Tuleva kvanttitietokonevallankumous

Kuvittele tietokone, joka toimii melkein yhtä nopeasti kuin ihmiskeho ja tallentaa kaikki tiedot, kuten ihmisetkin, DNA-säikeille. Tämä ei ole tieteiskirjallisuutta - se on hyvin tieteellistä tosiasiaa - kuten tiedemiehet osoittivat äskettäin, kuinka tiedot voidaan tallentaa DNA: han. Pelkästään viimeisten kahden vuoden aikana kvanttitietokoneenkäsittelypiirit tekivät suuria edistysaskeleita teknologiamaailmassa suurempien ja parempien prosessorien avulla ja kokeellisessa käytössä.

Kvanttimekaniikka tarjoaa taustalla olevat lait ja perustan kvanttitietokoneiden rakentamiselle. Tämä on tieteenala, joka kuvaa kuinka subatomiset hiukkaset käyttäytyvät ja ovat vuorovaikutuksessa, ja se sisältää lakeja, kvanttifysiikan teoriat ja periaatteet, jotka kuvaavat, kuinka nämä mielessä hämmästyttävät vuorovaikutukset tapahtuvat laskenta.

Nämä teoriat ja lait sisältävät energian kvantisoinnin, kvanttina määritellyt energiapaketit; hiukkasten samanaikainen olemassaolo sekä aallona että hiukkasina, joita kutsutaan aaltopartikkelien kaksinaisuudeksi; Heisenbergin epävarmuusperiaate, jonka mukaan mittaus romahtaa subatomisen hiukkasen yhteen sen kahdesta mahdollisesta tilasta; ja fyysikko Niels Bohrin kehittämän kirjeenvaihtoperiaatteen, jonka mukaan uutta teoriaa on sovellettava myös Myös vanhan fysiikan tavanomaiset ilmiöt eivät vain kuvaa hiukkasten ja aaltojen käyttäytymistä atomitasolla uudessa teorioita.

Tavallisessa laskennassa tietokoneet suorittavat käsittelemällä tietobittiä digitaalisella tavalla kahdesta arvosta: nolla ja yksi, jotka edustavat joko päälle tai pois-tilaa. Vaikka tietokoneiden nopeudet ovat kasvaneet räjähdysmäisesti 80-luvun lopun ja 90-luvun alun henkilökohtaisten tietokoneiden alkuajoista lähtien, nämä ja jopa armeijan, tutkimuslaboratorioiden ja korkeakoulujen käyttämillä supertietokoneilla on edelleen rajoituksia siitä, kuinka nopeasti ne suorittavat monimutkaisen matemaattisen yhtälöt. Jotkut yhtälöt vievät vuosia jopa supertietokoneiden selvittämiseen, koska joidenkin matemaattisten yhtälöiden pituus on pitkä.

Ei niin kvanttitietokoneella, joka on rakennettu kvanttibittien ideaksi, joka tunnetaan nimellä qubit, koska nämä tiedot voivat olla useita 0 ja 1 tilassa samanaikaisesti. Mitä enemmän kvittejä tietokoneessa on, sitä enemmän potentiaalisia tiloja se sallii - ja sitä nopeammin datan laskenta voi tapahtua. Kvanttikiinnityksen takia, mitä Einstein kutsui "pelottavaksi toiminnaksi etäisyydellä", quitit voivat toimia suurilla etäisyyksillä niiden välillä ilman johtoja. Ja tämän vuoksi, mitä tapahtuu yhdelle hiukkaselle, tapahtuu toiselle samanaikaisesti.

Kvanttitietokoneet toimivat niin nopeasti, että ne voivat rikkoa kaiken nykyisen salaustavan, mukaan lukien pankkitapahtumat ja muut kyberturvallisuusmenetelmät. Haitallisten ihmisten käsissä kvanttitietokone tekisi paljon vahinkoa ja saattaisi tuoda maailman teknisille polvilleen.

Mutta oikeiden aikomusten omaavien ihmisten käsissä kvanttitietokoneet edistävät tekoälyominaisuuksia toisin kuin tähän mennessä nähty. Voit esimerkiksi ladata jaksollisen järjestelmän ja kvanttimekaniikan lait tietokoneelle tehokkaampien aurinkokennojen suunnittelua varten. Kvanttitietokoneet voivat johtaa hienosäädettyihin ja optimaalisiin valmistusprosesseihin, parantaa sähköautojen akkuja, laskea algoritmeja nopeammin liuottamiseksi moottoriteiden liikenneruuhkat, selvitä parhaat kuljetusmenetelmät ja matkareitit ja pohjimmiltaan tiedot valtavilla nopeuksilla ennennäkemättömillä jopa nopeimmin supertietokoneet.

Kvanttitietokoneet eivät vain tarjoa edistyneempää tekniikkaa; ne ovat perusta kokonaan uudelle laskentamuodolle, joka perustuu kvanttimekaniikan perustana oleviin laeihin. Kvanttitietokone vertaa tavalliseen tietokoneeseen, joka on varustettu klassisilla laskentamenetelmillä, tavallisen tietokoneen näyttävän kolmipyörältä supernopeaan kilpa-autoon verrattuna.

Qubit-prosessoreiden kehitys vuosien varrella sisältää:

• 1998 Oxfordin yliopisto Isossa-Britanniassa paljasti 2-bittisen prosessorinsa.
• 1998 IBM, UC Berkeley, Stanfordin yliopisto ja MIT kehittävät 2-bittisen prosessorin.
• 2000 Münchenin teknillinen yliopisto, Saksa, loi 5-bittisen prosessorin.
• 2000 Los Alamosin kansallinen laboratorio Yhdysvalloissa julkisti 7-bittisen prosessorin.
• 2006 Quantum Computing -instituutti, Teoreettisen fysiikan perimeter-instituutti ja MIT luovat 12-bittisen prosessorin.
• 2017 IBM jakaa uutiset 17-bittisestä prosessoristaan.
• 2017 IBM julkistaa 50 -bitisen prosessorin.
• 2018 Google jakaa uutisia 72 -bitibittisestä prosessoristaan.

Vaikka kvanttitietokoneet toimivat nopeasti, tällä hetkellä niillä ei ole tapaa tallentaa tietoja, koska nykyisten kvanttimekaniikan sääntöjen mukaan et voi tehdä kopiota, kopiota tai tallentaa tietoja kvanttijärjestelmään. Insinöörit ja tutkijat tutkivat useita tapoja tallentaa kvanttitietoja. jotkut jopa harkitsevat tietojen tallentamista DNA-säikeisiin.

Tutkijat kehittivät vuonna 2017 menetelmän, joka tallentaa noin 215 miljoonaa gigatavua tietoa yhteen DNA-grammaan. Tavanomaiset kiintolevyt tallentavat tietoja kahdessa ulottuvuudessa, kun taas DNA tarjoaa kolme ulottuvuutta ja suurempaa tallennustilaa. Jos tapa käyttää DNA: ta osoittautuu toimivaksi, pohjimmiltaan kaikki DNA: lle tallennetut maailman tiedot täyttävät yhden huoneen tai kahden tavallisen pick-upin takaosan.

Tutkijat ja suuret pelaajat ympäri maailmaa pyrkivät rakentamaan seuraavaksi suurimman prosessorin. IBM on asettanut kvanttilaskennan pilveensä, jolloin se on useimpien kokeiluihin ilmoittautuneiden käytettävissä.

Microsoft integroi kvanttilaskennan Visual Studio -alustaansa, mutta ei syyskuussa 2017 ilmoittanut suunnitelmistaan ​​perustaa suunnitelmansa Majorana Fermions -hiukkanen - hiukkanen, joka esiintyy omana antihiukkasena ja joka löydettiin vuonna 2012 - Microsoft pysyy suhteellisen hiljaa kvanttilaskennassaan suunnitelmia.

Google aikoo hallita kvanttitietokoneen kenttää ja toivoo saavuttavansa "kvantti-ylivallan" rakentamalla sirun, joka voi ylittää nykypäivän supertietokoneet kvanttilaskelmillaan.

Huolimatta kvanttilaskennassa saavutetuista edistysaskeleista, kvanttitietokoneet eivät pääse siitä pian yleisön käsiin. Toimivat kvanttitietokoneet löytävät tiensä ensin laboratorioihin, ajatushautomoihin ja tutkimuskeskuksiin auttamaan ratkaisemaan yhtälöitä, jotka vievät vuosia supertietokoneiden toimimiseen.

Vaikka monet tutkijat ennustavat kvanttitietokoneiden kaupallistamista seuraavien neljän tai viiden seuraavan aikana vuotta, voi kulua muutama vuosi sen jälkeen ja vielä enemmän, ennen kuin kvanttitietokoneista tulee normi julkinen.