来たるべき量子コンピューター革命

人体とほぼ同じ速度で動作し、人間のようにすべてのデータをDNA鎖に保存するコンピューターを想像してみてください。 科学者が最近データをDNAに保存する方法を示したように、これは空想科学小説ではなく、非常に科学的な事実です。 過去2年間だけでも、量子コンピューター処理チップは、より大きく、より優れたプロセッサーが構築され、実験的に使用されることで、技術の世界で大きな進歩を遂げました。

量子力学は、量子コンピューターを構築するための基礎となる法則と基礎を提供します。 これは、亜原子粒子がどのように振る舞い、相互作用するかを説明する科学の分野であり、法則が含まれています。 これらの驚異的な相互作用が次の分野でどのように発生するかを説明する量子物理学の理論と原理 コンピューティング。

これらの理論と法則には、エネルギー量子化、量子として定義されたエネルギーのパケットが含まれます。 波と粒子の両方としての粒子の同時存在-粒子の二重性として知られている; ハイゼンベルグの不確定性原理。これは、測定によって素粒子が2つの潜在的な状態のいずれかに崩壊することを示しています。 物理学者のニールス・ボーアによって開発された対応原理は、新しい理論は次の場合にも適用する必要があると主張しました。 古い物理学の従来の現象も、新しい物理学の原子レベルでの粒子と波動の振る舞いを説明するだけではありません 理論。

標準的なコンピューティングでは、コンピューターは、オンまたはオフの状態を表す0と1の2つの値のいずれかで情報のビットをデジタル処理することによって実行します。 コンピュータの速度は、80年代後半から90年代初頭にかけてのパーソナルコンピュータの初期の頃から指数関数的に増加しましたが、これら、さらには 軍隊、研究所、大学で使用されているスーパーコンピューターには、複雑な数学を完了する速度にまだ限界があります。 方程式。 いくつかの方程式は、いくつかの数学方程式の長さのために、スーパーコンピューターでさえもうまくいくのに何年もかかります。

このデータは複数の0と1の状態で同時に存在する可能性があるため、キュービットと呼ばれる量子ビットの概念に基づいて構築された量子コンピューターではそうではありません。 量子コンピューターの量子ビットが多いほど、より多くの潜在的な状態が可能になり、データ計算が高速になります。 アインシュタインが「離れた場所での不気味な作用」と呼んだ量子もつれのために、キュービットはワイヤーを必要とせずにそれらの間の大きな距離で動作することができます。 このため、一方の粒子に起こることは、もう一方の粒子にも同時に起こります。

量子コンピューターは非常に高速に動作するため、銀行取引やその他のサイバーセキュリティの方法を含め、現在使用されているほとんどすべての暗号化方法を破ることができます。 悪意のある人々の手に渡ると、量子コンピューターは多くの損害を与え、世界をその技術的な膝に追いやる可能性があります。

しかし、正しい意図を持った人々の手に渡れば、量子コンピューターは、これまでに見られたものとは異なり、人工知能機能を進歩させるでしょう。 たとえば、周期表と量子力学の法則をコンピューターにロードして、より効率的な太陽電池を設計することができます。 量子コンピューターは、微調整された最適な製造プロセスにつながり、電気自動車のバッテリーを改善し、アルゴリズムをより迅速に計算して溶解することができます 高速道路の渋滞、最適な配送方法と移動ルートの把握、そして基本的には最速でも前例のない大規模な速度でデータを処理します スーパーコンピューター。

量子コンピューターは、より高度なタイプのテクノロジーを提供するだけではありません。 それらは、量子力学を支える法則に基づいたまったく新しい形のコンピューティングの基礎です。 量子コンピューターは、古典的な計算手法を備えた標準的なコンピューターと比較して、通常のコンピューターを超高速のレースカーと比較して三輪車のように見せます。

長年にわたるキュービットプロセッサの開発には、次のものが含まれます。

• 1998年英国のオックスフォード大学が2キュービットプロセッサを発表しました。
• 1998 IBM、カリフォルニア大学バークレー校、スタンフォード大学、およびMITは、2量子ビットプロセッサを開発しました。
• 2000年ドイツのミュンヘン工科大学は、5量子ビットプロセッサを作成しました。
• 2000年米国のロスアラモス国立研究所は7キュービットプロセッサを発表しました。
• 2006年量子コンピューティング研究所、理論物理学ペリメーター研究所、およびMITは、12キュービットプロセッサを作成しました。
• 2017 IBMは、17キュービットプロセッサーのニュースを共有しています。
• 2017 IBMは、50キュービットプロセッサを発表しました。
• 2018Googleは72キュービットプロセッサのニュースを共有しています。

量子コンピューターは高速で動作しますが、既存の量子力学の規則では、データを量子システムに複製、コピー、または保存することはできないため、現時点ではデータを保存する方法がありません。 エンジニアと科学者は、量子データを保存するための複数の方法を研究しています。 DNA鎖にデータを保存することを検討している人もいます。

科学者たちは2017年に、1つのDNAグラムに約2億1500万ギガバイトの情報を保存する方法を開発しました。 従来のハードドライブはデータを2次元で保存しますが、DNAは3次元以上のデータストレージを提供します。 DNAを使用する方法が実行可能であることが判明した場合、基本的にDNAに保存されているすべての世界の知識は、1つの部屋または2台の標準的なピックアップトラックの後ろを埋めることになります。

世界中の研究者や大手企業が、次に大きなプロセッサを構築しようと奮闘しています。 IBMは、量子コンピューティングをクラウドに組み込んでおり、実験に参加するためにサインアップしたほとんどの人が利用できるようにしています。

マイクロソフトは、量子コンピューティングをVisual Studioプラットフォームに統合する過程にありますが、2017年9月に、 マヨラナフェルミオン粒子–独自の反粒子として存在し、2012年に発見された粒子– Microsoftは、量子コンピューティングについて比較的沈黙を守っています。 予定。

グーグルは量子コンピューター分野を支配する計画を立てており、量子計算で今日のスーパーコンピューターをしのぐことができるチップを構築することによって「量子超越性」を達成することを望んでいる。

量子コンピューティングの進歩に関係なく、量子コンピューターはすぐに一般の人々の手に渡ることはありません。 実用的な量子コンピューターは、スーパーコンピューターがうまくいくのに何年もかかる方程式を解くのを助けるために、最初に実験室、シンクタンク、研究センターに入るでしょう。

多くの研究者は、今後4〜5年以内に量子コンピューターの商業化を予測していますが 数年後、量子コンピューターが標準になるまでには数年かかるかもしれません。 公衆。