Kuantumrun

GÖRÜNTÜ KREDİSİ: Kuantumrun

Kuantum bilgisayarlar dünyayı nasıl değiştirecek: Bilgisayarların Geleceği P7

David Tal, Yayıncı, Fütürist
@DavidTalWrites
LinkedIn

Pzt, 09/14/2020 - 05:14

Genel bilgisayar endüstrisinin etrafında dolaşan ve her şeyi değiştirme potansiyeline sahip belirli bir teknolojinin etrafında dönen çok fazla yutturmaca var: kuantum bilgisayarlar. Şirketimizin adaşı olarak, bu teknoloji konusundaki yükseliş eğilimimizde bir önyargı olduğunu kabul edeceğiz ve Bilgisayarların Geleceği serimizin bu son bölümü boyunca, bunun nedenini sizinle paylaşmayı umuyoruz.

Temel düzeyde, bir kuantum bilgisayar, bilgiyi temelde farklı bir şekilde manipüle etme fırsatı sunar. Aslında, bu teknoloji bir kez olgunlaştığında, bu bilgisayarlar yalnızca matematik problemlerini şu anda var olan herhangi bir bilgisayardan daha hızlı çözmekle kalmayacak, aynı zamanda önümüzdeki birkaç on yıl içinde var olacağı tahmin edilen herhangi bir bilgisayardan da daha hızlı çözecektir (Moore yasasının geçerli olduğu varsayılırsa). Aslında, etrafımızdaki tartışmamıza benzer son bölümümüzde süper bilgisayarlar, geleceğin kuantum bilgisayarları, insanlığın çevremizdeki dünya hakkında derinlemesine daha derin bir anlayış kazanmamıza yardımcı olabilecek daha büyük soruları ele almasını sağlayacaktır.

Kuantum bilgisayarlar nelerdir?

Heyecan bir yana, kuantum bilgisayarlar standart bilgisayarlardan nasıl farklıdır? Ve nasıl çalışırlar?

Görsel öğrenenler için Kurzgesagt YouTube ekibinin bu konuyla ilgili bu eğlenceli, kısa videosunu izlemenizi öneririz:

Bu arada okuyucularımız için fizik diplomasına gerek duymadan kuantum bilgisayarları açıklamak için elimizden geleni yapacağız.

Yeni başlayanlar için, bilgi bilgisayar işlemlerinin temel biriminin biraz olduğunu hatırlamamız gerekiyor. Bu bitler iki değerden birine sahip olabilir: 1 veya 0, açık veya kapalı, evet veya hayır. Bu bitlerden yeteri kadarını bir araya getirirseniz, herhangi bir boyuttaki sayıları temsil edebilir ve birbiri ardına her türlü hesaplamayı yapabilirsiniz. Bilgisayar çipi ne kadar büyük veya güçlü olursa, oluşturabileceğiniz ve hesaplamaları uygulayabileceğiniz sayılar o kadar büyük olur ve bir hesaplamadan diğerine o kadar hızlı geçebilirsiniz.

Kuantum bilgisayarlar iki önemli yönden farklıdır.

Birincisi, “süperpozisyon”un avantajıdır. Geleneksel bilgisayarlar bitlerle çalışırken, kuantum bilgisayarlar kübitlerle çalışır. Kübitlerin sağladığı süperpozisyon etkisi, iki olası değerden (1 veya 0) biriyle sınırlandırılmak yerine, bir kübitin her ikisinin karışımı olarak var olabilmesidir. Bu özellik, kuantum bilgisayarların geleneksel bilgisayarlardan daha verimli (daha hızlı) çalışmasına olanak tanır.

İkincisi, “dolanıklığın” avantajıdır. Bu fenomen, bir miktar farklı parçacığın kaderini birbirine bağlayan benzersiz bir kuantum fiziği davranışıdır, böylece birine olan şey diğerlerini de etkiler. Kuantum bilgisayarlara uygulandığında, bu, tüm kübitlerini aynı anda manipüle edebilecekleri anlamına gelir - başka bir deyişle, bir dizi hesaplamayı arka arkaya yapmak yerine, bir kuantum bilgisayarı hepsini aynı anda yapabilir.

İlk kuantum bilgisayarı inşa etme yarışı

Bu başlık biraz yanlış bir isim. Microsoft, IBM ve Google gibi önde gelen şirketler zaten ilk deneysel kuantum bilgisayarları yarattılar, ancak bu ilk prototipler çip başına iki düzineden daha az kübit içeriyor. Ve bu erken çabalar harika bir ilk adım olsa da, teknoloji şirketleri ve devlet araştırma departmanlarının, hype'ın teorik gerçek dünya potansiyelini karşılaması için en az 49 ila 50 kübit içeren bir kuantum bilgisayar inşa etmesi gerekecek.

Bu amaçla, bu 50 kübitlik dönüm noktasına ulaşmak için denenmekte olan bir dizi yaklaşım var, ancak ikisi her şeyin üstünde duruyor.

Bir kampta, Google ve IBM, kübitleri –273.15 santigrat dereceye veya mutlak sıfıra soğutulmuş süper iletken tellerden akan akımlar olarak temsil ederek bir kuantum bilgisayar geliştirmeyi amaçlıyor. Akımın varlığı veya yokluğu 1 veya 0 anlamına gelir. Bu yaklaşımın yararı, bu süper iletken tellerin veya devrelerin silikondan inşa edilebilmesidir, bir malzeme yarı iletken şirketleri onlarca yıllık çalışma deneyimine sahiptir.

Microsoft tarafından yönetilen ikinci yaklaşım, bir vakum odasında tutulan ve lazerler tarafından manipüle edilen hapsolmuş iyonları içerir. Salınımlı yükler, daha sonra kuantum bilgisayarın işlemlerini işlemek için kullanılan kübitler olarak işlev görür.

Kuantum bilgisayarları nasıl kullanacağız?

Pekala, teoriyi bir kenara bırakarak, bu kuantum bilgisayarların dünya üzerinde sahip olacağı gerçek dünya uygulamalarına ve şirketlerin ve insanların bununla nasıl etkileşime girdiğine odaklanalım.

Lojistik ve optimizasyon problemleri. Kuantum bilgisayarların en hızlı ve karlı kullanımları arasında optimizasyon olacaktır. Uber gibi araç paylaşım uygulamaları için, mümkün olduğu kadar çok müşteriyi alıp bırakmanın en hızlı yolu nedir? Amazon gibi e-ticaret devleri için, tatil hediyesi satın alma telaşı sırasında milyarlarca paketi teslim etmenin en uygun maliyetli yolu nedir?

Bu basit sorular, aynı anda yüzlerce ila binlerce değişkeni çarpıştırmayı içerir; bu, modern süper bilgisayarların üstesinden gelemeyeceği bir başarıdır; bunun yerine, bu şirketlerin lojistik ihtiyaçlarını optimal olmayan bir şekilde yönetmelerine yardımcı olmak için bu değişkenlerin küçük bir yüzdesini hesaplarlar. Ancak bir kuantum bilgisayarla, bir değişkenler dağını hiç ter dökmeden kesecek.

Hava ve iklim modelleme. Yukarıdaki noktaya benzer şekilde, hava durumu kanalının bazen yanlış anlamasının nedeni, süper bilgisayarlarının işlemesi için çok fazla çevresel değişkenin bulunmasıdır (bu ve bazen kötü hava durumu verilerinin toplanması). Ancak bir kuantum bilgisayarla, hava bilimciler yalnızca yakın vadeli hava modellerini mükemmel bir şekilde tahmin etmekle kalmaz, aynı zamanda iklim değişikliğinin etkilerini tahmin etmek için daha doğru uzun vadeli iklim değerlendirmeleri oluşturabilirler.

Kişiselleştirilmiş tıp. DNA'nızın ve benzersiz mikrobiyomunuzun kodunun çözülmesi, geleceğin doktorlarının vücudunuza mükemmel şekilde uyarlanmış ilaçları reçete etmesi için çok önemlidir. Geleneksel süper bilgisayarlar, DNA'yı uygun maliyetli bir şekilde deşifre etmede büyük ilerlemeler kaydetmiş olsa da, mikrobiyom onların erişiminin çok ötesindedir - ancak gelecekteki kuantum bilgisayarları için öyle değildir.

Kuantum bilgisayarları ayrıca Big Pharma'nın farklı moleküllerin ilaçlarıyla nasıl reaksiyona girdiğini daha iyi tahmin etmesine izin verecek, böylece farmasötik geliştirmeyi önemli ölçüde hızlandıracak ve fiyatları düşürecek.

Uzay araştırması. Bugünün (ve yarının) uzay teleskopları, her gün trilyonlarca galaksinin, yıldızın, gezegenin ve asteroitin hareketlerini izleyen muazzam miktarda astrolojik görüntü verisi toplar. Ne yazık ki bu, günümüzün süper bilgisayarlarının düzenli olarak anlamlı keşifler yapmak için elenmesi için çok fazla veri. Ancak, makine öğrenimi ile birleştirilmiş olgun bir kuantum bilgisayarla, tüm bu veriler sonunda verimli bir şekilde işlenebilir ve 2030'ların başlarında her gün yüzlerce ila binlerce yeni gezegenin keşfine kapı açabilir.

temel bilimler. Yukarıdaki noktalara benzer şekilde, bu kuantum bilgisayarların sağladığı ham bilgi işlem gücü, bilim adamlarının ve mühendislerin yeni kimyasallar ve materyallerin yanı sıra daha iyi çalışan motorlar ve tabii ki daha havalı Noel oyuncakları tasarlamasına olanak sağlayacaktır.

Makine öğrenme. Geleneksel bilgisayarları kullanan makine öğrenimi algoritmaları, yeni beceriler öğrenmek için devasa miktarda küratörlü ve etiketli örneğe (büyük veri) ihtiyaç duyar. Kuantum hesaplama ile, makine öğrenimi yazılımı, insanlar gibi daha fazla öğrenmeye başlayabilir, bu sayede daha az veri, daha karmaşık veriler kullanarak ve genellikle birkaç talimatla yeni beceriler edinebilirler.

Bu uygulama aynı zamanda yapay zeka (AI) alanındaki araştırmacılar arasında bir heyecan konusudur, çünkü bu gelişmiş doğal öğrenme kapasitesi, AI araştırmalarındaki ilerlemeyi onlarca yıl hızlandırabilir. Bununla ilgili daha fazla bilgi Yapay Zekanın Geleceği serimizde.

Şifreleme. Ne yazık ki çoğu araştırmacıyı ve istihbarat teşkilatını tedirgin eden uygulama bu. Mevcut tüm şifreleme hizmetleri, modern bir süper bilgisayarın kırılması binlerce yıl alacak şifreler oluşturmaya dayanır; kuantum bilgisayarlar teorik olarak bu şifreleme anahtarlarını bir saatten daha kısa bir sürede kırabilir.

Bankacılık, iletişim, ulusal güvenlik hizmetleri, internetin kendisinin çalışması güvenilir şifrelemeye bağlıdır. (Oh, ve şifrelemeye olan temel bağımlılığı göz önüne alındığında, bitcoin'i de unutun.) Bu kuantum bilgisayarlar reklamı yapıldığı gibi çalışırsa, tüm bu endüstriler risk altında olacak, en kötü ihtimalle biz tutmak için kuantum şifreleme inşa edene kadar tüm dünya ekonomisini tehlikeye atacak. adımlamak.

Gerçek zamanlı dil çevirisi. Bu bölümü ve bu seriyi daha az stresli bir notla bitirmek için, kuantum bilgisayarlar, Skype sohbeti üzerinden veya bir sesli giyilebilir cihaz veya kulağınıza implant aracılığıyla herhangi iki dil arasında neredeyse mükemmele yakın, gerçek zamanlı dil çevirisini mümkün kılacaktır. .

20 yıl içinde dil artık iş ve günlük etkileşimler için bir engel olmayacak. Örneğin, yalnızca İngilizce bilen bir kişi, İngiliz markalarının başka türlü giremeyeceği yabancı ülkelerdeki ortaklarla daha güvenle iş ilişkilerine girebilir ve söz konusu yabancı ülkeleri ziyaret ederken, bu kişi belirli bir kişiye aşık bile olabilir. sadece Kantonca konuşur.