Како квантните компјутери ќе го променат светот: Иднината на компјутерите P7

Има многу возбуда што лебди околу општата компјутерска индустрија, возбуда насочена околу една специфична технологија која има потенцијал да промени сè: квантните компјутери. Бидејќи сме истоименик на нашата компанија, ќе признаеме дека имаме пристрасност во нашата нахаканизам околу оваа технологија, а во текот на ова последно поглавје од нашата серија „Иднина на компјутерите“, се надеваме дека ќе споделиме со вас зошто е тоа така.

На основно ниво, квантен компјутер нуди можност да се манипулира со информации на фундаментално поинаков начин. Всушност, штом оваа технологија ќе созрее, овие компјутери не само што ќе решаваат математички проблеми побрзо од кој било компјутер што е во моментов, туку и секој компјутер за кој се предвидува дека ќе постои во следните неколку децении (под претпоставка дека законот на Мур важи). Всушност, слично на нашата дискусија наоколу суперкомпјутери во нашето последно поглавје, идните квантни компјутери ќе му овозможат на човештвото да се справи со уште поголеми прашања кои можат да ни помогнат да стекнеме длабоко подлабоко разбирање за светот околу нас.

Што се квантни компјутери?

Настрана возбудата, колку квантните компјутери се разликуваат од стандардните? И како функционираат?

За визуелните ученици, препорачуваме да го погледнете ова забавно, кратко видео од тимот на YouTube на Kurzgesagt за оваа тема:

Во меѓувреме, за нашите читатели, ќе се потрудиме да ги објасниме квантните компјутери без потреба од диплома по физика.

За почеток, треба да потсетиме дека основната единица на информацискиот процес на компјутерите е малку. Овие битови може да имаат една од двете вредности: 1 или 0, вклучено или исклучено, да или не. Ако комбинирате доволно од овие битови заедно, тогаш можете да претставувате броеви од која било големина и да правите секакви пресметки на нив, по ред. Колку е поголем или помоќен компјутерскиот чип, толку се поголеми бројките што можете да ги креирате и примените пресметките и толку побрзо ќе можете да се движите од една пресметка во друга.

Квантните компјутери се разликуваат на два важни начини.

Прво, е предноста на „суперпозицијата“. Додека традиционалните компјутери работат со битови, квантните компјутери работат со кубити. Ефектот на суперпозиција што го овозможуваат кубитите е дека наместо да биде ограничен на една од двете можни вредности (1 или 0), кубитот може да постои како мешавина од двете. Оваа функција им овозможува на квантните компјутери да работат поефикасно (побрзо) од традиционалните компјутери.

Второ, е предноста на „заплеткањето“. Овој феномен е уникатно однесување на квантната физика што ја врзува судбината на количество различни честички, така што она што се случува со едната ќе влијае на другите. Кога се применува на квантните компјутери, ова значи дека тие можат да манипулираат со сите нивни кјубити истовремено - со други зборови, наместо да прават збир на пресметки една по друга, квантен компјутер би можел да ги прави сите во исто време.

Трката за изградба на првиот квантен компјутер

Овој наслов е донекаде погрешен назив. Водечките компании како Microsoft, IBM и Google веќе ги создадоа првите експериментални квантни компјутери, но овие рани прототипови имаат помалку од дваесетина кубити по чип. И додека овие рани напори се одличен прв чекор, технолошките компании и владините истражувачки оддели ќе треба да изградат квантен компјутер со најмалку 49 до 50 кјубити за возбудата да го исполни својот теоретизиран потенцијал во реалниот свет.

За таа цел, постојат голем број на пристапи кои се експериментираат за да се постигне оваа пресвртница од 50 кјубити, но два стојат над сите оние кои доаѓаат.

Во еден камп, Google и IBM имаат за цел да развијат квантен компјутер преку претставување на кубитите како струи што течат низ суперспроводливите жици кои се ладат до -273.15 степени Целзиусови, или апсолутна нула. Присуството или отсуството на струја значи 1 или 0. Придобивката од овој пристап е што овие суперспроводливи жици или кола можат да бидат изградени од силикон, материјал со кој компаниите за полупроводници имаат децениско искуство во работењето.

Вториот пристап, предводен од Microsoft, вклучува заробени јони кои се држат во вакуумска комора и манипулирани со ласери. Осцилирачките полнежи функционираат како кубити, кои потоа се користат за обработка на операциите на квантниот компјутер.

Како ќе користиме квантни компјутери

Океј, ставајќи ја теоријата настрана, ајде да се фокусираме на апликациите од реалниот свет што овие квантни компјутери ќе ги имаат на светот и како компаниите и луѓето се ангажираат со него.

Логистички и оптимизациски проблеми. Меѓу најнепосредните и најпрофитабилните употреби за квантните компјутери ќе биде оптимизацијата. За апликациите за споделување возење, како што е Uber, која е најбрзата рута за прибирање и испраќање што е можно повеќе клиенти? За гигантите од е-трговија, како Амазон, кој е најефективниот начин да се испорачаат милијарди пакети за време на брзата за купување подароци за одмор?

Овие едноставни прашања вклучуваат бројка крцкање стотици до илјадници променливи одеднаш, подвиг со кој современите суперкомпјутери едноставно не можат да се справат; па наместо тоа, тие пресметуваат мал процент од тие променливи за да им помогнат на овие компании да управуваат со нивните логистички потреби на помалку од оптимален начин. Но, со квантен компјутер, тој ќе пресече низ планина од променливи без да се поти.

Времето и климата моделирање. Слично на точката погоре, причината зошто временскиот канал понекогаш погрешно е затоа што има премногу еколошки променливи за нивните суперкомпјутери да ги обработат (тоа, а понекогаш и лошото собирање на временски податоци). Но, со квантен компјутер, временските научници не само што можат совршено да ги предвидат краткорочните временски шеми, туку можат да создадат и попрецизни долгорочни климатски проценки за да ги предвидат ефектите од климатските промени.

Персонализирана медицина. Декодирањето на вашата ДНК и вашиот уникатен микробиом е од клучно значење за идните лекари да препишуваат лекови кои се совршено прилагодени на вашето тело. Додека традиционалните суперкомпјутери направија чекори во декодирањето на ДНК економично, микробиомот е далеку од нивниот дофат - но не и за идните квантни компјутери.

Квантните компјутери, исто така, ќе овозможат Биг Фарма подобро да предвиди како различните молекули реагираат со нивните лекови, со што значително ќе го забрзаат фармацевтскиот развој и ќе ги намалат цените.

Вселенско истражување. Вселенските телескопи на денешницата (и утре) собираат огромни количини на податоци од астролошки слики секој ден кои ги следат движењата на трилиони галаксии, ѕвезди, планети и астероиди. За жал, ова е премногу податоци за денешните суперкомпјутери да се просејуваат за да се прават значајни откритија на редовна основа. Но, со зрел квантен компјутер во комбинација со машинско учење, сите овие податоци конечно може да се обработат ефикасно, отворајќи ја вратата за откривање на стотици до илјадници нови планети дневно до почетокот на 2030-тите.

Основни науки. Слично на горенаведените точки, суровата компјутерска моќ што ја овозможуваат овие квантни компјутери ќе им овозможи на научниците и инженерите да осмислат нови хемикалии и материјали, како и подобро функционални мотори и се разбира, поладни божиќни играчки.

Машинско учење. Користејќи ги традиционалните компјутери, на алгоритмите за машинско учење им треба огромна количина на курирани и означени примери (големи податоци) за да научат нови вештини. Со квантното пресметување, софтверот за машинско учење може да започне да учи повеќе како луѓето, при што тие можат да добијат нови вештини користејќи помалку податоци, помешани податоци, често со малку инструкции.

Оваа апликација е исто така тема на возбуда меѓу истражувачите во полето на вештачката интелигенција (ВИ), бидејќи овој подобрен природен капацитет за учење може да го забрза напредокот во истражувањето на вештачката интелигенција со децении. Повеќе за ова во нашата серија „Иднина на вештачка интелигенција“.

Енкрипција. За жал, ова е апликацијата што ги нервира повеќето истражувачи и разузнавачки агенции. Сите тековни услуги за шифрирање зависат од создавање лозинки за кои на современиот суперкомпјутер ќе му требаат илјадници години за да ги пробие; Квантните компјутери теоретски би можеле да ги рипнат овие клучеви за шифрирање за помалку од еден час.

Банкарството, комуникацијата, националните безбедносни служби, самиот интернет зависи од доверливото шифрирање за да функционира. (О, и заборавете на биткоинот исто така, со оглед на неговата суштинска зависност од шифрирањето.) Ако овие квантни компјутери работат како што се рекламира, сите овие индустрии ќе бидат изложени на ризик, во најлош случај ќе ја загрозат целата светска економија додека не изградиме квантна енкрипција за да ја задржиме темпо.

Превод на јазик во реално време. За да се заврши ова поглавје и оваа серија на помалку стресна нота, квантните компјутери ќе овозможат и речиси совршен превод на јазик во реално време помеѓу кои било два јазика, било преку разговор на Skype или преку употреба на аудио уред за носење или имплант во увото. .

За 20 години јазикот повеќе нема да биде бариера за деловните и секојдневните интеракции. На пример, лице кое зборува само англиски може посигурно да влезе во деловни односи со партнери во странски земји каде што англиските брендови инаку не би успеале да навлезат, а кога ги посетува споменатите странски земји, оваа личност може дури и да се заљуби во одредено лице кое се случува да зборува само кантонски.

Серијата Future of Computers

Нови кориснички интерфејси за редефинирање на човештвото: Иднината на компјутерите P1

Иднина на развој на софтвер: Иднина на компјутерите П2

Револуција за дигитално складирање: Иднината на компјутерите P3

Избледениот закон на Мур за да поттикне фундаментално преиспитување на микрочиповите: Иднината на компјутерите P4

Cloud computing станува децентрализирано: Иднината на компјутерите P5

Зошто земјите се натпреваруваат за изградба на најголеми суперкомпјутери? Иднината на компјутерите P6