Како ће квантни рачунари променити свет: Будућност рачунара П7

У општој рачунарској индустрији постоји много помпе која је усредсређена на једну специфичну технологију која има потенцијал да промени све: квантне рачунаре. Будући да смо имењак наше компаније, признаћемо пристрасност у нашој наклоности око ове технологије, и током овог последњег поглавља наше серије Футуре оф Цомпутерс, надамо се да ћемо поделити са вама зашто је то тако.

На основном нивоу, квантни рачунар нуди прилику да се манипулише информацијама на фундаментално другачији начин. У ствари, када ова технологија сазре, ови рачунари не само да ће решавати математичке проблеме брже од било ког рачунара који тренутно постоји, већ и било ког рачунара за који се предвиђа да ће постојати у наредних неколико деценија (под претпоставком да је Муров закон истинит). У ствари, слично нашој расправи суперрачунари у нашем последњем поглављу, будући квантни рачунари ће омогућити човечанству да се ухвати у коштац са све већим питањима која нам могу помоћи да стекнемо дубље разумевање света око нас.

Шта су квантни рачунари?

На страну журку, по чему се квантни рачунари разликују од стандардних рачунара? И како они раде?

За визуелне ученике, препоручујемо да погледају овај забаван, кратак видео од Курзгесагт ИоуТубе тима о овој теми:

У међувремену, за наше читаоце, ми ћемо дати све од себе да објаснимо квантне рачунаре без потребе за дипломом из физике.

За почетак, треба да се подсетимо да је основна јединица информационог процеса компјутера мало. Ови битови могу имати једну од две вредности: 1 или 0, укључено или искључено, да или не. Ако комбинујете довољно ових битова заједно, онда можете представљати бројеве било које величине и вршити све врсте прорачуна на њима, редом за другим. Што је рачунарски чип већи или моћнији, то су већи бројеви које можете да креирате и примените прорачуне и брже можете да пређете са једног прорачуна на други.

Квантни рачунари се разликују на два важна начина.

Прво, то је предност „суперпозиције“. Док традиционални рачунари раде са битовима, квантни рачунари раде са кубитима. Кубити ефекта суперпозиције омогућавају је да уместо да буде ограничен на једну од две могуће вредности (1 или 0), кубит може постојати као мешавина оба. Ова карактеристика омогућава квантним рачунарима да раде ефикасније (брже) од традиционалних рачунара.

Друго, предност је „уплетености“. Овај феномен је јединствено понашање квантне физике које везује судбину количине различитих честица, тако да ће оно што се деси једном утицати на друге. Када се примени на квантне рачунаре, то значи да они могу истовремено да манипулишу свим својим кубитима—другим речима, уместо да раде скуп прорачуна један за другим, квантни рачунар би могао да их ради све у исто време.

Трка за изградњу првог квантног рачунара

Овај наслов је помало погрешан назив. Водеће компаније попут Мицрософта, ИБМ-а и Гугла већ су креирале прве експерименталне квантне рачунаре, али ови рани прототипови имају мање од два туцета кубита по чипу. И док су ови рани напори одличан први корак, технолошке компаније и владина истраживачка одељења ће морати да изграде квантни рачунар са најмање 49 до 50 кубита да би хипе испунио свој теоретски потенцијал у стварном свету.

У том циљу, постоји велики број приступа који се експериментишу да би се постигла ова прекретница од 50 кубита, али два су изнад свих који долазе.

У једном кампу, Гугл и ИБМ имају за циљ да развију квантни рачунар представљајући кубите као струје које теку кроз суправодљиве жице које су охлађене на –273.15 степени Целзијуса, или апсолутну нулу. Присуство или одсуство струје означава 1 или 0. Предност овог приступа је у томе што се ове суперпроводне жице или кола могу изградити од силицијума, материјала који компаније које се баве полупроводницима имају деценијама искуства у раду.

Други приступ, који води Мицрософт, укључује заробљене јоне који се држе на месту у вакуумској комори и којима се манипулише ласерима. Осцилирајућа наелектрисања функционишу као кубити, који се затим користе за обраду операција квантног рачунара.

Како ћемо користити квантне рачунаре

У реду, оставимо теорију на страну, хајде да се фокусирамо на апликације у стварном свету које ће ови квантни рачунари имати у свету и како компаније и људи раде на томе.

Логистички и оптимизацијски проблеми. Једна од најнепосреднијих и најпрофитабилнијих употреба квантних рачунара биће оптимизација. За апликације за дељење вожње, као што је Убер, који је најбржи пут да покупите и одвезете што више купаца? За гиганте е-трговине, као што је Амазон, који је најисплативији начин да испоруче милијарде пакета током празничне гужве са куповином поклона?

Ова једноставна питања укључују брисање бројева стотинама до хиљадама варијабли одједном, што је подвиг са којим савремени суперкомпјутери једноставно не могу да поднесу; па уместо тога, они израчунавају мали проценат тих варијабли како би помогли овим компанијама да управљају својим логистичким потребама на мање него оптималан начин. Али са квантним рачунаром, он ће пресећи брдо варијабли без знојења.

Време и клима моделирање. Слично горњој тачки, разлог зашто метеоролошки канал понекад греши је тај што постоји превише варијабли окружења које њихови суперкомпјутери могу обрадити (то, а понекад и лоше прикупљање података о времену). Али са квантним рачунаром, временски научници не само да могу савршено предвидети краткорочне временске обрасце, већ могу и да направе прецизније дугорочне процене климе како би предвидели ефекте климатских промена.

Персонализовани лек. Декодирање вашег ДНК и вашег јединственог микробиома је кључно за будуће лекаре да преписују лекове који су савршено прилагођени вашем телу. Док су традиционални суперкомпјутери направили искорак у економичном декодирању ДНК, микробиом је далеко изван њиховог домашаја - али није тако за будуће квантне рачунаре.

Квантни рачунари ће такође омогућити Биг Пхарма-и да боље предвиди како различити молекули реагују са њиховим лековима, чиме ће се значајно убрзати фармацеутски развој и снизити цене.

Истраживање свемира. Данашњи (и сутрашњи) свемирски телескопи сваког дана прикупљају огромне количине података астролошких слика који прате кретање трилиона галаксија, звезда, планета и астероида. Нажалост, ово је превише података да би данашњи суперкомпјутери могли да их пробију како би редовно дошли до значајних открића. Али са зрелим квантним рачунаром у комбинацији са машинским учењем, сви ови подаци се коначно могу ефикасно обрадити, отварајући врата откривању стотина до хиљада нових планета дневно до почетка 2030-их.

Фундаменталне науке. Слично горе наведеним, сирова рачунарска снага коју ови квантни рачунари омогућавају омогућиће научницима и инжењерима да осмисле нове хемикалије и материјале, као и моторе који боље функционишу и, наравно, хладније божићне играчке.

Машинско учење. Користећи традиционалне рачунаре, алгоритми за машинско учење требају огромну количину одабраних и означених примера (великих података) да би научили нове вештине. Са квантним рачунарством, софтвер за машинско учење може почети да учи више као људи, при чему могу да покупе нове вештине користећи мање података, неуредније податке, често са мало упутстава.

Ова апликација је такође тема узбуђења међу истраживачима у области вештачке интелигенције (АИ), јер би овај побољшани природни капацитет учења могао да убрза напредак у истраживању вештачке интелигенције деценијама. Више о томе у нашој серији о будућности вештачке интелигенције.

Шифровање. Нажалост, ово је апликација која већину истраживача и обавештајних агенција нервира. Све тренутне услуге шифровања зависе од креирања лозинки за које би модерном суперкомпјутеру биле потребне хиљаде година да их разбије; квантни рачунари би теоретски могли да пробију ове кључеве за шифровање за мање од сат времена.

Банкарство, комуникације, службе националне безбедности, сам интернет зависи од поузданог шифровања да би функционисао. (Ох, и заборавите на биткоин, с обзиром на његову суштинску зависност од енкрипције.) Ако ови квантни рачунари буду радили онако како се рекламира, све ове индустрије ће бити у опасности, у најгорем случају угрозивши читаву светску економију све док не изградимо квантну енкрипцију која ће задржати темпо.

Превођење језика у реалном времену. Да завршимо ово поглавље и ову серију на мање стресној ноти, квантни рачунари ће такође омогућити скоро савршен превод језика у реалном времену између било која два језика, било преко Скипе ћаскања или коришћењем аудио уређаја за ношење или импланта у ухо .

За 20 година језик више неће бити препрека за пословне и свакодневне интеракције. На пример, особа која само говори енглески може сигурније да ступи у пословне односе са партнерима у страним земљама у које енглески брендови иначе не би успели да продру, а приликом посете наведеним страним земљама, та особа се може чак и заљубити у неког ко случајно говори само кантонски.

Футуре оф Цомпутерс серија

Нови кориснички интерфејси за редефинисање човечанства: Будућност рачунара П1

Будућност развоја софтвера: Будућност рачунара П2

Револуција дигиталног складиштења: Будућност рачунара П3

Бледећи Муров закон да подстакне фундаментално преиспитивање микрочипова: Будућност рачунара П4

Рачунарство у облаку постаје децентрализовано: будућност рачунара П5

Зашто се земље такмиче у изградњи највећих суперкомпјутера? Будућност рачунара П6