คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะเปลี่ยนโลกอย่างไร: อนาคตของคอมพิวเตอร์ P7

มีโฆษณาจำนวนมากที่ลอยอยู่รอบ ๆ อุตสาหกรรมคอมพิวเตอร์ทั่วไป โดยเน้นที่เทคโนโลยีเฉพาะอย่างใดอย่างหนึ่งที่มีศักยภาพในการเปลี่ยนแปลงทุกอย่าง: คอมพิวเตอร์ควอนตัม ในฐานะที่เป็นชื่อเดียวกับบริษัทของเรา เราจะยอมรับความลำเอียงในความทะเยอทะยานของเราเกี่ยวกับเทคโนโลยีนี้ และในบทสุดท้ายของซีรีส์ Future of Computers เราหวังว่าจะแบ่งปันกับคุณว่าทำไมถึงเป็นเช่นนั้น

ในระดับพื้นฐาน คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีโอกาสที่จะจัดการข้อมูลด้วยวิธีที่แตกต่างกันโดยพื้นฐาน ในความเป็นจริง เมื่อเทคโนโลยีนี้เติบโตเต็มที่ คอมพิวเตอร์เหล่านี้จะไม่เพียงแต่แก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์ได้เร็วกว่าคอมพิวเตอร์ใดๆ ที่มีอยู่ในปัจจุบัน แต่ยังรวมถึงคอมพิวเตอร์ทุกเครื่องที่คาดการณ์ว่าจะมีอยู่ในอีกไม่กี่ทศวรรษข้างหน้าด้วย (สมมติว่ากฎของมัวร์เป็นความจริง) มีผลคล้ายกับการสนทนาของเราเกี่ยวกับ ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ในบทสุดท้ายของเราคอมพิวเตอร์ควอนตัมในอนาคตจะช่วยให้มนุษยชาติสามารถจัดการกับคำถามที่มีขนาดใหญ่กว่าที่เคย ซึ่งจะช่วยให้เราเข้าใจโลกรอบตัวเราอย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้น

คอมพิวเตอร์ควอนตัมคืออะไร?

นอกเสียจากว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมแตกต่างจากคอมพิวเตอร์มาตรฐานอย่างไร และพวกเขาทำงานอย่างไร?

สำหรับผู้เรียนด้วยภาพ เราแนะนำให้ดูวิดีโอสั้นๆ สนุกๆ จากทีม YouTube ของ Kurzgesagt เกี่ยวกับหัวข้อนี้:

ในขณะเดียวกัน สำหรับผู้อ่านของเรา เราจะพยายามอธิบายคอมพิวเตอร์ควอนตัมให้ดีที่สุดโดยไม่จำเป็นต้องใช้ปริญญาฟิสิกส์

สำหรับผู้เริ่มต้น เราต้องจำไว้เสมอว่าหน่วยพื้นฐานของการประมวลผลข้อมูลคอมพิวเตอร์นั้นค่อนข้างน้อย บิตเหล่านี้สามารถมีค่าใดค่าหนึ่งจากสองค่า: 1 หรือ 0 เปิดหรือปิด ใช่หรือไม่ใช่ หากคุณรวมบิตเหล่านี้เข้าด้วยกันมากพอ คุณจะสามารถแสดงตัวเลขขนาดใดก็ได้ และทำการคำนวณทุกรูปแบบตามลำดับ ยิ่งชิปคอมพิวเตอร์ใหญ่หรือทรงพลังมากเท่าไหร่ ตัวเลขที่คุณสามารถสร้างและคำนวณได้ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และคุณสามารถย้ายจากการคำนวณหนึ่งไปยังอีกการคำนวณหนึ่งได้เร็วยิ่งขึ้น

คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีความแตกต่างกันในสองวิธีที่สำคัญ

ประการแรกคือข้อได้เปรียบของ "การซ้อนทับ" ในขณะที่คอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมทำงานกับบิต คอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงานด้วย qubits qubits เอฟเฟกต์ superposition เปิดใช้งานคือแทนที่จะถูกจำกัดให้เป็นหนึ่งในสองค่าที่เป็นไปได้ (1 หรือ 0) qubit สามารถมีอยู่เป็นส่วนผสมของทั้งสองอย่าง คุณลักษณะนี้ช่วยให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ (เร็วกว่า) มากกว่าคอมพิวเตอร์ทั่วไป

ประการที่สอง คือข้อดีของ "การพัวพัน" ปรากฏการณ์นี้เป็นพฤติกรรมของควอนตัมฟิสิกส์ที่ผูกมัดชะตากรรมของอนุภาคต่างๆ ในปริมาณมาก ดังนั้นสิ่งที่เกิดขึ้นกับสิ่งหนึ่งจะส่งผลต่ออีกส่วนหนึ่ง เมื่อนำไปใช้กับคอมพิวเตอร์ควอนตัม หมายความว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถจัดการ qubits ทั้งหมดได้พร้อมกัน กล่าวคือ แทนที่จะทำชุดการคำนวณทีละชุด คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถทำทั้งหมดได้พร้อมกัน

การแข่งขันเพื่อสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมเครื่องแรก

หัวข้อนี้ค่อนข้างเป็นการเรียกชื่อผิด บริษัทชั้นนำอย่าง Microsoft, IBM และ Google ได้สร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมทดลองเครื่องแรกแล้ว แต่เครื่องต้นแบบในยุคแรกๆ เหล่านี้มีคุณสมบัติน้อยกว่าสองโหล qubits ต่อชิป และในขณะที่ความพยายามในช่วงแรกๆ เหล่านี้เป็นก้าวแรกที่ยอดเยี่ยม บริษัทเทคโนโลยีและฝ่ายวิจัยของรัฐบาลจะต้องสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีอย่างน้อย 49 ถึง 50 คิวบิต เพื่อให้โฆษณาเป็นไปตามศักยภาพในโลกแห่งความเป็นจริงตามทฤษฎี

ด้วยเหตุนี้ จึงมีการทดลองหลายวิธีเพื่อให้บรรลุเป้าหมาย 50 qubit นี้ แต่มี XNUMX วิธีที่เหนือกว่าคู่แข่งทั้งหมด

ในค่ายแห่งหนึ่ง Google และ IBM ตั้งเป้าที่จะพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมโดยแสดง qubits เป็นกระแสที่ไหลผ่านสายไฟตัวนำยิ่งยวดที่เย็นลงถึง –273.15 องศาเซลเซียสหรือศูนย์สัมบูรณ์ การมีหรือไม่มีกระแสไฟฟ้าหมายถึง 1 หรือ 0 ประโยชน์ของวิธีนี้คือสายไฟหรือวงจรตัวนำยิ่งยวดเหล่านี้สามารถสร้างขึ้นจากซิลิกอน บริษัท เซมิคอนดักเตอร์วัสดุมีประสบการณ์หลายสิบปีในการทำงานด้วย

วิธีที่สองที่นำโดย Microsoft เกี่ยวข้องกับไอออนที่ติดอยู่ในห้องสุญญากาศและควบคุมด้วยเลเซอร์ ค่าการสั่นทำหน้าที่เป็น qubits ซึ่งใช้ในการประมวลผลการทำงานของคอมพิวเตอร์ควอนตัม

เราจะใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมอย่างไร

โอเค เลิกใช้ทฤษฎีแล้ว มาเน้นที่การใช้งานจริงในโลกแห่งความเป็นจริง คอมพิวเตอร์ควอนตัมเหล่านี้จะมีต่อโลก และวิธีที่บริษัทและผู้คนมีส่วนร่วมกับมัน

ปัญหาด้านลอจิสติกส์และการเพิ่มประสิทธิภาพ การใช้งานคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ได้ผลและรวดเร็วที่สุดคือการเพิ่มประสิทธิภาพ สำหรับแอพแชร์รถ เช่น Uber เส้นทางใดเร็วที่สุดในการรับและส่งลูกค้าให้ได้มากที่สุด สำหรับยักษ์ใหญ่ด้านอีคอมเมิร์ซอย่าง Amazon วิธีใดที่คุ้มค่าที่สุดในการจัดส่งพัสดุภัณฑ์นับพันล้านชิ้นในช่วงที่การซื้อของขวัญวันหยุดเร่งรีบคืออะไร

คำถามง่ายๆ เหล่านี้เกี่ยวข้องกับการย่อยตัวเลขหลายร้อยถึงหลายพันตัวแปรในคราวเดียว ซึ่งเป็นความสำเร็จที่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์สมัยใหม่ไม่สามารถรับมือได้ ดังนั้นแทนที่จะคำนวณตัวแปรเหล่านั้นเพียงเล็กน้อยเพื่อช่วยให้บริษัทเหล่านี้จัดการความต้องการด้านลอจิสติกส์ด้วยวิธีที่เหมาะสมน้อยกว่า แต่ด้วยคอมพิวเตอร์ควอนตัม มันจะตัดผ่านภูเขาของตัวแปรโดยไม่ทำให้เสียเหงื่อ

สภาพอากาศและสภาพอากาศ การสร้างแบบจำลอง ในทำนองเดียวกันกับประเด็นข้างต้น สาเหตุที่บางครั้งช่องอากาศผิดพลาดก็เพราะมีตัวแปรด้านสิ่งแวดล้อมมากเกินไปสำหรับซูเปอร์คอมพิวเตอร์ในการประมวลผล (และบางครั้งก็มีการรวบรวมข้อมูลสภาพอากาศไม่ดี) แต่ด้วยคอมพิวเตอร์ควอนตัม นักวิทยาศาสตร์ด้านสภาพอากาศไม่เพียงแต่สามารถคาดการณ์รูปแบบสภาพอากาศในระยะสั้นได้อย่างสมบูรณ์แบบเท่านั้น แต่ยังสามารถสร้างการประเมินสภาพอากาศในระยะยาวที่แม่นยำยิ่งขึ้นเพื่อคาดการณ์ผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

ยาเฉพาะบุคคล. การถอดรหัส DNA และไมโครไบโอมเฉพาะของคุณเป็นสิ่งสำคัญสำหรับแพทย์ในอนาคตในการสั่งจ่ายยาที่ปรับให้เข้ากับร่างกายของคุณได้อย่างสมบูรณ์แบบ ในขณะที่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมมีความก้าวหน้าในการถอดรหัส DNA อย่างคุ้มค่า แต่ไมโครไบโอมนั้นอยู่ไกลเกินเอื้อม—แต่ไม่เป็นเช่นนั้นสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมในอนาคต

คอมพิวเตอร์ควอนตัมยังช่วยให้ Big Pharma สามารถคาดการณ์ได้ดียิ่งขึ้นว่าโมเลกุลต่างๆ ทำปฏิกิริยากับยาอย่างไร ซึ่งจะช่วยเร่งการพัฒนายาและลดราคาได้อย่างมีนัยสำคัญ

การสำรวจอวกาศ. กล้องโทรทรรศน์อวกาศในปัจจุบัน (และวันพรุ่งนี้) รวบรวมข้อมูลภาพโหราศาสตร์จำนวนมหาศาลในแต่ละวันที่ติดตามการเคลื่อนไหวของกาแล็กซี ดวงดาว ดาวเคราะห์ และดาวเคราะห์น้อยหลายล้านล้านดวง น่าเศร้าที่ข้อมูลนี้เป็นข้อมูลที่มากเกินไปสำหรับซูเปอร์คอมพิวเตอร์ในปัจจุบันที่จะกลั่นกรองเพื่อค้นพบที่มีความหมายเป็นประจำ แต่ด้วยคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่เติบโตเต็มที่ร่วมกับการเรียนรู้ด้วยเครื่อง ข้อมูลทั้งหมดนี้สามารถประมวลผลได้อย่างมีประสิทธิภาพในที่สุด โดยเปิดประตูสู่การค้นพบดาวเคราะห์ใหม่หลายร้อยถึงหลายพันดวงทุกวันภายในช่วงต้นทศวรรษ 2030

วิทยาศาสตร์พื้นฐาน. คล้ายกับประเด็นข้างต้น พลังการประมวลผลดิบที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมเหล่านี้เปิดใช้งานจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรสามารถคิดค้นสารเคมีและวัสดุใหม่ ๆ รวมถึงเครื่องยนต์ที่ทำงานได้ดีขึ้นและแน่นอนว่าของเล่นคริสต์มาสที่เย็นกว่า

การเรียนรู้เครื่อง . การใช้คอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิม อัลกอริธึมการเรียนรู้ด้วยเครื่องจำเป็นต้องมีตัวอย่างที่รวบรวมและติดป้ายกำกับไว้จำนวนมาก (ข้อมูลขนาดใหญ่) เพื่อเรียนรู้ทักษะใหม่ เมื่อใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัม ซอฟต์แวร์แมชชีนเลิร์นนิงสามารถเริ่มเรียนรู้เหมือนมนุษย์มากขึ้น โดยที่พวกเขาสามารถเรียนรู้ทักษะใหม่ๆ โดยใช้ข้อมูลน้อยลง ข้อมูลที่ยุ่งเหยิง และมักมีคำแนะนำเพียงเล็กน้อย

แอปพลิเคชันนี้ยังเป็นหัวข้อที่น่าตื่นเต้นในหมู่นักวิจัยในสาขาปัญญาประดิษฐ์ (AI) เนื่องจากความสามารถในการเรียนรู้ตามธรรมชาติที่ได้รับการปรับปรุงนี้สามารถเร่งความก้าวหน้าในการวิจัย AI ได้หลายทศวรรษ เพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ในชุดอนาคตของปัญญาประดิษฐ์ของเรา

การเข้ารหัสลับ. น่าเศร้าที่นี่คือแอปพลิเคชั่นที่มีนักวิจัยและหน่วยข่าวกรองส่วนใหญ่กังวล บริการเข้ารหัสทั้งหมดในปัจจุบันขึ้นอยู่กับการสร้างรหัสผ่านที่ต้องใช้เวลาหลายพันปีในการถอดรหัสซูเปอร์คอมพิวเตอร์ คอมพิวเตอร์ควอนตัมในทางทฤษฎีสามารถฉีกผ่านคีย์การเข้ารหัสเหล่านี้ได้ภายในเวลาไม่ถึงชั่วโมง

การธนาคาร การสื่อสาร บริการด้านความมั่นคงแห่งชาติ อินเทอร์เน็ตขึ้นอยู่กับการเข้ารหัสที่เชื่อถือได้ในการทำงาน (อ้อ และลืมเรื่อง bitcoin ด้วย เนื่องจากมันขึ้นอยู่กับการเข้ารหัสเป็นหลัก) หากคอมพิวเตอร์ควอนตัมเหล่านี้ทำงานตามที่โฆษณาไว้ อุตสาหกรรมเหล่านี้ทั้งหมดจะตกอยู่ในความเสี่ยง ที่เลวร้ายที่สุดจะเป็นอันตรายต่อเศรษฐกิจโลกทั้งหมด จนกว่าเราจะสร้างการเข้ารหัสควอนตัมเพื่อรักษา ก้าว.

การแปลภาษาแบบเรียลไทม์. เพื่อจบบทนี้และซีรีส์นี้โดยปราศจากความเครียด คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะเปิดใช้งานการแปลภาษาแบบเรียลไทม์ที่เกือบสมบูรณ์แบบระหว่างสองภาษาใดๆ ไม่ว่าจะผ่านการแชท Skype หรือผ่านการใช้อุปกรณ์เสียงที่สวมใส่ได้หรืออุปกรณ์ฝังในหูของคุณ .

ในอีก 20 ปี ภาษาจะไม่เป็นอุปสรรคต่อการปฏิสัมพันธ์ทางธุรกิจและในชีวิตประจำวันอีกต่อไป ตัวอย่างเช่น บุคคลที่พูดภาษาอังกฤษเท่านั้นสามารถเข้าสู่ความสัมพันธ์ทางธุรกิจกับคู่ค้าในต่างประเทศได้อย่างมั่นใจมากขึ้น ซึ่งแบรนด์ภาษาอังกฤษอาจไม่สามารถเจาะเข้าไปได้ และเมื่อไปเยือนต่างประเทศดังกล่าว บุคคลนี้อาจตกหลุมรักใครบางคนที่ เกิดขึ้นเพื่อพูดภาษาจีนกวางตุ้งเท่านั้น

อนาคตของคอมพิวเตอร์ซีรีส์

อินเทอร์เฟซผู้ใช้ที่เกิดขึ้นใหม่เพื่อกำหนดมนุษยชาติใหม่: อนาคตของคอมพิวเตอร์ P1

อนาคตของการพัฒนาซอฟต์แวร์: อนาคตของคอมพิวเตอร์ P2

การปฏิวัติการจัดเก็บข้อมูลดิจิทัล: อนาคตของคอมพิวเตอร์ P3

กฎของมัวร์ที่กำลังจางหายไปเพื่อจุดประกายการทบทวนพื้นฐานของไมโครชิป: อนาคตของคอมพิวเตอร์ P4

คลาวด์คอมพิวติ้งกลายเป็นการกระจายอำนาจ: อนาคตของคอมพิวเตอร์ P5

เหตุใดประเทศต่างๆ จึงแข่งขันกันเพื่อสร้างซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ใหญ่ที่สุด อนาคตของคอมพิวเตอร์ P6