Prichádzajúca kvantová počítačová revolúcia

Predstavte si počítač, ktorý funguje takmer tak rýchlo ako ľudské telo a ukladá všetky svoje údaje, podobne ako ľudia, na vláknach DNA. Toto nie je sci-fi - je to veľmi vedecký fakt - pretože vedci nedávno demonštrovali, ako ukladať údaje do DNA. Len za posledné dva roky dosiahli čipy kvantového počítačového spracovania veľký pokrok v technologickom svete s vybudovanými väčšími a lepšími procesormi a experimentálnym využitím.

Kvantová mechanika poskytuje základné zákony a základ pre stavbu kvantových počítačov. Toto je oblasť vedy, ktorá popisuje, ako sa správajú a interagujú subatomárne častice, a zahŕňa zákony, teórie a princípy z kvantovej fyziky, ktoré popisujú, ako sa tieto ohromujúce interakcie vyskytujú v oblasti výpočtový.

Tieto teórie a zákony zahŕňajú kvantizáciu energie, pakety energie definované ako kvantové; súčasná existencia častíc ako vĺn, tak častíc známych ako dualita vĺn a častíc; Heisenbergov princíp neurčitosti, ktorý hovorí, že meranie zrúti subatomárnu časticu do jedného z dvoch potenciálnych stavov; a korešpondenčný princíp vyvinutý fyzikom Nielsom Bohrom, ktorý tvrdil, že sa musí vzťahovať aj na každú novú teóriu konvenčné javy aj v starej fyzike, nielen opisujú správanie častíc a vĺn na atómovej úrovni v novom teórie.

V štandardných výpočtových systémoch fungujú počítače digitálnym spracovaním bitov informácií v jednej z dvoch hodnôt: nula a jedna, ktoré predstavujú stav zapnutia alebo vypnutia. Aj keď sa rýchlosť počítačov exponenciálne zvýšila od počiatku osobných počítačov na konci 80. a začiatkom 90. rokov, tieto a dokonca superpočítače používané v armáde, vo výskumných laboratóriách a na vysokých školách majú stále obmedzenia, pokiaľ ide o to, ako rýchlo dokončia zložité matematické výpočty. rovnice. Niektorým rovniciam trvá roky, kým začnú pracovať aj superpočítače, a to kvôli dĺžke niektorých matematických rovníc.

Inak tomu nie je v prípade kvantového počítača, ktorý je založený na myšlienke kvantových bitov známych ako qubits, pretože tieto dáta môžu existovať vo viacerých stavoch 0 a 1 súčasne. Čím viac qubitov v kvantovom počítači, tým viac potenciálnych stavov umožňuje - a tým rýchlejšie môže dôjsť k výpočtom údajov. Kvôli kvantovému zapleteniu, čo Einstein nazval „strašidelnou akciou na diaľku“, môžu qubits fungovať medzi nimi veľmi ďaleko bez potreby drôtov. A z tohto dôvodu sa to, čo sa stane s jednou časticou, stane s druhou súčasne.

Kvantové počítače fungujú tak rýchlo, že môžu narušiť väčšinu akýchkoľvek dnes používaných šifrovacích metód, vrátane bankových transakcií a iných metód kybernetickej bezpečnosti. V rukách ľudí so zlým úmyslom by kvantový počítač narobil veľa škody a mohol by svet položiť na technologické kolená.

Ale v rukách ľudí so správnymi úmyslami budú kvantové počítače rozvíjať schopnosti umelej inteligencie na rozdiel od všetkého, čo sa doteraz videlo. Napríklad by ste mohli do počítača načítať zákony periodickej tabuľky a zákony kvantovej mechaniky, aby ste navrhli efektívnejšie solárne články. Kvantové počítače môžu viesť k vyladeným a optimálnym výrobným procesom, vylepšeniu batérií pre elektromobily, rýchlejšiemu výpočtu algoritmov na ich rozpustenie diaľničných dopravných zápchach, zistiť najlepšie spôsoby prepravy a cestovné trasy a v podstate skresľovať údaje obrovskou rýchlosťou, o ktorej sa ani v tých najrýchlejších neslýchané informácie dozvedeli superpočítače.

Kvantové počítače neponúkajú iba pokročilejší typ technológie; sú základom pre úplne novú formu výpočtov založených na zákonoch, ktoré sú základom kvantovej mechaniky. V porovnaní so štandardným počítačom vybaveným klasickými výpočtovými metódami robí kvantový počítač vďaka tomu, že bežný počítač v porovnaní so superrýchlym závodným autom vyzerá ako trojkolka.

Vývoj v oblasti qubitových procesorov v priebehu rokov zahŕňa:

• 1998 Oxfordská univerzita vo Veľkej Británii odhalila ich 2-qubitový procesor.
• 1998 IBM, UC Berkeley, Stanford University a MIT vyvíjajú 2-qubitový procesor.
• 2000 Technická univerzita v Mníchove, Nemecko, vytvorila 5-bitový procesor.
• 2000 Národné laboratórium Los Alamos v USA predstavilo 7-qubitový procesor.
• 2006 Institute for Quantum Computing, Perimeter Institute for Theoretical Physics and MIT create a 12-qubit processor.
• 2017 IBM zdieľa novinky o svojom 17-qubitovom procesore.
• 2017 IBM predstavuje svoj 50-qubitový procesor.
• 2018 Google zdieľa novinky o svojom 72-qubit procesore.

Zatiaľ čo kvantové počítače fungujú rýchlo, momentálne nemajú žiadny spôsob ukladania údajov, pretože podľa existujúcich pravidiel kvantovej mechaniky nemôžete vytvoriť duplikát, kópiu alebo uložiť údaje do kvantového systému. Inžinieri a vedci skúmajú rôzne spôsoby ukladania kvantových údajov; niektorí dokonca uvažujú o uložení údajov o reťazcoch DNA.

Vedci vyvinuli v roku 2017 metódu, ktorá uchováva asi 215 miliónov gigabajtov informácií v jednom grame DNA. Bežné pevné disky ukladajú údaje v dvoch dimenziách, zatiaľ čo DNA ponúka tri dimenzie a väčšie úložisko dát. Ak by sa spôsob použitia DNA ukázal ako realizovateľný, v podstate by všetky svetové poznatky uložené v DNA zaplnili jednu miestnosť alebo zadnú časť dvoch štandardných pickupov.

Vedci a veľkí hráči z celého sveta sa snažia vybudovať ďalší najväčší procesor. IBM vložila kvantový počítač do svojho cloudu a sprístupnila ho tak každému, kto sa prihlási na účasť na jeho experimentoch.

Spoločnosť Microsoft v súčasnosti integruje kvantové výpočty do svojej platformy Visual Studio, avšak okrem oznámenia v septembri 2017 o svojich plánoch založiť svoje plány na Častica Majorana Fermions - častica, ktorá existuje ako vlastná antičastica a ktorá bola objavená v roku 2012 - Microsoft o svojom kvantovom výpočte mlčí. plány.

Google má plány na ovládnutie kvantového počítačového poľa a dúfa, že dosiahne „kvantovú prevahu“ vybudovaním čipu, ktorý svojimi kvantovými výpočtami prekoná dnešné superpočítače.

Bez ohľadu na pokrok v kvantovej výpočtovej technike sa kvantové počítače v blízkej dobe nedostanú do rúk verejnosti. Pracovné kvantové počítače si najskôr nájdu cestu do laboratórií, think-tankov a výskumných centier, aby pomohli vyriešiť rovnice, ktorým by superpočítače mohli trvať roky.

Aj keď mnohí vedci predpovedajú komercializáciu kvantových počítačov v priebehu nasledujúcich štyroch až piatich rokov, môže to byť pár rokov po tom a ešte viac, kým sa kvantové počítače stanú normou pre verejné.