Kvanttifysiikka on jo vaikuttanut elämäämme merkittävästi. Laserin ja transistorin keksinnöt ovat itse asiassa seurausta kvanttiteoriasta - ja koska molemmat komponentit ovat jokaisen nykyisen elektronisen laitteen perusrakenne, mitä todistat, on pohjimmiltaan “kvanttimekaniikkaa sisään toiminta".
Tämän sanottuaan kvanttiteollisuus on nyt mullistanut tietokonemaailman, kun todellisia voimia hyödynnetään huomattavasti kvanttialueelta. Kvanttilaskenta voisi löytää sovelluksia eri aloille, kuten turvallisuus, terveydenhuolto, energia ja jopa viihdeteollisuus.
Quantum vs. Klassiset tietokoneet
Kvanttiteorian historia juontaa juurensa yli vuosisadan. Nykyinen kvantti-buzz johtuu kuitenkin viimeaikaisista tutkimustuloksista, jotka viittaavat epävarmuuteen Kvanttihiukkasten luontainen ominaisuus voi toimia tehokkaana aseena kvantin toteuttamiseksi potentiaalia.
Kuten teoria toteaa, on näennäisesti mahdotonta tietää yksittäisten kvanttihiukkasten (eli elektronien tai fotonien) ominaisuuksia. Harkitse esimerkkiä klassisesta GPS: stä, jossa se voi ennustaa tarkasti liikesi nopeuden, sijainnin ja suunnan puolestasi, kun saavut haluamaasi määränpäähän.
Kvantti-GPS ei kuitenkaan pysty määrittämään tarkasti kaikkia edellä mainittuja ominaisuuksia kvanttihiukkaselle, koska kvanttifysiikan lait eivät salli sinun tehdä niin. Tämä synnyttää todennäköisyyskielen kvanttimaailmassa pikemminkin kuin klassisen varmuuden kielen.
Tässä tapauksessa todennäköisyyskieli tarkoittaa todennäköisyyksien osoittamista kvantin eri ominaisuuksille hiukkaset, kuten nopeus, sijainti ja liikesuunta, joiden kanssa on näennäisesti vaikea sanoa varmuus. Tämä kvanttihiukkasten todennäköisyysluonne antaa mahdollisuuden, joka sallii kaiken ja kaiken tapahtua milloin tahansa.
Laskennan valossa binäärisillä 0: lla ja 1: llä, jotka on esitetty kviteinä (kvanttibitteinä), on ominaisuus olla 1 tai 0 milloin tahansa hetkessä.
Yllä oleva esitys jättää katkeran maun suuhun, koska klassisissa koneissa 0 ja 1 kytketään kytkimiin ja piireihin, jotka kytkeytyvät päälle ja pois päältä eri hetkissä. Siksi niiden tarkan tilan tuntematta jättäminen (ts. Päälle tai pois) ei vaikuta järkevältä laskentaympäristössä.
Todellisessa mielessä se voi aiheuttaa laskuvirheitä. Tietojenkäsittely kvanttimaailmassa perustuu kuitenkin kvanttiepävarmuuden käsitteeseen - jossa 0: n ja 1: n "päällekkäisyys" ei ole vika, vaan ominaisuus. Se mahdollistaa nopeamman tietojen käsittelyn ja helpottaa viestintää.
Lue lisää: Kuinka optiset kvanttitietokoneet toimivat
Kvanttilaskennan kärjessä
Kvanttiteorian todennäköisyysominaisuuden seurauksena kvanttitietojen tarkka kopiointi on näennäisesti mahdotonta. Turvallisuuden kannalta tämä on merkittävää, koska verkkorikolliset, jotka aikovat kopioida kvanttiavaimia salaamaan ja lähettämään viestejä, epäonnistuvat lopulta, vaikka he pääsisivätkin kvanttitietokoneisiin.
On tärkeää korostaa tässä, että tällainen huippuluokan salaus (ts. Hienostunut menetelmä salaisen datan tai avainten muuntamiseksi koodi, joka estää luvattoman käytön) on seurausta fysiikan laeista eikä nykyään käytetyistä matemaattisesti kirjoitetuista algoritmeista. Matemaattiset salaukset voidaan murtaa tehokkaiden tietokoneiden avulla, mutta kvanttisalauksen murtaminen vaatii fysiikan peruslakien uudelleenkirjoittamista.
Koska kvanttisalaus eroaa nykyisistä salaustekniikoista, samoin kvanttitietokoneet eroavat klassisista erittäin perustasolla. Harkitse auton ja härkävaunun analogiaa. Täällä auto noudattaa tiettyjä fysiikan lakeja, jotka vievät sinut haluttuun määränpäähän nopeasti vastaavaan verrattuna. Sama filosofia pätee kvanttitietokoneeseen ja klassiseen tietokoneeseen.
Kvanttitietokone hyödyntää kvanttifysiikan todennäköisyysluonteisuutta laskelmien suorittamiseksi ja tietojen käsittelemiseksi ainutlaatuisella tavalla. Se pystyy suorittamaan laskentatehtäviä paljon nopeammin ja ottaa myös harppauksen perinteisesti mahdottomiin käsitteisiin, kuten kvantti teleportointiin. Tämä tiedonsiirtomuoto voisi tasoittaa tietä tulevaisuuden internetille eli kvantti-internetille.
Mihin kvanttitietokonetta voidaan käyttää tänään?
Kvanttitietokoneet voivat olla hyödyllisiä tutkimus- ja kehitysorganisaatioille, valtion viranomaisille ja tutkijoille instituutioille, koska ne voisivat auttaa ratkaisemaan monimutkaisia ongelmia, jotka nykyiset tietokoneet pitävät haastavina käsitellä.
Yksi merkittävä sovellus voisi olla lääkekehitys, jossa se voisi saumattomasti simuloida ja analysoi kemikaaleja ja molekyylejä, kun molekyylit toimivat samoilla kvanttifysiikan laeilla kuin kvantti tietokoneita. Lisäksi tehokas kvanttikemian simulointi voisi olla mahdollista, koska nopeimmat supertietokoneet eivät saavuta tavoitetta tänään.
Kvanttitietokoneet voisivat myös ratkaista monimutkaisia optimointiongelmia ja auttaa lajittelemattoman datan nopeaan etsimiseen. Tältä osin on lukuisia sovelluksia, jotka vaihtelevat näennäisesti dynaamisen ilmasto-, terveys- tai taloudellisen tiedon lajittelusta logistiikan tai liikennevirran optimointiin.
Kvanttitietokoneet tunnistavat hyvin myös datamallit, kuten koneoppimisongelmat. Lisäksi kvanttitietokoneilla voi olla ratkaiseva rooli tulevaisuuden ennustamismallien kehittämisessä, kuten sääennusteissa.
Valmistautuminen kvanttitulevaisuuteen
Kun kilpailu kvanttitulevaisuudesta on keskipisteessä, sijoittajat ja hallintoelimet ruokkivat miljardeja dollareita kvanttitutkimus- ja kehitystyötä. Satelliittipohjaista kvanttiavainjakelua käyttävä maailmanlaajuinen viestintäverkko on jo toteutettu, ja se määrittelee polun jatkokehitykselle.
Yritykset, kuten Google, Amazon, Microsoft, IBM ja muut, tekevät suuria investointeja kvanttilaskennan resurssien eli laitteiston ja ohjelmiston kehittämiseen.
Mukaan Cosmos, Kiinan tutkijaryhmä rakensi kvanttitietokoneen, joka sai monimutkaisen laskennan päätökseen vuonna hieman yli 60 minuuttia, johon perinteisen tietokoneen on kulunut vähintään 8 vuotta saattaa loppuun.
Se on kohokohta kahden viime vuoden aikana tapahtuneessa kvanttilaskennassa. Uskotaan, että tiedeyhteisö on vihdoin saavuttanut vaikeasti saavutettavan "kvanttiedun" - missä kvanttilaskenta on pystyy ratkaisemaan kehittyneimmän ongelman, jonka klassinen tietojenkäsittely voi kirjaimellisesti viedä epäkäytännölliseksi.
Google saavutti ensimmäisen kerran kvanttitavoitteen vuonna 2019 missä he käyttivät qubittejä, jotka käyttivät virtaa laskelmien suorittamiseen. Myöhemmin vuonna 2020 kiinalainen joukkue käytti fotonisia kybittejä prosessin nopeuttamiseksi. Nyt vuonna 2021 toinen kiinalainen joukkue (jota johtaa Jian-Wei Pan Shanghain tiede- ja teknologiayliopistossa) on jälleen ylittänyt Googlen.
Sisään esipainopalvelimelle ArXiv julkaistu tutkimuspaperiTutkimusryhmä paljasti havaintonsa kvanttietuista, joissa he käyttivät suprajohtavia kvittejä kvanttiprosessorilla nimeltä Zuchongzhi, joka koostuu 66 kvitistä. Ryhmä osoitti, että Zuchongzhi pystyi manipuloimaan 56 qubittiä käsittelemään tietokoneongelman, jonka tarkoituksena oli testata tietokoneiden tehoa.
Epävarmuuden omaksuminen
Kvanttiteknologian nopeatempoinen kehitys viimeisten viiden vuoden aikana on ollut varsin jännittävää. Mukaan Quantum Daily, kvanttituotannolla odotetaan olevan monen miljardin dollarin arvo vuoden 2030 loppuun mennessä. Ennen tällaista laajamittaista käyttöönottoa on kuitenkin voitettava useita käytännön haasteita, mutta tulevaisuus näyttää kuitenkin valoisalta.
Onneksi kvanttiteoria valaisee "arvaamattomuuden" kirkkaampaa puolta. Teorian mukaan kaksi kubitia voidaan lukita toistensa kanssa todennäköisyydellä, että jokainen kiitti pysyy määrittelemätön erikseen, mutta on synkronoituna toisen kanssa, kun sitä tarkastellaan yhtenä yksikkönä - mikä tarkoittaa, että molemmat ovat 0 tai 1.
Tätä yksilöllistä arvaamattomuutta ja yhdistettyä varmuutta kutsutaan "kietoutumiseksi" - käteväksi työkaluksi useimmille kvanttilaskennan algoritmeille nykyään. Näin ollen käsittelemällä epävarmuutta varovaisesti organisaatiot voivat saada muodon omaksumaan kvanttitulevaisuuden.
Tietokoneet pienenevät, mutta ovatko ne koskaan niin pieniä, että ne eivät ole paljaalla silmällä näkymättömiä?
Lue seuraava
- Teknologia selitetty
- Quantum Computing
Tilaa uutiskirjeemme
Liity uutiskirjeeseemme, jossa on teknisiä vinkkejä, arvosteluja, ilmaisia e-kirjoja ja erikoistarjouksia!
Vielä yksi askel !!!
Vahvista sähköpostiosoitteesi juuri lähettämässäsi sähköpostiviestissä.