კვანტური კომპიუტერული რევოლუცია

წარმოიდგინეთ კომპიუტერი, რომელიც მუშაობს თითქმის ისევე სწრაფად, როგორც ადამიანის სხეული და ინახავს მის ყველა მონაცემს, ადამიანის მსგავსად, დნმ – ის ძაფებზე. ეს არ არის სამეცნიერო ფანტასტიკა - ეს არის ძალიან სამეცნიერო ფაქტი - რადგან ახლახან მეცნიერებმა აჩვენეს, თუ როგორ უნდა შეინახოთ მონაცემები დნმ-ში. მხოლოდ ბოლო ორი წლის განმავლობაში, კვანტური კომპიუტერის დამუშავების ჩიპებმა დიდ წარმატებებს მიაღწიეს ტექნოლოგიურ სამყაროში უფრო დიდი და უკეთესი პროცესორებით, რომლებიც აშენდა და ექსპერიმენტულად იყენებდა.

კვანტური მექანიკა წარმოადგენს კვანტური კომპიუტერების მშენებლობის ძირითად კანონებსა და საფუძველს. ეს არის მეცნიერების დარგი, რომელიც აღწერს თუ როგორ იქცევიან და ურთიერთქმედებენ სუბატომიური ნაწილაკები და ის მოიცავს კანონებს, კვანტური ფიზიკის თეორიები და პრინციპები, რომლებიც აღწერს თუ როგორ ხდება ამ გონებამახვილური ურთიერთქმედება სფეროში გამოთვლა.

ეს თეორიები და კანონები მოიცავს ენერგიის კვანტიზაციას, ენერგიის პაკეტებს, რომლებიც განსაზღვრულია როგორც კვანტური; ნაწილაკების ერთდროული არსებობა, როგორც ტალღა და ნაწილაკები, რომლებიც ცნობილია როგორც ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობა; ჰაიზენბერგის გაურკვევლობის პრინციპი, რომელშიც ნათქვამია, რომ გაზომვა იკრებს სუბატომურ ნაწილაკს ერთ ორ პოტენციურ მდგომარეობაში. და კორესპონდენციის პრინციპი, რომელიც შეიმუშავა ფიზიკოსმა ნილს ბორმა, რომელიც მიიჩნევს, რომ ნებისმიერი ახალი თეორია ასევე უნდა იქნას გამოყენებული ჩვეულებრივი ფენომენი ძველ ფიზიკაში ასევე არ აღწერს ნაწილაკების და ტალღების ქცევას ატომურ დონეზე ახალში თეორიები.

სტანდარტული გამოთვლით კომპიუტერები ასრულებენ ინფორმაციის ბიტების ციფრული დამუშავებით ორიდან ერთში: ნულოვანი და ერთი, რომლებიც წარმოადგენს ან ჩართულ ან გამორთულ მდგომარეობას. მიუხედავად იმისა, რომ კომპიუტერის სიჩქარე ექსპონენციალურად გაიზარდა პერსონალური კომპიუტერების ადრეული დროიდან '80-იანი წლების ბოლოს და 90-იანი წლების დასაწყისში, ეს და კიდევ სუპერკომპიუტერებს, რომლებსაც სამხედრო, სამეცნიერო ლაბორატორიები და კოლეჯები იყენებენ, ჯერ კიდევ აქვთ შეზღუდვები, თუ რამდენად სწრაფად ასრულებენ მათ რთულ მათემატიკას განტოლებები. ზოგიერთ განტოლებას წლები სჭირდება სუპერკომპიუტერების მუშაობასაც, რადგან რამდენი მათემატიკური განტოლებაა.

ასე არ არის კვანტური კომპიუტერისთვის, რომელიც აგებულია კვანტური ბიტების იდეაზე, რომელიც ცნობილია როგორც კუბიტები, რადგან ეს მონაცემები შეიძლება არსებობდეს ერთდროულად მრავალ და 0 შტატებში. რაც უფრო მეტი კუბიტია კვანტურ კომპიუტერში, მით უფრო მეტ პოტენციურ მდგომარეობას იძლევა იგი - და მონაცემთა ჩათვლით უფრო სწრაფად შეიძლება მოხდეს მონაცემთა გამოთვლა. კვანტური ჩახლართვის გამო, რასაც აინშტაინმა უწოდა "შორიახლოს მოქმედება მანძილზე", კუბიტებს შეუძლიათ იმუშაონ მათ შორის დიდი მანძილით მავთულხლართების გარეშე. ამის გამო, რაც ერთ ნაწილაკს ემართება, მეორეს ერთდროულად ემართება.

კვანტური კომპიუტერები იმდენად სწრაფად მუშაობენ, რომ მათ შეუძლიათ გატეხონ დაშიფვრის ნებისმიერი მეთოდი, რომელიც დღეს გამოიყენება, მათ შორის საბანკო ოპერაციები და კიბერ უსაფრთხოების სხვა მეთოდები. მავნე განზრახვის მქონე ადამიანების ხელში, კვანტური კომპიუტერი დიდ ზიანს აყენებს და შეუძლია მსოფლიოში ტექნოლოგიური მუხლები მოაყაროს.

მაგრამ სწორი განზრახვების მქონე ადამიანების ხელში, კვანტური კომპიუტერები ხელს შეუწყობენ ხელოვნური ინტელექტის შესაძლებლობებს, განსხვავებით დღემდე ნანახისა. მაგალითად, თქვენ შეგიძლიათ კომპიუტერში ჩაწეროთ პერიოდული ცხრილი და კვანტური მექანიკის კანონები, რათა შეიმუშავოთ უფრო ეფექტური მზის ელემენტები. კვანტურმა კომპიუტერებმა შეიძლება გამოიწვიოს სრულყოფილი და ოპტიმალური წარმოების პროცესები, გააუმჯობესოს ელექტროძრავის ელემენტები, უფრო სწრაფად გამოთვალოს ალგორითმები დასაშლელად საავტომობილო გზის საცობები, გაერკვნენ გადაზიდვის საუკეთესო მეთოდებსა და სამგზავრო მარშრუტებზე, და ძირითადად მონაცემთა გადანაწილება მასიური სიჩქარით, რაც არ არის ყველაზე სწრაფიც კი სუპერკომპიუტერები.

კვანტური კომპიუტერები არ გვთავაზობენ მხოლოდ უფრო მოწინავე ტიპის ტექნოლოგიას; ისინი საფუძვლად დაედო კომპიუტერის სრულიად ახალ ფორმას, რომელიც ემყარება კვანტურ მექანიკას ემყარება იმ კანონებს. სტანდარტულ კომპიუტერთან შედარებით, რომელიც აღჭურვილია კლასიკური გამოთვლითი მეთოდებით, კვანტური კომპიუტერი ქმნის ჩვეულებრივ კომპიუტერს სამციკლას, როგორც სუპერ-ჩქაროსნულ მანქანას.

Qubit პროცესორებში განვითარებული მოვლენები წლების განმავლობაში მოიცავს:

• 1998 ოქსფორდის უნივერსიტეტმა გაერთიანებულ სამეფოში გამოავლინა მათი 2-კბიტიანი პროცესორი.
• 1998 IBM– მა, UC Berkeley– მა, სტენფორდის უნივერსიტეტმა და MIT– მა განავითარეს 2 – კბიტიანი პროცესორი.
• 2000 წელს, მიუნხენის ტექნიკურმა უნივერსიტეტმა, გერმანიაში, შექმნა 5-კბიტიანი პროცესორი.
• 2000 წელს ლოს ალამოსის ეროვნულ ლაბორატორიაში აშშ – ში გამოვიდა 7 – კბიტიანი პროცესორი.
• 2006 წელს კვანტური გამოთვლის ინსტიტუტმა, პერიმეტრის თეორიული ფიზიკის ინსტიტუტმა და MIT– მა შექმნეს 12 – კბიტიანი პროცესორი.
• 2017 IBM იზიარებს სიახლეებს მისი 17-კბიტიანი პროცესორის შესახებ.
• 2017 IBM წარადგენს თავის 50-კბიტიან პროცესორს.
• 2018 Google იზიარებს სიახლეებს მისი 72-კბიტიანი პროცესორის შესახებ.

კვანტური კომპიუტერები სწრაფად მუშაობენ, ახლა მათ მონაცემების შენახვის საშუალება არ აქვთ, რადგან კვანტური მექანიკის არსებული წესების თანახმად, თქვენ არ შეგიძლიათ გააკეთოთ დუბლიკატი, ასლი ან შეინახოთ მონაცემები კვანტურ სისტემაში. ინჟინრები და მეცნიერები იკვლევენ კვანტური მონაცემების შენახვის მრავალ გზას; ზოგი კი განიხილავს მონაცემთა შენახვას დნმ-ის ძაფებზე.

მეცნიერებმა 2017 წელს შეიმუშავეს მეთოდი, რომელიც ინახავს დაახლოებით 215 მილიონ გიგაბაიტ ინფორმაციას ერთ დნმ გრამში. ჩვეულებრივი მყარი დისკები ინახავს მონაცემებს ორ განზომილებაში, ხოლო დნმ გთავაზობთ სამ განზომილებას და მონაცემთა უფრო მეტ შენახვას. თუ დნმ-ის გამოყენების გზა გამოსადეგი აღმოჩნდა, ძირითადად, მთელ მსოფლიოში დნმ-ზე განთავსებული ცოდნა შეავსებს ერთ ოთახს ან ორი სტანდარტული პიკაპის უკან.

მკვლევარები და დიდი მოთამაშეები მთელ მსოფლიოში ცდილობენ შექმნან შემდეგი ყველაზე დიდი პროცესორი. IBM– მა კვანტური გამოთვლა ჩააყენა თავის ღრუბელში, რაც ხელმისაწვდომი გახადა ყველას, ვინც დარეგისტრირდება მის ექსპერიმენტებში მონაწილეობის მისაღებად.

Microsoft- ი კვანტური გამოთვლების Visual Studio პლატფორმაში ინტეგრაციის პროცესშია, მაგრამ 2017 წლის სექტემბერში გამოაცხადებს, რომ გეგმავს მაჯორანა ფერმიონის ნაწილაკი - ნაწილაკი, რომელიც არსებობს როგორც საკუთარი ანტინაწილაკი და რომელიც 2012 წელს აღმოაჩინეს - Microsoft შედარებით დუმს თავის კვანტურ გამოთვლაზე გეგმები.

Google– ს აქვს კვანტური კომპიუტერის სფეროში დომინირების გეგმა და იმედოვნებს, რომ მიაღწევს "კვანტურ უზენაესობას" ჩიპის შექმნით, რომელსაც შეუძლია თავისი კვანტური გამოთვლებით აჯობა თანამედროვე სუპერკომპიუტერებს.

მიუხედავად კვანტური გამოთვლებით მიღწეული მიღწევებისა, კვანტური კომპიუტერები მას საზოგადოების ხელში ჩაგდება მალე ვერ შეძლებენ. სამუშაო კვანტური კომპიუტერები ლაბორატორიებში, სამეცნიერო ცენტრებში და კვლევით ცენტრებში მოხვდებიან, პირველ რიგში, განტოლებების ამოხსნაში, რაც სუპერკომპიუტერების შემუშავებას წლებს დასჭირდება.

თუმცა მრავალი მკვლევარი წინასწარმეტყველებს კვანტური კომპიუტერების კომერციალიზაციას მომდევნო ოთხიდან ხუთამდე წლები, შეიძლება ამის შემდეგ რამდენიმე წელი და მეტი იყოს, ვიდრე კვანტური კომპიუტერი გახდება ნორმა საზოგადოებრივი.