Si do ta ndryshojnë botën kompjuterët kuantikë: E ardhmja e kompjuterëve P7

Ka shumë zhurmë që qarkullojnë rreth industrisë së përgjithshme kompjuterike, zhurmë e përqendruar rreth një teknologjie specifike që ka potencialin të ndryshojë gjithçka: kompjuterët kuantikë. Duke qenë emri i kompanisë sonë, ne do të pranojmë një paragjykim në bullizmin tonë rreth kësaj teknologjie dhe gjatë rrjedhës së këtij kapitulli të fundit të serisë sonë Future of Computers, shpresojmë të ndajmë me ju pse është kjo.

Në një nivel bazë, një kompjuter kuantik ofron një mundësi për të manipuluar informacionin në një mënyrë krejtësisht të ndryshme. Në fakt, sapo kjo teknologji të maturohet, këta kompjuterë jo vetëm që do të zgjidhin problemet matematikore më shpejt se çdo kompjuter që ekziston aktualisht, por edhe çdo kompjuter që parashikohet të ekzistojë gjatë disa dekadave të ardhshme (duke supozuar se ligji i Moore është i vërtetë). Në fakt, e ngjashme me diskutimin tonë përreth superkompjuterët në kapitullin tonë të fundit, kompjuterët kuantikë të ardhshëm do t'i mundësojnë njerëzimit të trajtojë çështje gjithnjë e më të mëdha që mund të na ndihmojnë të fitojmë një kuptim thellësisht më të thellë të botës përreth nesh.

Çfarë janë kompjuterët kuantikë?

Mënjanë hipotezën, si janë kompjuterët kuantikë të ndryshëm nga kompjuterët standardë? Dhe si funksionojnë ato?

Për nxënësit vizualë, ne rekomandojmë të shikojnë këtë video argëtuese dhe të shkurtër nga ekipi i Kurzgesagt YouTube në lidhje me këtë temë:

Ndërkohë, për lexuesit tanë, ne do të bëjmë çmos për të shpjeguar kompjuterët kuantikë pa pasur nevojë për një diplomë fizikë.

Si fillim, duhet të kujtojmë se njësia bazë e procesit të kompjuterëve të informacionit është pak. Këto bit mund të kenë një nga dy vlerat: 1 ose 0, ndezur ose fikur, po ose jo. Nëse kombinoni mjaft nga këto pjesë së bashku, atëherë mund të përfaqësoni numra të çdo madhësie dhe të bëni të gjitha llojet e llogaritjeve mbi to, pas tjetrës. Sa më i madh ose më i fuqishëm të jetë çipi i kompjuterit, aq më të mëdhenj janë numrat që mund të krijoni dhe aplikoni llogaritjet dhe aq më shpejt mund të kaloni nga një llogaritje në tjetrën.

Kompjuterët kuantikë janë të ndryshëm në dy mënyra të rëndësishme.

Së pari, është avantazhi i "superpozicionit". Ndërsa kompjuterët tradicionalë funksionojnë me bit, kompjuterët kuantikë funksionojnë me kubit. Efekti i mbivendosjes që mundësojnë kubit është se në vend që të kufizohet në një nga dy vlerat e mundshme (1 ose 0), një kubit mund të ekzistojë si një përzierje e të dyjave. Kjo veçori lejon që kompjuterët kuantikë të funksionojnë në mënyrë më efikase (më të shpejtë) sesa kompjuterët tradicionalë.

Së dyti, është avantazhi i "ngatërrimit". Ky fenomen është një sjellje unike e fizikës kuantike që lidh fatin e një sasie grimcash të ndryshme, kështu që ajo që ndodh me njërën do të ndikojë tek të tjerat. Kur aplikohet në kompjuterët kuantikë, kjo do të thotë se ata mund të manipulojnë të gjitha kubitët e tyre njëkohësisht - me fjalë të tjera, në vend që të bëjnë një sërë llogaritjesh njëra pas tjetrës, një kompjuter kuantik mund t'i bëjë të gjitha në të njëjtën kohë.

Gara për të ndërtuar kompjuterin e parë kuantik

Ky titull është disi një emërtim i gabuar. Kompanitë kryesore si Microsoft, IBM dhe Google kanë krijuar tashmë kompjuterët e parë kuantikë eksperimentalë, por këto prototipe të hershme përmbajnë më pak se dy duzina kubit për çip. Dhe ndërsa këto përpjekje të hershme janë një hap i parë i shkëlqyeshëm, kompanitë e teknologjisë dhe departamentet e kërkimit qeveritar do të duhet të ndërtojnë një kompjuter kuantik me të paktën 49 deri në 50 kubit në mënyrë që zhurma të përmbushë potencialin e tij të teorizuar në botën reale.

Për këtë qëllim, ka një sërë qasjesh që po eksperimentohen për të arritur këtë arritje prej 50 kubitësh, por dy qëndrojnë mbi të gjithë ata që vijnë.

Në një kamp, ​​Google dhe IBM synojnë të zhvillojnë një kompjuter kuantik duke përfaqësuar kubit si rryma që rrjedhin nëpër tela superpërçues që ftohen në -273.15 gradë Celsius, ose zero absolute. Prania ose mungesa e rrymës është 1 ose 0. Përfitimi i kësaj qasjeje është se këto tela ose qarqe superpërcjellëse mund të ndërtohen nga silikoni, një material gjysmëpërçues me të cilin kompanitë kanë dekada përvojë pune.

Qasja e dytë, e udhëhequr nga Microsoft, përfshin jonet e bllokuara të mbajtura në vend në një dhomë vakum dhe të manipuluar nga lazerët. Ngarkesat lëkundëse funksionojnë si kubit, të cilat më pas përdoren për të përpunuar operacionet e kompjuterit kuantik.

Si do të përdorim kompjuterët kuantikë

Në rregull, duke lënë mënjanë teorinë, le të përqendrohemi në aplikacionet e botës reale që këta kompjuterë kuantikë do të kenë në botë dhe se si kompanitë dhe njerëzit angazhohen me të.

Probleme logjistike dhe optimizimi. Ndër përdorimet më të menjëhershme dhe fitimprurëse për kompjuterët kuantikë do të jetë optimizimi. Për aplikacionet e ndarjes së udhëtimit, si Uber, cila është rruga më e shpejtë për të marrë dhe për të lënë sa më shumë klientë të jetë e mundur? Për gjigantët e tregtisë elektronike, si Amazon, cila është mënyra më ekonomike për të ofruar miliarda paketa gjatë nxitimit të blerjes së dhuratave për pushime?

Këto pyetje të thjeshta përfshijnë numërimin e qindra e mijëra variablave në të njëjtën kohë, një arritje që superkompjuterët modernë thjesht nuk mund ta përballojnë; në vend të kësaj, ata llogaritin një përqindje të vogël të atyre variablave për të ndihmuar këto kompani të menaxhojnë nevojat e tyre logjistike në një mënyrë më pak se optimale. Por me një kompjuter kuantik, ai do të presë një mal me variabla pa u lodhur.

Moti dhe klima modelimi. Ngjashëm me pikën e mësipërme, arsyeja pse kanali i motit ndonjëherë e bën gabim është sepse ka shumë variabla mjedisore që superkompjuterët e tyre t'i përpunojnë (atë dhe nganjëherë mbledhja e dobët e të dhënave të motit). Por me një kompjuter kuantik, shkencëtarët e motit jo vetëm që mund të parashikojnë në mënyrë perfekte modelet e motit afatshkurtër, por ata gjithashtu mund të krijojnë vlerësime më të sakta afatgjata klimatike për të parashikuar efektet e ndryshimeve klimatike.

Mjekësi e personalizuar. Dekodimi i ADN-së dhe mikrobiomës suaj unike është thelbësor për mjekët e ardhshëm që të përshkruajnë barna që janë përshtatur në mënyrë të përkryer për trupin tuaj. Ndërsa superkompjuterët tradicionalë kanë bërë përparime në dekodimin e ADN-së me kosto efektive, mikrobioma është shumë përtej mundësive të tyre - por jo edhe për kompjuterët kuantikë të ardhshëm.

Kompjuterët kuantikë do të lejojnë gjithashtu Big Pharma të parashikojë më mirë se si reagojnë molekula të ndryshme me ilaçet e tyre, duke përshpejtuar ndjeshëm zhvillimin farmaceutik dhe duke ulur çmimet.

Eksplorimi i hapësirës. Teleskopët hapësinorë të sotëm (dhe të nesërm) mbledhin sasi të mëdha të dhënash imazhesh astrologjike çdo ditë që gjurmojnë lëvizjet e triliona galaktikave, yjeve, planetëve dhe asteroidëve. Mjerisht, këto janë shumë të dhëna për superkompjuterët e sotëm për të shoshitur për të bërë zbulime kuptimplota rregullisht. Por me një kompjuter kuantik të pjekur të kombinuar me mësimin e makinerive, të gjitha këto të dhëna më në fund mund të përpunohen në mënyrë efikase, duke hapur derën për zbulimin e qindra deri mijëra planetëve të rinj çdo ditë deri në fillim të viteve 2030.

shkencat themelore. Ngjashëm me pikat e mësipërme, fuqia e papërpunuar llogaritëse që mundësojnë këta kompjuterë kuantikë do t'i lejojë shkencëtarët dhe inxhinierët të krijojnë kimikate dhe materiale të reja, si dhe motorë që funksionojnë më mirë dhe natyrisht, lodra më të ftohta për Krishtlindje.

Njohja e makinës. Duke përdorur kompjuterë tradicionalë, algoritmet e mësimit të makinerive kanë nevojë për një sasi gjigante shembujsh të kuruar dhe të etiketuar (të dhëna të mëdha) për të mësuar aftësi të reja. Me llogaritjen kuantike, softueri i mësimit të makinerive mund të fillojë të mësojë më shumë si njerëzit, ku ata mund të marrin aftësi të reja duke përdorur më pak të dhëna, të dhëna më të çrregullta, shpesh me pak udhëzime.

Ky aplikacion është gjithashtu një temë emocionuese midis studiuesve në fushën e inteligjencës artificiale (AI), pasi ky kapacitet i përmirësuar natyror i të mësuarit mund të përshpejtojë përparimin në kërkimin e AI me dekada. Më shumë për këtë në serinë tonë Future of Artificial Intelligence.

Encryption. Mjerisht, ky është aplikacioni që ka nervozuar shumicën e studiuesve dhe agjencive të inteligjencës. Të gjitha shërbimet aktuale të enkriptimit varen nga krijimi i fjalëkalimeve që një superkompjuteri modern do t'i duheshin mijëra vjet për t'u thyer; Kompjuterët kuantikë teorikisht mund të shqyejnë këta çelësa të enkriptimit në më pak se një orë.

Banka, komunikimi, shërbimet e sigurisë kombëtare, vetë interneti varet nga kriptimi i besueshëm për të funksionuar. (Oh, dhe harrojeni edhe bitcoin-in, duke pasur parasysh varësinë e tij thelbësore nga kriptimi.) Nëse këta kompjuterë kuantikë funksionojnë siç reklamohet, të gjitha këto industri do të jenë në rrezik, në rastin më të keq duke rrezikuar të gjithë ekonominë botërore derisa të ndërtojmë enkriptimin kuantik për ta mbajtur ritmin.

Përkthimi i gjuhës në kohë reale. Për të përfunduar këtë kapitull dhe këtë seri me një notë më pak stresuese, kompjuterët kuantikë do të mundësojnë gjithashtu përkthim pothuajse të përsosur të gjuhës në kohë reale midis dy gjuhëve, qoftë përmes një bisede në Skype ose përmes përdorimit të një pajisjeje audio ose implant në veshin tuaj. .

Në 20 vjet, gjuha nuk do të jetë më pengesë për biznesin dhe ndërveprimet e përditshme. Për shembull, një person që flet vetëm anglisht mund të hyjë më me siguri në marrëdhënie biznesi me partnerë në vende të huaja ku markat angleze përndryshe do të kishin dështuar të depërtonin, dhe kur viziton vendet e huaja të përmendura, ky person madje mund të bie në dashuri me një person të caktuar. ndodh të flasin vetëm kantonisht.

Seria Future of Computers

Ndërfaqet e përdoruesve në zhvillim për të ripërcaktuar njerëzimin: E ardhmja e kompjuterëve P1

E ardhmja e zhvillimit të softuerit: E ardhmja e kompjuterëve P2

Revolucioni i ruajtjes dixhitale: E ardhmja e kompjuterëve P3

Një ligj i Moore-it në zbehje për të nxitur një rimendim themelor të mikroçipëve: E ardhmja e kompjuterëve P4

Cloud computing bëhet i decentralizuar: E ardhmja e kompjuterëve P5

Pse vendet po konkurrojnë për të ndërtuar superkompjuterët më të mëdhenj? E ardhmja e kompjuterëve P6