Ateinanti kvantinė kompiuterių revoliucija

Įsivaizduokite kompiuterį, kuris veikia beveik taip pat greitai, kaip ir žmogaus kūnas, ir visus savo duomenis, kaip ir žmones, saugo DNR grandinėse. Tai nėra mokslinė fantastika - tai labai mokslinis faktas, nes mokslininkai neseniai parodė, kaip išsaugoti duomenis DNR. Vien per pastaruosius dvejus metus kvantinio kompiuterio apdorojimo lustai padarė didelę pažangą technologiniame pasaulyje, kai buvo pastatyti ir eksperimentiškai naudojami didesni ir geresni procesoriai.

Kvantinė mechanika suteikia pagrindinius įstatymus ir pagrindą kvantinių kompiuterių statybai. Tai mokslo sritis, apibūdinanti, kaip subatominės dalelės elgiasi ir sąveikauja, ir apima įstatymus, kvantinės fizikos teorijos ir principai, apibūdinantys, kaip vyksta šios protu nesuvokiamos sąveikos skaičiavimas.

Šios teorijos ir dėsniai apima energijos kvantavimą, energijos paketus, apibrėžtus kaip kvantus; tuo pačiu metu egzistuoja dalelės kaip bangos ir dalelės, žinomos kaip bangos ir dalelių dvilypumas; Heisenbergo neapibrėžtumo principas, sakantis, kad matavimas subatominę dalelę subyra į vieną iš dviejų galimų būsenų; ir korespondencijos principą, kurį sukūrė fizikas Nielsas Bohras, teigdamas, kad bet kokia nauja teorija taip pat turi būti taikoma įprasti reiškiniai senojoje fizikoje taip pat ne tik apibūdina dalelių ir bangų elgseną atominiu lygiu naujais teorijos.

Standartiniame skaičiavime kompiuteriai skaitmeniniu būdu apdoroja informacijos bitus viena iš dviejų reikšmių: nulis ir viena, kurios reiškia įjungimo arba išjungimo būseną. Nors kompiuterių greitis nuo pat asmeninių kompiuterių pradžios 80-ųjų pabaigoje ir 90-ųjų pradžioje labai išaugo, šie ir net superkompiuteriai, kuriuos naudoja kariuomenė, tyrimų laboratorijos ir kolegijos, vis dar turi ribas, kaip greitai atlikti sudėtingą matematiką lygtis. Kai kurios lygtys užtrunka metus, kol net superkompiuteriai veikia, nes kai kurios matematinės lygtys yra ilgos.

Taip nėra su kvantiniu kompiuteriu, sukurtu kvantinių bitų, vadinamų kubitais, idėja, nes šie duomenys vienu metu gali egzistuoti keliose 0 ir 1 būsenose. Kuo daugiau kvitų yra kvantiniame kompiuteryje, tuo daugiau potencialių būsenų jis leidžia - ir greičiau gali būti skaičiuojami duomenys. Dėl kvantinio susipynimo, kurį Einšteinas vadino „baisiu veiksmu per atstumą“, kubitai gali veikti dideliu atstumu tarp jų, nereikalaujant laidų. Dėl to tai, kas nutinka vienai dalelei, nutinka ir kitai tuo pačiu metu.

Kvantiniai kompiuteriai veikia taip greitai, kad gali sugadinti bet kurį šiandien naudojamą šifravimo metodą, įskaitant banko operacijas ir kitus kibernetinio saugumo metodus. Žmonių, turinčių kenksmingų ketinimų, rankose kvantinis kompiuteris pridarytų daug žalos ir galėtų priversti pasaulį atsiklausti.

Tačiau tinkamų ketinimų turinčių žmonių rankose kvantiniai kompiuteriai tobulins dirbtinio intelekto galimybes, skirtingai nei iki šiol matytos. Pvz., Galite sukurti periodinę lentelę ir kvantinės mechanikos dėsnius į kompiuterį, kad suprojektuotumėte efektyvesnes saulės baterijas. Kvantiniai kompiuteriai gali padėti sureguliuoti ir optimalius gamybos procesus, pagerinti elektromobilių akumuliatorius, greičiau apskaičiuoti algoritmus, kad ištirptų greitkelio kamščių, išsiaiškinkite geriausius gabenimo būdus ir kelionės maršrutus, o iš esmės net greičiausiu greičiu gaukite duomenis negirdėtu greičiu superkompiuteriai.

Kvantiniai kompiuteriai siūlo ne tik pažangesnę technologiją; jie yra visiškai naujos skaičiavimo formos, pagrįstos dėsniais, kuriais grindžiama kvantinė mechanika, pagrindas. Palyginus su standartiniu kompiuteriu, aprūpintu klasikiniais skaičiavimo metodais, kvantinis kompiuteris daro įprastą kompiuterį panašų į triratį, palyginti su itin greitu lenktyniniu automobiliu.

Kibitinių procesorių pokyčiai per metus apima:

• 1998 m. Oksfordo universitetas JK atskleidė savo 2 kubitų procesorių.
• 1998 IBM, UC Berkeley, Stanfordo universitetas ir MIT kuria 2 kubitų procesorių.
• 2000 m. Miuncheno technikos universitetas (Vokietija) sukūrė 5 kubitų procesorių.
• 2000 m. Los Alamoso nacionalinė laboratorija JAV pristatė 7 kubitų procesorių.
• 2006 m. Kvantinių skaičiavimų institutas, Perimetro teorinės fizikos institutas ir MIT sukuria 12 kubitų procesorių.
• 2017 m. IBM dalijasi naujiena apie savo 17 kubitų procesorių.
• 2017 m. IBM pristato savo 50 kubitų procesorių.
• 2018 m. „Google“ dalijasi naujiena apie savo 72 kubitų procesorių.

Nors kvantiniai kompiuteriai veikia greitai, šiuo metu jie neturi galimybės saugoti duomenų, nes pagal esamas kvantinės mechanikos taisykles negalima padaryti dublikato, kopijos ar išsaugoti duomenų kvantinėje sistemoje. Inžinieriai ir mokslininkai tiria daugybę būdų, kaip saugoti kvantinius duomenis; kai kurie netgi svarsto galimybę saugoti duomenis apie DNR grandines.

Mokslininkai 2017 m. Sukūrė metodą, kuriame viename DNR grame kaupiama apie 215 milijonų gigabaitų informacijos. Įprasti standieji diskai saugo duomenis dviem aspektais, o DNR siūlo tris matmenis ir didesnę duomenų saugyklą. Jei DNR panaudojimo būdas pasirodytų tinkamas, iš esmės visos DNR saugomos pasaulio žinios užpildytų vieną kambarį arba dviejų standartinių pikapų galus.

Tyrėjai ir dideli žaidėjai visame pasaulyje stengiasi sukurti kitą didžiausią procesorių. IBM į savo debesį įtraukė kvantinę skaičiavimą, kad jis būtų prieinamas daugumai visų, užsiregistravusių dalyvauti jo eksperimentuose.

„Microsoft“ šiuo metu integruoja kvantinį skaičiavimą į savo „Visual Studio“ platformą, tačiau 2017 m. Rugsėjo mėn. Praneša apie savo planus remtis planais „Majorana Fermions“ dalelė - dalelė, egzistuojanti kaip sava antidalelė, kuri buvo atrasta 2012 m. - „Microsoft“ gana tyli apie savo kvantinį skaičiavimą planus.

„Google“ planuoja dominuoti kvantinių kompiuterių srityje ir tikisi pasiekti „kvantinę viršenybę“ sukurdama mikroschemą, kuri savo kvantiniais skaičiavimais gali pralenkti šių dienų superkompiuterius.

Nepaisant pažangos, padarytos kvantiniame skaičiavime, kvantiniai kompiuteriai netrukus nepateks į visuomenės rankas. Veikiantys kvantiniai kompiuteriai pirmiausia pateks į laboratorijas, mokslinių tyrimų centrus ir tyrimų centrus, kad padėtų išspręsti lygtis, kurioms prireiktų metų, kol superkompiuteriai bus sukurti.

Nors daugelis tyrėjų prognozuoja kvantinių kompiuterių komercializavimą per ateinančius keturis – penkis metų, tai gali praeiti keleri metai po to ir dar daugiau, kol kvantiniai kompiuteriai taps įprasta visuomenės.