Кванттық компьютерлер әлемді қалай өзгертеді: Компьютерлердің болашағы P7

Жалпы компьютерлік индустрияның төңірегінде көптеген шумақтар бар, ол барлығын өзгертуге мүмкіндігі бар бір нақты технологияға бағытталған: кванттық компьютерлер. Біздің компаниямыздың атына ие бола отырып, біз осы технологияның айналасындағы былықтылығымызды мойындаймыз және «Компьютерлердің болашағы» сериясының осы соңғы тарауында біз мұның себебін сіздермен бөлісеміз деп үміттенеміз.

Базалық деңгейде кванттық компьютер ақпаратты түбегейлі басқа жолмен өңдеу мүмкіндігін ұсынады. Шындығында, бұл технология жетілгеннен кейін, бұл компьютерлер қазіргі уақытта бар кез келген компьютерге қарағанда математикалық есептерді тезірек шешіп қана қоймайды, сонымен қатар алдағы бірнеше онжылдықта болуы болжанатын кез келген компьютерді (Мур заңы дұрыс деп есептегенде). Іс жүзінде, біздің талқылауымызға ұқсас суперкомпьютерлер біздің соңғы тарауда, болашақ кванттық компьютерлер адамзатқа айналамыздағы әлемді тереңірек түсінуге көмектесетін үлкенірек сұрақтарды шешуге мүмкіндік береді.

Кванттық компьютерлер дегеніміз не?

Қиындықтарды былай қойғанда, кванттық компьютерлер стандартты компьютерлерден қалай ерекшеленеді? Және олар қалай жұмыс істейді?

Көрнекі үйренушілерге осы тақырып бойынша Kurzgesagt YouTube командасынан осы қызықты, қысқа бейнені көруді ұсынамыз:

Сонымен қатар, оқырмандарымыз үшін физика дәрежесінсіз кванттық компьютерлерді түсіндіруге бар күшімізді саламыз.

Жаңадан бастаушылар үшін ақпараттық компьютерлер процесінің негізгі бірлігі аз екенін еске түсіруіміз керек. Бұл биттерде екі мәннің біреуі болуы мүмкін: 1 немесе 0, қосулы немесе өшірулі, иә немесе жоқ. Егер сіз осы биттерді жеткілікті түрде біріктірсеңіз, кез келген өлшемдегі сандарды көрсете аласыз және олар бойынша бірінен соң бірі есептеулердің барлық түрін жасай аласыз. Компьютерлік чип неғұрлым үлкен немесе күшті болса, соғұрлым үлкен сандар есептеулерді жасауға және қолдануға болады және бір есептеуден екіншісіне жылдамырақ өтуге болады.

Кванттық компьютерлер екі маңызды жолмен ерекшеленеді.

Біріншіден, бұл «суперпозицияның» артықшылығы. Дәстүрлі компьютерлер биттермен жұмыс істесе, кванттық компьютерлер кубиттермен жұмыс істейді. Кубиттерді қосатын суперпозиция эффектісі екі мүмкін мәннің біріне (1 немесе 0) шектелудің орнына, кубит екеуінің қоспасы ретінде болуы мүмкін. Бұл мүмкіндік кванттық компьютерлерге дәстүрлі компьютерлерге қарағанда тиімдірек (тезірек) жұмыс істеуге мүмкіндік береді.

Екіншіден, «шұбарланудың» артықшылығы. Бұл құбылыс әр түрлі бөлшектер санының тағдырын байланыстыратын бірегей кванттық физика мінез-құлқы болып табылады, сондықтан біреуімен болған нәрсе басқаларға әсер етеді. Кванттық компьютерлерге қолданылғанда, бұл олардың барлық кубиттерін бір уақытта басқара алатынын білдіреді, басқаша айтқанда, бірінен соң бірі есептеулер жиынтығын жасаудың орнына, кванттық компьютер олардың барлығын бір уақытта жасай алады.

Бірінші кванттық компьютерді құрастыру жарысы

Бұл тақырып дұрыс емес атау. Microsoft, IBM және Google сияқты жетекші компаниялар алғашқы тәжірибелік кванттық компьютерлерді жасап үлгерді, бірақ бұл алғашқы прототиптер бір чипке екі ондаған кубиттен азырақ. Бұл алғашқы күш-жігер үлкен алғашқы қадам болғанымен, технологиялық компаниялар мен мемлекеттік зерттеу департаменттері оның теориялық әлеуетін қанағаттандыру үшін хайп үшін кемінде 49-дан 50 кубитке дейінгі кванттық компьютерді құруы керек.

Осы мақсатта осы 50 кубит межеге жету үшін тәжірибеден өтіп жатқан бірнеше тәсілдер бар, бірақ екеуі барлық ниет білдірушілерден жоғары тұр.

Бір лагерьде Google және IBM кванттық компьютерді -273.15 градус Цельсийге немесе абсолютті нөлге дейін салқындатылған асқын өткізгіш сымдар арқылы өтетін токтар ретінде көрсету арқылы кванттық компьютерді әзірлеуді мақсат етеді. Токтың болуы немесе болмауы 1 немесе 0 мәнін білдіреді. Бұл тәсілдің артықшылығы мынада, бұл асқын өткізгіш сымдар немесе тізбектер кремнийден жасалуы мүмкін, жартылай өткізгіш материалдармен жұмыс істейтін компаниялардың ондаған жылдық тәжірибесі бар.

Майкрософт басқаратын екінші әдіс вакуумдық камерада ұсталған және лазермен басқарылатын ұсталған иондарды қамтиды. Тербелмелі зарядтар кванттық компьютердің операцияларын өңдеу үшін пайдаланылатын кубиттер ретінде жұмыс істейді.

Біз кванттық компьютерлерді қалай қолданамыз

Жарайды, теорияны былай қойғанда, осы кванттық компьютерлердің әлемде болатын нақты әлемдік қолданбаларына және компаниялар мен адамдар онымен қалай айналысатынына назар аударайық.

Логистикалық және оңтайландыру мәселелері. Кванттық компьютерлер үшін ең жылдам және тиімді пайдаланулардың бірі оңтайландыру болады. Uber сияқты көлікті бөлісу қолданбалары үшін тұтынушыларды мүмкіндігінше көптеп алып кетудің ең жылдам жолы қандай? Amazon сияқты электрондық коммерция алпауыттары үшін мерекелік сыйлықты сатып алу қарқыны кезінде миллиардтаған пакеттерді жеткізудің ең тиімді жолы қандай?

Бұл қарапайым сұрақтар бір уақытта жүздегеннен мыңдаған айнымалы мәндерді сыздатуды қамтиды, бұл қазіргі суперкомпьютерлер көтере алмайтын ерлік; сондықтан оның орнына олар осы компанияларға өздерінің логистикалық қажеттіліктерін оңтайлы емес жолмен басқаруға көмектесу үшін сол айнымалылардың шағын пайызын есептейді. Бірақ кванттық компьютердің көмегімен ол тер төкпей-ақ айнымалылар тауын кесіп өтеді.

Ауа райы және климат модельдеу. Жоғарыдағы тармаққа ұқсас, ауа-райы арнасының кейде қателесуінің себебі, олардың суперкомпьютерлері өңдеуге болатын қоршаған орта айнымалыларының тым көп болуы (бұл кейде ауа-райы туралы мәліметтерді жинау). Бірақ кванттық компьютердің көмегімен синоптиктер жақын арада ауа райының үлгілерін тамаша болжап қана қоймайды, сонымен қатар олар климаттың өзгеруінің салдарын болжау үшін дәлірек ұзақ мерзімді климаттық бағалаулар жасай алады.

Жеке дәрі. ДНҚ мен бірегей микробиомаңызды декодтау болашақ дәрігерлерге сіздің денеңізге тамаша бейімделген препараттарды тағайындау үшін өте маңызды. Дәстүрлі суперкомпьютерлер ДНҚ-ны декодтауда үнемді қадамдар жасағанымен, микробиома олардың қолы жетпейді, бірақ болашақ кванттық компьютерлер үшін олай емес.

Кванттық компьютерлер сонымен қатар Big Pharma-ға әртүрлі молекулалардың олардың препараттарымен қалай әрекет ететінін жақсы болжауға мүмкіндік береді, осылайша фармацевтикалық дамуды айтарлықтай жылдамдатады және бағаны төмендетеді.

Ғарышты зерттеу. Бүгінгі (және ертең) ғарыштық телескоптар күн сайын триллиондаған галактикалардың, жұлдыздардың, планеталардың және астероидтардың қозғалысын бақылайтын астрологиялық суреттердің үлкен көлемін жинайды. Өкінішке орай, бұл бүгінгі суперкомпьютерлер үшін маңызды жаңалықтарды жүйелі түрде жасау үшін сүзгіден өткізу үшін тым көп деректер. Бірақ жетілген кванттық компьютерді машиналық оқытумен үйлестіре отырып, бұл деректердің барлығын тиімді өңдеуге болады, бұл 2030-шы жылдардың басына қарай күн сайын жүздеген және мыңдаған жаңа планеталардың ашылуына жол ашады.

Іргелі ғылымдар. Жоғарыдағы тармақтарға ұқсас, бұл кванттық компьютерлер беретін шикі есептеу қуаты ғалымдар мен инженерлерге жаңа химиялық заттар мен материалдарды, сондай-ақ жақсырақ жұмыс істейтін қозғалтқыштарды және, әрине, салқын Рождестволық ойыншықтарды ойлап табуға мүмкіндік береді.

Машина оқыту. Дәстүрлі компьютерлерді пайдалана отырып, машиналық оқыту алгоритмдері жаңа дағдыларды меңгеру үшін іріктелген және белгіленген мысалдардың (үлкен деректер) үлкен көлемін қажет етеді. Кванттық есептеулер көмегімен машиналық оқыту бағдарламалық жасақтамасы адамдар сияқты көбірек біле бастайды, осылайша олар аз деректерді, күрделі деректерді, көбінесе бірнеше нұсқауларды пайдалана отырып, жаңа дағдыларды ала алады.

Бұл қосымша жасанды интеллект (AI) саласындағы зерттеушілер арасында да қызықты тақырып болып табылады, өйткені бұл жақсартылған табиғи оқу қабілеті AI зерттеулеріндегі прогресті ондаған жылдарға тездетуі мүмкін. Бұл туралы толығырақ «Жасанды интеллекттің болашағы» сериясында.

шифрлау. Өкінішке орай, бұл көптеген зерттеушілер мен барлау агенттіктерін қобалжытқан қолданба. Барлық ағымдағы шифрлау қызметтері заманауи суперкомпьютерді бұзуға мыңдаған жылдар қажет болатын құпия сөздерді жасауға байланысты; кванттық компьютерлер бұл шифрлау кілттерін теориялық тұрғыдан бір сағаттан аз уақыт ішінде ажырата алады.

Банк, байланыс, ұлттық қауіпсіздік қызметтері, интернеттің өзі жұмыс істеуі үшін сенімді шифрлауға байланысты. (О, шифрлауға негізгі тәуелділігін ескере отырып, биткоин туралы да ұмытыңыз.) Егер бұл кванттық компьютерлер жарнамаланғандай жұмыс істесе, осы салалардың барлығына қауіп төнеді, ең нашар жағдайда біз кванттық шифрлауды құруға дейін бүкіл әлемдік экономикаға қауіп төндіреді. қарқын.

Нақты уақыттағы тіл аудармасы. Осы тарауды және осы серияны аз күйзеліспен аяқтау үшін кванттық компьютерлер кез келген екі тіл арасында Skype чаты арқылы немесе аудио киілетін немесе құлаққа имплантация арқылы мінсіз дерлік, нақты уақыттағы тіл аудармасын қосады. .

20 жылдан кейін тіл бизнес пен күнделікті қарым-қатынасқа кедергі болмайды. Мысалы, тек ағылшын тілінде сөйлейтін адам ағылшын брендтері ене алмайтын шет елдердегі серіктестермен сенімдірек іскерлік қарым-қатынасқа түсе алады және аталған шет елдерге барған кезде бұл адам тіпті белгілі бір адамға ғашық болуы мүмкін. тек кантон тілінде сөйлейді.

«Компьютерлердің болашағы» сериясы

Адамзатты қайта анықтау үшін пайда болатын пайдаланушы интерфейстері: компьютерлердің болашағы P1

Бағдарламалық жасақтаманың дамуының болашағы: Компьютерлердің болашағы Р2

Сандық сақтау революциясы: компьютерлердің болашағы P3

Мур заңы микрочиптерді түбегейлі қайта қарауға себепші болады: компьютерлердің болашағы P4

Бұлтты есептеулер орталықтандырылмаған болады: Компьютерлердің болашағы P5

Неліктен елдер ең үлкен суперкомпьютерлерді жасау үшін бәсекелеседі? Компьютерлердің болашағы Б6