Quantumrun

TASVIR KREDIT: Quantumrun

Kvant kompyuterlari dunyoni qanday o'zgartiradi: kompyuterlarning kelajagi P7

Devid Tal, nashriyotchi, futurist
@DavidTalWrites
LinkedIn

Dushanba, 09 - 14:2020

Umumiy kompyuter sanoati atrofida juda ko'p shov-shuvlar mavjud bo'lib, ular hamma narsani o'zgartirish imkoniyatiga ega bo'lgan aniq bir texnologiyaga qaratilgan: kvant kompyuterlari. Kompaniyamizning nomi bo'lganimiz sababli, biz ushbu texnologiya bo'yicha o'zimizdagi noxolislikni tan olamiz va "Kompyuterlar kelajagi" seriyamizning so'nggi bobida buning sababini siz bilan baham ko'rishga umid qilamiz.

Asosiy darajada, kvant kompyuteri ma'lumotni tubdan boshqacha tarzda manipulyatsiya qilish imkoniyatini beradi. Darhaqiqat, ushbu texnologiya yetuklashganidan so'ng, bu kompyuterlar nafaqat matematik muammolarni hozirda mavjud bo'lgan har qanday kompyuterga qaraganda tezroq hal qiladi, balki kelgusi bir necha o'n yilliklarda mavjud bo'lishi bashorat qilingan har qanday kompyuterni ham (Mur qonuni to'g'ri deb hisoblasa) hal qiladi. Aslida, bizning atrofimizdagi muhokamaga o'xshaydi Superkompyuterlar bizning oxirgi bobimizda, kelajakdagi kvant kompyuterlari insoniyatga atrofimizdagi dunyoni chuqurroq tushunishimizga yordam beradigan kattaroq savollarni hal qilishga imkon beradi.

Kvant kompyuterlari nima?

Xayolparastlikdan tashqari, kvant kompyuterlari standart kompyuterlardan qanday farq qiladi? Va ular qanday ishlaydi?

Vizual o'rganuvchilar uchun Kurzgesagt YouTube jamoasidan ushbu mavzu bo'yicha ushbu qiziqarli, qisqa videoni tomosha qilishni tavsiya etamiz:

Shu bilan birga, o'quvchilarimiz uchun biz fizika darajasiga muhtoj bo'lmasdan kvant kompyuterlarini tushuntirish uchun qo'limizdan kelganini qilamiz.

Yangi boshlanuvchilar uchun shuni esga olishimiz kerakki, axborot kompyuterlari jarayonining asosiy birligi biroz. Bu bitlar ikkita qiymatdan biriga ega bo'lishi mumkin: 1 yoki 0, yoqilgan yoki o'chirilgan, ha yoki yo'q. Agar siz ushbu bitlarni etarlicha birlashtirsangiz, istalgan o'lchamdagi raqamlarni ifodalashingiz va ular bo'yicha har qanday hisob-kitoblarni ketma-ket bajarishingiz mumkin. Kompyuter chipi qanchalik katta yoki kuchliroq bo'lsa, siz hisoblarni yaratishingiz va qo'llashingiz mumkin bo'lgan raqamlar shunchalik katta bo'ladi va siz bir hisobdan ikkinchisiga tezroq o'tasiz.

Kvant kompyuterlari ikkita muhim jihatdan farqlanadi.

Birinchidan, bu "superpozitsiya" ning afzalligi. An'anaviy kompyuterlar bitlar bilan ishlasa, kvant kompyuterlari kubitlar bilan ishlaydi. Qubitlarning superpozitsiya ta'siri shundan iboratki, ikkita mumkin bo'lgan qiymatlardan biriga (1 yoki 0) cheklanish o'rniga, kubit ikkalasining aralashmasi sifatida mavjud bo'lishi mumkin. Bu xususiyat kvant kompyuterlariga an'anaviy kompyuterlarga qaraganda samaraliroq (tezroq) ishlash imkonini beradi.

Ikkinchidan, "chalkashlik" ning afzalligi. Bu hodisa kvant fizikasining o'ziga xos xatti-harakati bo'lib, u turli zarrachalar miqdorining taqdirini bog'laydi, shuning uchun bittasi bilan sodir bo'lgan narsa boshqalarga ta'sir qiladi. Kvant kompyuterlariga qo'llanilganda, bu ularning barcha kubitlarini bir vaqtning o'zida boshqarishi mumkinligini anglatadi, boshqacha qilib aytganda, bir qator hisob-kitoblarni bajarish o'rniga, kvant kompyuteri bir vaqtning o'zida hammasini bajarishi mumkin.

Birinchi kvant kompyuterini yaratish uchun poyga

Bu sarlavha biroz noto'g'ri. Microsoft, IBM va Google kabi yetakchi kompaniyalar allaqachon birinchi eksperimental kvant kompyuterlarini yaratgan, biroq bu dastlabki prototiplar har bir chip uchun yigirma o‘nlab kubitdan kamroqni tashkil qiladi. Va bu dastlabki sa'y-harakatlar ajoyib birinchi qadam bo'lsa-da, texnologik kompaniyalar va hukumat tadqiqot bo'limlari shov-shuvning nazariy potentsialini qondirish uchun kamida 49 dan 50 kubitgacha bo'lgan kvant kompyuterini qurishlari kerak.

Shu maqsadda ushbu 50 kubitlik marraga erishish uchun bir qator yondashuvlar sinab ko'rilmoqda, ammo ikkitasi barcha xohlovchilardan ustun turadi.

Bir lagerda Google va IBM qubitlarni -273.15 daraja Selsiy yoki mutlaq nolga qadar sovutilgan o'ta o'tkazuvchan simlar orqali oqadigan oqim sifatida ifodalash orqali kvant kompyuterini ishlab chiqishni maqsad qilgan. Joriy oqimning mavjudligi yoki yo'qligi 1 yoki 0 ni bildiradi. Ushbu yondashuvning foydasi shundaki, bu o'ta o'tkazuvchi simlar yoki sxemalar kremniydan qurilishi mumkin, bir material yarimo'tkazgich kompaniyalari bilan ishlash o'n yillik tajribaga ega.

Microsoft boshchiligidagi ikkinchi yondashuv vakuum kamerasida ushlab turilgan va lazer yordamida boshqariladigan ionlarni o'z ichiga oladi. Tebranuvchi zaryadlar kubitlar sifatida ishlaydi, keyinchalik ular kvant kompyuterining operatsiyalarini qayta ishlash uchun ishlatiladi.

Kvant kompyuterlaridan qanday foydalanamiz

Xo'sh, nazariyani bir chetga surib, keling, ushbu kvant kompyuterlari dunyoda mavjud bo'lgan real dunyo ilovalariga va kompaniyalar va odamlar u bilan qanday aloqada bo'lishiga e'tibor qarataylik.

Logistika va optimallashtirish muammolari. Kvant kompyuterlari uchun eng tezkor va foydali foydalanishlardan biri optimallashtirish bo'ladi. Uber kabi sayohatlarni baham ko‘radigan ilovalar uchun iloji boricha ko‘proq mijozlarni olib ketish va tushirishning eng tez yo‘li qaysi? Amazon kabi e-tijorat gigantlari uchun bayram sovg‘alarini xarid qilish shoshqaloqligida milliardlab paketlarni yetkazib berishning eng tejamkor usuli qanday?

Bu oddiy savollar bir vaqtning o'zida yuzlab minglab o'zgaruvchilarning sonini o'z ichiga oladi, zamonaviy superkompyuterlar buni hal qila olmaydi; buning o'rniga, ular ushbu kompaniyalarga logistika ehtiyojlarini optimal darajadan kamroq boshqarishga yordam berish uchun ushbu o'zgaruvchilarning kichik foizini hisoblashadi. Ammo kvant kompyuteri bilan u ter to'kmasdan o'zgaruvchilar tog'ini kesib o'tadi.

Ob-havo va iqlim modellashtirish. Yuqoridagi fikrga o'xshab, ob-havo kanali ba'zan noto'g'ri ishlashining sababi, ularning superkompyuterlari qayta ishlash uchun juda ko'p atrof-muhit o'zgaruvchilari (bu va ba'zida ob-havo ma'lumotlarini to'plashning yomonligi) bilan bog'liq. Ammo kvant kompyuteri yordamida ob-havo olimlari nafaqat yaqin muddatli ob-havo sharoitlarini mukammal prognoz qilishlari mumkin, balki ular iqlim o'zgarishi oqibatlarini bashorat qilish uchun yanada aniqroq uzoq muddatli iqlim baholashlarini yaratishlari mumkin.

Shaxsiylashtirilgan dori. Sizning DNK va noyob mikrobiomangizni dekodlash bo'lajak shifokorlar uchun tanangizga juda moslashtirilgan dori-darmonlarni buyurishi uchun juda muhimdir. An'anaviy superkompyuterlar DNKni tejamkorlik bilan dekodlashda muvaffaqiyatga erishgan bo'lsa-da, mikrobioma ularning imkoni yo'q, ammo kelajakdagi kvant kompyuterlari uchun bunday emas.

Kvant kompyuterlari, shuningdek, Big Pharmaga turli molekulalarning o'z dorilariga qanday munosabatda bo'lishini yaxshiroq bashorat qilish imkonini beradi va shu bilan farmatsevtika rivojlanishini sezilarli darajada tezlashtiradi va narxlarni pasaytiradi.

Kosmik tadqiqotlar. Bugungi (va ertangi kun) kosmik teleskoplari har kuni trillionlab galaktikalar, yulduzlar, sayyoralar va asteroidlarning harakatini kuzatuvchi juda ko'p astrolojik tasvir ma'lumotlarini to'playdi. Afsuski, bu bugungi superkompyuterlar uchun muntazam ravishda mazmunli kashfiyotlar qilish uchun elakdan o'tkazish uchun juda ko'p ma'lumot. Ammo yetuk kvant kompyuteri mashinani o'rganish bilan birlashtirilganda, bu ma'lumotlarning barchasi samarali tarzda qayta ishlanishi va 2030-yillarning boshlarida har kuni yuzlab minglab yangi sayyoralarni ochish uchun eshikni ochishi mumkin.

Fundamental fanlar. Yuqoridagi fikrlarga o'xshab, ushbu kvant kompyuterlarining xom hisoblash quvvati olimlar va muhandislarga yangi kimyoviy moddalar va materiallarni, shuningdek, yaxshi ishlaydigan dvigatellarni va, albatta, sovuqroq Rojdestvo o'yinchoqlarini yaratishga imkon beradi.

mashina ta'lim. An'anaviy kompyuterlardan foydalangan holda, mashinani o'rganish algoritmlari yangi ko'nikmalarni o'rganish uchun juda ko'p miqdordagi tanlangan va etiketli misollar (katta ma'lumotlar) talab qiladi. Kvant hisoblashlari yordamida mashinani o'rganish dasturi odamlarga o'xshab ko'proq o'rganishni boshlashi mumkin, buning natijasida ular kamroq ma'lumotlardan, murakkabroq ma'lumotlardan, ko'pincha bir nechta ko'rsatmalardan foydalangan holda yangi ko'nikmalarga ega bo'lishlari mumkin.

Ushbu ilova, shuningdek, sun'iy intellekt (AI) sohasidagi tadqiqotchilarni hayajonga soladigan mavzudir, chunki bu yaxshilangan tabiiy o'rganish qobiliyati AI tadqiqotlaridagi taraqqiyotni o'nlab yillar davomida tezlashtirishi mumkin. Bu haqda ko'proq bizning "Sun'iy intellekt kelajagi" turkumida.

shifrlash. Afsuski, bu ko'pchilik tadqiqotchilar va razvedka agentliklarini asabiylashtirgan dastur. Barcha joriy shifrlash xizmatlari zamonaviy superkompyuterni buzish uchun minglab yillar davom etadigan parollarni yaratishga bog'liq; kvant kompyuterlari nazariy jihatdan bu shifrlash kalitlarini bir soatdan kamroq vaqt ichida yirtib tashlashi mumkin edi.

Bank, aloqa, milliy xavfsizlik xizmatlari, internetning o'zi ishlashi ishonchli shifrlashga bog'liq. (Oh, bitkoin haqida ham unuting, chunki uning asosiy shifrlashga bog'liqligi hisobga olinsa.) Agar bu kvant kompyuterlari reklama qilinganidek ishlasa, ushbu sohalarning barchasi xavf ostida qoladi va biz kvant shifrlashni yaratmagunimizcha butun dunyo iqtisodiyotiga xavf tug'diradi. sur'at.

Haqiqiy vaqtda til tarjimasi. Ushbu bobni va ushbu seriyani kamroq stressli eslatma bilan yakunlash uchun kvant kompyuterlari Skype chati orqali yoki quloqqa taqiladigan audio yoki implant yordamida har qanday ikki til o'rtasida deyarli mukammal, real vaqtda til tarjimasini ham ta'minlaydi. .

20 yil ichida til biznes va kundalik muloqotlar uchun to'siq bo'lmaydi. Masalan, faqat ingliz tilini biladigan odam ingliz brendlari boshqa yo'l bilan kirib bora olmagan xorijiy mamlakatlardagi hamkorlari bilan ishonchliroq biznes aloqalarini o'rnatishi mumkin va ko'rsatilgan xorijiy mamlakatlarga tashrif buyurganida, bu kishi hatto ma'lum bir odamni sevib qolishi mumkin. faqat kanton tilida gaplashadi.