կհանգեցնի միկրոչիպերի հիմնարար վերանայմանը. Համակարգիչների ապագան P4

Cloud computing-ը դառնում է ապակենտրոն. Համակարգիչների ապագան P5

Ինչո՞ւ են երկրները մրցում ամենամեծ սուպերհամակարգիչները ստեղծելու համար: Համակարգիչների ապագան P6