Nākamā kvantu datoru revolūcija

Iedomājieties datoru, kas darbojas gandrīz tikpat ātri kā cilvēka ķermenis, un glabā visus savus datus, tāpat kā cilvēkus, DNS pavedienos. Šī nav zinātniskā fantastika - tas ir ļoti daudz zinātnes fakts - jo zinātnieki nesen parādīja, kā saglabāt datus DNS. Tikai pēdējos divos gados kvantu datorapstrādes mikroshēmas tehnoloģiskajā pasaulē guva lielus panākumus, jo tika uzbūvēti un eksperimentāli izmantoti lielāki un labāki procesori.

Kvantu mehānika nodrošina kvantu datoru veidošanas pamatlikumus un pamatu. Šī ir zinātnes joma, kas apraksta, kā subatomiskās daļiņas izturas un mijiedarbojas, un tā ietver likumus, kvantu fizikas teorijas un principi, kas apraksta, kā notiek šīs prātam neaptveramās mijiedarbības skaitļošana.

Šīs teorijas un likumi ietver enerģijas kvantēšanu, enerģijas paketes, kas definētas kā kvantu; vienlaicīga daļiņu kā viļņa un daļiņu esamība, kas pazīstama kā viļņu-daļiņu dualitāte; Heisenberga nenoteiktības princips, kas saka, ka mērīšana sabrūk subatomisko daļiņu vienā no diviem tās potenciālajiem stāvokļiem; un korespondences princips, ko izstrādājis fiziķis Nīls Bohrs, kurš apgalvoja, ka jebkurai jaunai teorijai jāpiemēro arī parastās parādības arī vecajā fizikā ne tikai jaunajā apraksta daļiņu un viļņu uzvedību atomu līmenī teorijas.

Standarta skaitļošanā datori darbojas, digitāli apstrādājot informācijas bitus vienā no divām vērtībām: nulle un viena, kas apzīmē ieslēgtu vai izslēgtu stāvokli. Kaut arī datoru ātrums kopš personālo datoru sākuma 80. gadu beigās un 90. gadu sākumā ir strauji pieaudzis, šie un pat superdatoriem, kurus izmanto militārā, pētniecības laboratorijas un koledžas, joprojām ir ierobežojumi attiecībā uz sarežģītas matemātikas pabeigšanas ātrumu vienādojumi. Dažu vienādojumu veikšana prasa gadus, lai pat superdatori darbotos, jo daži matemātiskie vienādojumi ir ilgi.

Tā nav ar kvantu datoru, kas balstīts uz ideju par kvantu bitiem, kas pazīstami kā kvīti, jo šie dati var pastāvēt vairākos 0 un 1 stāvokļos vienlaikus. Jo vairāk kvotu ir kvantu datorā, jo vairāk potenciālo stāvokļu tas pieļauj - un ātrāk var notikt datu aprēķināšana. Kvantu saķeršanās dēļ, ko Einšteins sauca par "spokainu darbību attālumā", kubiti var darboties ar lielu attālumu starp tiem, bez vadiem. Un tāpēc tas, kas notiek ar vienu daļiņu, notiek vienlaikus ar otru.

Kvantu datori darbojas tik ātri, ka tie var pārtraukt jebkuru šifrēšanas metodi, kas tiek izmantota šodien, ieskaitot bankas darījumus un citas kiberdrošības metodes. Cilvēku ar ļaunprātīgu nodomu rokās kvantu dators nodarītu daudz zaudējumu un varētu novest pasauli uz tehnoloģiskajiem ceļiem.

Bet cilvēku rokās ar pareiziem nodomiem kvantu datori sekmēs mākslīgā intelekta iespējas atšķirībā no līdz šim redzētā. Piemēram, jūs varētu ielādēt datorā periodisko tabulu un kvantu mehānikas likumus, lai izstrādātu efektīvākas saules baterijas. Kvantu datori var izraisīt precīzus un optimālus ražošanas procesus, uzlabot elektromobiļu akumulatorus, ātrāk aprēķināt algoritmus, lai izšķīdinātu šosejas sastrēgumus, noskaidrojiet labākās nosūtīšanas metodes un ceļojuma maršrutus, un būtībā ļoti ātrā ātrumā satrieciet datus ar milzīgu ātrumu superdatori.

Kvantu datori piedāvā ne tikai modernāku tehnoloģiju veidu; tie ir pamats pilnīgi jaunai skaitļošanas formai, kuras pamatā ir likumi, kas ir kvantu mehānikas pamatā. Salīdzinot ar standarta datoru, kas aprīkots ar klasiskām skaitļošanas metodēm, kvantu dators padara parasto datoru līdzīgu trīsriteņiem, salīdzinot ar superātru sacīkšu automašīnu.

Kbitba procesoru attīstība gadu gaitā ietver:

• 1998. gada Oksfordas universitāte Lielbritānijā atklāja savu 2-qubit procesoru.
• 1998. gads IBM, UC Berkeley, Stenfordas universitāte un MIT izstrādā 2-qubit procesoru.
• 2000. gadā Minhenes Tehniskā universitāte, Vācija, izveidoja 5-qubit procesoru.
• 2000. gadā Los Alamosas Nacionālā laboratorija ASV atklāja 7-qubit procesoru.
• 2006. gada Kvantu skaitļošanas institūts, Perimetra teorētiskās fizikas institūts un MIT izveido 12 kvotu procesoru.
• 2017. gads IBM dalās ar jaunumiem par savu 17-qubit procesoru.
• 2017. gadā IBM iepazīstina ar savu 50 kubitu procesoru.
• 2018. gadā Google dalās ar ziņām par savu 72 kubitu procesoru.

Kaut arī kvantu datori darbojas ātri, šobrīd tiem nav iespēju uzglabāt datus, jo saskaņā ar esošajiem kvantu mehānikas noteikumiem jūs nevarat izveidot datu dublikātu, kopiju vai saglabāt kvantu sistēmā. Inženieri un zinātnieki pēta vairākus kvantu datu uzglabāšanas veidus; daži pat apsver iespēju uzglabāt datus DNS virknēs.

Zinātnieki 2017. gadā izstrādāja metodi, kas vienā DNS gramā glabā aptuveni 215 miljonus gigabaitu informācijas. Parastajos cietajos diskos dati tiek glabāti divās dimensijās, savukārt DNS piedāvā trīs dimensijas un lielāku datu krātuvi. Ja DNS izmantošanas veids izrādās darboties spējīgs, būtībā visas DNS glabātās pasaules zināšanas aizpildītu vienu istabu vai divu standarta pikapu aizmuguri.

Pētnieki un lielie spēlētāji visā pasaulē cenšas izveidot nākamo lielāko procesoru. IBM ir ievietojis kvantu skaitļošanu savā mākonī, padarot to pieejamu lielākajai daļai ikviena, kurš reģistrējies dalībai tā eksperimentos.

Microsoft pašlaik integrē kvantu skaitļošanu savā Visual Studio platformā, bet 2017. gada septembrī paziņoja par saviem plāniem balstīt savus plānus uz Majorana Fermions daļiņa - daļiņa, kas pastāv kā sava anti daļiņa un kas tika atklāta 2012. gadā - Microsoft joprojām klusē par kvantu skaitļošanu plāni.

Google plāno dominēt kvantu datoru jomā un cer sasniegt "kvantu pārākumu", izveidojot mikroshēmu, kas ar saviem kvantu aprēķiniem var pārspēt mūsdienu superdatorus.

Neatkarīgi no sasniegumiem kvantu skaitļošanā, kvantu datori to tuvākajā laikā nenonāks sabiedrības rokās. Darbojošie kvantu datori vispirms nonāks laboratorijās, ideju laboratorijās un pētījumu centros, lai palīdzētu atrisināt vienādojumus, kuru izstrāde superdatoru veikšanai prasītu vairākus gadus.

Lai gan daudzi pētnieki prognozē kvantu datoru komercializāciju nākamajos četros līdz piecos gadiem, pēc tam var paiet daži gadi un vēl vairāk, pirms kvantu datori kļūst par publiski.