Долазећа квантна рачунарска револуција

Замислите рачунар који ради готово једнако брзо као и људско тело и чува све своје податке, попут људи, на ДНК ланцима. Ово није научна фантастика - то је итекако научна чињеница - јер су научници недавно показали како се подаци чувају у ДНК. Само у последње две године, чипови за квантну рачунарску обраду направили су велике кораке у технолошком свету са већим и бољим процесорима изграђеним и у експерименталној употреби.

Квантна механика пружа основне законе и основу за изградњу квантних рачунара. Ово је поље науке које описује како се субатомске честице понашају и комуницирају, а укључује законе, теорије и принципи из квантне физике који описују како се те запањујуће интеракције дешавају у пољу рад на рачунару.

Ове теорије и закони укључују квантизацију енергије, пакете енергије дефинисане као квантне; истовремено постојање честица и као талас и као дуалност таласа и честица; Хеисенбергов принцип несигурности, који каже да мерење сруши субатомску честицу у једно од своја два потенцијална стања; и принцип кореспонденције, који је развио физичар Ниелс Бохр, који је тврдио да се свака нова теорија такође мора применити на њу конвенционални феномени и у старој физици, а не само да описују понашање честица и таласа на атомском нивоу у новим теорије.

У стандардном рачунарству рачунари извршавају дигиталну обраду битова информација у једну од две вредности: нулу и једну, које представљају или укључено или искључено стање. Иако су се брзине рачунара експоненцијално повећавале од раних дана личних рачунара крајем 80-их и почетком 90-их, ове, па чак и суперрачунари које користе војска, истраживачке лабораторије и факултети још увек имају ограничења у погледу тога колико брзо завршавају сложене математичке процесе једначине. Неким једначинама су потребне године да би чак и суперрачунари разрадили колико су неке математичке једначине дугачке.

Са квантним рачунаром, изграђеним на идеји квантних битова, познатих као кубити, није тако, јер ови подаци могу истовремено постојати у више 0 и 1 стања. Што више кубита има квантни рачунар, то више потенцијалних стања дозвољава - и брже израчунавање података може да се догоди. Због квантне заплетености, оно што је Ајнштајн назвао „сабласном акцијом на даљину“, кубити могу да раде на великим удаљеностима између себе, без потребе за жицама. И због овога, оно што се догађа једној честици, догађа се и другој истовремено.

Квантни рачунари раде тако брзо да могу да разбију већину било ког метода шифрирања који се данас користи, укључујући банкарске трансакције и друге методе кибербезбедности. У рукама људи са злонамерном намером, квантни рачунар би нанео велику штету и могао би свет да стави на технолошка колена.

Али у рукама људи са правим намерама, квантни рачунари ће унапредити способности вештачке интелигенције за разлику од било чега што је до сада виђено. На пример, у рачунар можете да учитате периодични систем и законе о квантној механици да бисте дизајнирали ефикасније соларне ћелије. Квантни рачунари могу довести до фино подешених и оптималних производних процеса, побољшати батерије за електричне аутомобиле, брже израчунати алгоритме за растварање гужве на аутопуту, пронађите најбоље начине испоруке и руте путовања и у основи дробите податке великом брзином нечувене чак и најбрже суперкомпјутери.

Квантни рачунари не нуде само напреднију врсту технологије; они су основа за потпуно нови облик рачунања заснован на законима који подупиру квантну механику. У поређењу са стандардним рачунаром опремљеним класичним рачунским методама, квантни рачунар чини редовни рачунар изгледом трицикла у поређењу са супербрзим тркачким аутомобилом.

Развој кубит процесора током година укључује:

• Универзитет Окфорд у Великој Британији 1998. године открио је њихов процесор од 2 кубита.
• 1998. ИБМ, УЦ Беркелеи, Универзитет Станфорд и МИТ развијају процесор од 2 кубита.
• 2000. Технички универзитет у Минхену, Немачка, створио је процесор од 5 кубита.
• 2000. Национална лабораторија Лос Аламос у САД-у представила је процесор од 7 кубита.
• 2006. Институт за квантно рачунање, Институт за теоријску физику Периметер и МИТ креирају 12-кубитни процесор.
• 2017. ИБМ дели вести о свом 17-кубитном процесору.
• 2017. ИБМ представља свој процесор од 50 кубита.
• 2018. Гоогле дели вести о свом 72-кубитном процесору.

Иако квантни рачунари раде брзо, тренутно немају начина да чувају податке јер према постојећим правилима квантне механике не можете направити дупликат, копирати или сачувати податке у квантном систему. Инжењери и научници истражују више начина за складиштење квантних података; неки чак размишљају о складиштењу података о ланцима ДНК.

Научници су 2017. године развили метод који чува око 215 милиона гигабајта информација у једном ДНК граму. Уобичајени чврсти дискови чувају податке у две димензије, док ДНК нуди три димензије и веће складиштење података. Ако би се начин употребе ДНК показао изводљивим, у основи би све светско знање ускладиштено на ДНК испунило једну собу или задњи део два стандардна камионета.

Истраживачи и велики играчи широм света труде се да направе следећи највећи процесор. ИБМ је квантно рачунање ставио у свој облак, чинећи га доступним већини свих који се пријаве да учествују у његовим експериментима.

Мицрософт је у процесу интеграције квантног рачунања у своју Висуал Студио платформу, али осим што је најавио у септембру 2017. године своје планове да своје планове заснива на Мајорана Фермионска честица - честица која постоји као сопствена античестица и која је откривена 2012. године - Мицрософт остаје релативно тих у свом квантном рачунању планови.

Гоогле планира да доминира квантним рачунарским пољем и нада се да ће постићи „квантну надмоћ“ изградњом чипа који својим квантним прорачунима може надмашити данашње суперкомпјутере.

Без обзира на напредак постигнут у квантном рачунарству, квантни рачунари неће ускоро доћи у руке јавности. Квантни рачунари који раде раде прво ће се наћи у лабораторијама, истраживачким центрима и истраживачким центрима како би помогли у решавању једначина које би требале годинама да суперрачунари раде.

Иако многи истраживачи предвиђају комерцијализацију квантних рачунара у наредних четири до пет године, може проћи неколико година након тога и још више пре него што квантни рачунари постану норма за јавно.