Όταν συναντήσετε για πρώτη φορά τον όρο «κβαντικός υπολογιστής», μπορεί να τον χαρακτηρίσετε ως μια μακρινή έννοια επιστημονικής φαντασίας και όχι ως μια σοβαρή τρέχουσα είδηση.
Περιεχόμενα
- Τι είναι ο κβαντικός υπολογισμός και πώς λειτουργεί;
- Ποιο είναι το όφελος του κβαντικού υπολογισμού;
- Είναι ακόμη δυνατός ο κβαντικός υπολογισμός;
- Ποιος έχει κβαντικό υπολογιστή;
- Θα αντικαταστήσει ο κβαντικός υπολογιστής τον παραδοσιακό υπολογιστή;
Αλλά με τη φράση να πετιέται με αυξανόμενη συχνότητα, είναι κατανοητό να αναρωτιόμαστε τι ακριβώς είναι οι κβαντικοί υπολογιστές και εξίσου κατανοητό να χάνουμε το πού να βουτήξουμε. Ακολουθεί η σύνοψη σχετικά με το τι είναι οι κβαντικοί υπολογιστές, γιατί υπάρχει τόσο μεγάλος θόρυβος γύρω τους και τι μπορεί να σημαίνουν για εσάς.
Προτεινόμενα βίντεο
Τι είναι ο κβαντικός υπολογισμός και πώς λειτουργεί;
Όλοι οι υπολογιστές βασίζονται σε bit, τη μικρότερη μονάδα πληροφοριών που κωδικοποιείται ως κατάσταση "ενεργοποίησης" ή κατάστασης "απενεργοποίησης", που συνήθως αναφέρεται ως 1 ή 0, σε κάποιο φυσικό μέσο ή σε άλλο.
Σχετίζεται με
- Οι καλύτερες προσφορές για επιτραπέζιους υπολογιστές: Οι φθηνότερες προσφορές για υπολογιστές που βρήκαμε
- Ο υπερυπολογιστής της Nvidia μπορεί να φέρει μια νέα εποχή στο ChatGPT
- Τι είναι το AMD 3D V-Cache; Ξεκλείδωτη επιπλέον απόδοση παιχνιδιού
Τις περισσότερες φορές, ένα κομμάτι παίρνει τη φυσική μορφή ενός ηλεκτρικού σήματος που ταξιδεύει πάνω από τα κυκλώματα στη μητρική πλακέτα του υπολογιστή. Συνδυάζοντας πολλά bit μαζί, μπορούμε να αναπαραστήσουμε πιο περίπλοκα και χρήσιμα πράγματα όπως κείμενο, μουσική και άλλα.
Οι δύο βασικές διαφορές μεταξύ των κβαντικών και των «κλασικών» bit (από τους υπολογιστές που χρησιμοποιούμε σήμερα) είναι η φυσική μορφή που παίρνουν τα bit και, αντίστοιχα, η φύση των δεδομένων που κωδικοποιούνται σε αυτά. Τα ηλεκτρικά bit ενός κλασικού υπολογιστή μπορούν να υπάρχουν μόνο σε μία κατάσταση κάθε φορά, είτε 1 είτε 0.
Κβαντικά bit (ή "qubits") αποτελούνται από υποατομικά σωματίδια, δηλαδή μεμονωμένα φωτόνια ή ηλεκτρόνια. Επειδή αυτά τα υποατομικά σωματίδια συμμορφώνονται περισσότερο με τους κανόνες της κβαντικής μηχανικής παρά με την κλασική μηχανική, παρουσιάζουν τις παράξενες ιδιότητες των κβαντικών σωματιδίων. Η πιο σημαντική από αυτές τις ιδιότητες για τους επιστήμονες υπολογιστών είναι η υπέρθεση. Αυτή είναι η ιδέα ότι ένα σωματίδιο μπορεί να υπάρχει σε πολλές καταστάσεις ταυτόχρονα, τουλάχιστον μέχρι να μετρηθεί αυτή η κατάσταση και να καταρρεύσει σε μια ενιαία κατάσταση. Αξιοποιώντας αυτήν την ιδιότητα υπέρθεσης, οι επιστήμονες υπολογιστών μπορούν κάντε τα qubits να κωδικοποιούν το 1 και το 0 ταυτόχρονα.
Η άλλη κβαντομηχανική ιδιορρυθμία που κάνει τους κβαντικούς υπολογιστές να ξεχωρίζουν είναι η εμπλοκή, μια σύνδεση δύο κβαντικών σωματιδίων ή, στην περίπτωση αυτή, δύο qubits. Όταν τα δύο σωματίδια μπλέκονται, η αλλαγή στην κατάσταση ενός σωματιδίου θα αλλάξει την κατάσταση του συντρόφου του σε ένα προβλέψιμος τρόπος, ο οποίος είναι χρήσιμος όταν έρθει η ώρα να αποκτήσετε έναν κβαντικό υπολογιστή για να υπολογίσετε την απάντηση στο πρόβλημα το ταΐζεις.
Τα qubits ενός κβαντικού υπολογιστή ξεκινούν στην υβριδική τους κατάσταση 1 και 0, καθώς ο υπολογιστής αρχίζει αρχικά να τσακίζει μέσα από ένα πρόβλημα. Όταν βρεθεί η λύση, τα qubits στην υπέρθεση καταρρέουν στον σωστό προσανατολισμό των σταθερών 1 και 0 για την επιστροφή της λύσης.
Ποιο είναι το όφελος του κβαντικού υπολογισμού;
Εκτός από το γεγονός ότι είναι πολύ πιο μακριά από όλες εκτός από τις πιο ελίτ ερευνητικές ομάδες (και πιθανότατα θα παραμείνουν έτσι για λίγο), οι περισσότεροι από εμάς δεν έχουμε πολλή χρήση για κβαντικούς υπολογιστές. Δεν προσφέρουν κανένα πραγματικό πλεονέκτημα σε σχέση με τους κλασικούς υπολογιστές για τα είδη εργασιών που κάνουμε τις περισσότερες φορές.
Ωστόσο, ακόμη και οι πιο τρομεροί κλασικοί υπερυπολογιστές δυσκολεύονται να αντιμετωπίσουν ορισμένα προβλήματα λόγω της εγγενούς υπολογιστικής πολυπλοκότητάς τους. Αυτό συμβαίνει επειδή ορισμένοι υπολογισμοί μπορούν να επιτευχθούν μόνο με ωμή βία, μαντεύοντας μέχρι να βρεθεί η απάντηση. Καταλήγουν σε τόσες πολλές πιθανές λύσεις που θα χρειαστούν χιλιάδες χρόνια για να βρουν τη σωστή λύση όλοι οι υπερυπολογιστές του κόσμου μαζί.
Η ιδιότητα υπέρθεσης που παρουσιάζεται από τα qubits μπορεί να επιτρέψει στους υπερυπολογιστές να μειώσουν απότομα αυτόν τον χρόνο εικασίας. Οι επίπονοι υπολογισμοί δοκιμής και λάθους της κλασικής υπολογιστικής μπορούν να κάνουν μόνο έναν να μαντέψει τη φορά, ενώ η διπλή κατάσταση 1 και 0 των qubits ενός κβαντικού υπολογιστή του επιτρέπει να κάνει πολλές εικασίες ταυτόχρονα χρόνος.
Λοιπόν, τι είδους προβλήματα απαιτούν όλον αυτόν τον χρονοβόρο υπολογισμό εικασιών; Ένα παράδειγμα είναι η προσομοίωση ατομικών δομών, ειδικά όταν αλληλεπιδρούν χημικά με εκείνες άλλων ατόμων. Με έναν κβαντικό υπολογιστή που τροφοδοτεί την ατομική μοντελοποίηση, οι ερευνητές στην επιστήμη των υλικών θα μπορούσαν να δημιουργήσουν νέες ενώσεις για χρήση στη μηχανική και την κατασκευή. Οι κβαντικοί υπολογιστές είναι κατάλληλοι για την προσομοίωση παρόμοια περίπλοκων συστημάτων όπως οι δυνάμεις της οικονομικής αγοράς, η αστροφυσική δυναμική ή τα πρότυπα γενετικών μεταλλάξεων σε οργανισμούς, για να αναφέρουμε μόνο μερικά.
Ωστόσο, ανάμεσα σε όλες αυτές τις γενικά απαράδεκτες εφαρμογές αυτής της αναδυόμενης τεχνολογίας, υπάρχουν επίσης ορισμένες χρήσεις κβαντικών υπολογιστών που εγείρουν σοβαρές ανησυχίες. Μακράν η πιο συχνά αναφερόμενη βλάβη είναι η δυνατότητα των κβαντικών υπολογιστών σπάστε μερικούς από τους ισχυρότερους αλγόριθμους κρυπτογράφησης που χρησιμοποιούνται αυτήν τη στιγμή.
Στα χέρια ενός επιθετικού αντιπάλου της ξένης κυβέρνησης, οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούσαν να θέσουν σε κίνδυνο ένα ευρύ φάσμα κατά τα άλλα ασφαλούς διαδικτυακής κίνησης, αφήνοντας ευαίσθητες επικοινωνίες ευάλωτες σε ευρεία διάδοση επιτήρηση. Επί του παρόντος αναλαμβάνονται εργασίες για την ωρίμανση κρυπτογράφησης κρυπτογράφησης με βάση υπολογισμούς που είναι ακόμη δύσκολοι για ακόμη και κβαντικούς υπολογιστές, αλλά δεν είναι όλοι έτοιμοι για prime-time, ούτε έχουν υιοθετηθεί ευρέως επί του παρόντος.
Είναι ακόμη δυνατός ο κβαντικός υπολογισμός;
Πριν από λίγο περισσότερο από μια δεκαετία, η πραγματική κατασκευή κβαντικών υπολογιστών ήταν μόλις στα αρχικά της στάδια. Ωστόσο, ξεκινώντας από τη δεκαετία του 2010, η ανάπτυξη λειτουργικών πρωτότυπων κβαντικών υπολογιστών απογειώθηκε. Ορισμένες εταιρείες έχουν συναρμολογήσει λειτουργικούς κβαντικούς υπολογιστές πριν από μερικά χρόνια, με την IBM να έχει φτάσει στο σημείο να επιτρέπει σε ερευνητές και χομπίστες να τρέχουν τα δικά τους προγράμματα σε αυτό μέσω του cloud.
Παρά τα βήματα που αναμφίβολα έχουν κάνει εταιρείες όπως η IBM για την κατασκευή λειτουργικών πρωτοτύπων, οι κβαντικοί υπολογιστές βρίσκονται ακόμη στα σπάργανα. Επί του παρόντος, οι κβαντικοί υπολογιστές που έχουν κατασκευάσει οι ερευνητικές ομάδες μέχρι στιγμής απαιτούν πολλά γενικά έξοδα για την εκτέλεση διόρθωσης σφαλμάτων. Για κάθε qubit που εκτελεί πραγματικά έναν υπολογισμό, υπάρχουν αρκετές δεκάδες των οποίων η δουλειά είναι να αντισταθμίσουν το λάθος του ενός. Το άθροισμα όλων αυτών των qubits κάνει αυτό που ονομάζεται "λογικό qubit".
Με λίγα λόγια, οι τιτάνες της βιομηχανίας και των ακαδημαϊκών έχουν βάλει τους κβαντικούς υπολογιστές να λειτουργούν, αλλά το κάνουν πολύ αναποτελεσματικό.
Ποιος έχει κβαντικό υπολογιστή;
Ο σκληρός ανταγωνισμός μεταξύ των ερευνητών κβαντικών υπολογιστών εξακολουθεί να μαίνεται, μεταξύ μεγάλων και μικρών παικτών. Μεταξύ εκείνων που διαθέτουν λειτουργικούς κβαντικούς υπολογιστές είναι οι παραδοσιακά κυρίαρχες εταιρείες τεχνολογίας που θα περίμενε κανείς: IBM, Intel, Microsoft και Google.
Όσο απαιτητικό και δαπανηρό είναι ένα εγχείρημα όπως είναι η δημιουργία ενός κβαντικού υπολογιστή, υπάρχει ένας εκπληκτικός αριθμός μικρότερων εταιρειών και ακόμη και νεοφυών επιχειρήσεων που ανταποκρίνονται στην πρόκληση.
Το συγκριτικά αδύνατο Η D-Wave Systems έχει ωθήσει πολλές προόδους στον τομέα και απέδειξε ότι δεν ήταν εκτός αντιπαράθεσης απαντώντας στη σημαντική ανακοίνωση της Google με την είδηση του α τεράστια συμφωνία με το Los Alamos National Labs. Ωστόσο, οι μικρότεροι ανταγωνιστές όπως η Rigetti Computing είναι επίσης στην προσπάθειά τους καθιερώνονται ως καινοτόμοι κβαντικών υπολογιστών.
Ανάλογα με το ποιον ρωτάτε, θα έχετε έναν διαφορετικό πρωτοπόρο για τον «πιο ισχυρό» κβαντικό υπολογιστή. Η Google σίγουρα έκανε την υπόθεση της πρόσφατα με το επίτευξη της κβαντικής υπεροχής, μια μέτρηση που λίγο πολύ επινόησε η ίδια η Google. Η κβαντική υπεροχή είναι το σημείο στο οποίο ένας κβαντικός υπολογιστής είναι για πρώτη φορά ικανός να ξεπεράσει τον κλασικό υπολογιστή σε κάποιους υπολογισμούς. Το πρωτότυπο Sycamore της Google εξοπλισμένο με 54 qubits μπόρεσε να σπάσει αυτό το φράγμα περνώντας με φερμουάρ ένα πρόβλημα λίγο πιο κάτω τρεισήμισι λεπτά που θα χρειαζόταν ο ισχυρότερος κλασικός υπερυπολογιστής 10.000 χρόνια για να αναδευτεί διά μέσου.
Η D-Wave υπερηφανεύεται ότι οι συσκευές που θα προμηθεύσει σύντομα στο Los Alamos ζυγίζουν 5000 qubits το καθένα, αν και πρέπει να σημειωθεί ότι η ποιότητα των qubits του D-Wave έχει τεθεί υπό αμφισβήτηση στο παρελθόν. Η IBM δεν έχει κάνει την ίδια έκρηξη όπως η Google και η D-Wave τα τελευταία δύο χρόνια, αλλά δεν πρέπει να μετρηθούν ακόμη, ειδικά αν λάβουμε υπόψη το κομμάτι τους ρεκόρ αργών και σταθερών επιτευγμάτων.
Με απλά λόγια, ο αγώνας για τον πιο ισχυρό κβαντικό υπολογιστή στον κόσμο είναι τόσο ανοιχτός όσο ήταν ποτέ.
Θα αντικαταστήσει ο κβαντικός υπολογιστής τον παραδοσιακό υπολογιστή;
Η σύντομη απάντηση σε αυτό είναι «δεν είναι πραγματικά», τουλάχιστον για το εγγύς μέλλον. Οι κβαντικοί υπολογιστές απαιτούν τεράστιο όγκο εξοπλισμού και καλά συντονισμένα περιβάλλοντα για να λειτουργήσουν. Η κορυφαία αρχιτεκτονική απαιτεί ψύξη σε βαθμούς πάνω από το απόλυτο μηδέν, που σημαίνει ότι δεν είναι καθόλου πρακτικά για τους απλούς καταναλωτές.
Όμως, όπως έχει αποδείξει η έκρηξη του cloud computing, δεν χρειάζεται να έχετε έναν εξειδικευμένο υπολογιστή για να αξιοποιήσετε τις δυνατότητές του. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η IBM προσφέρει ήδη στους τολμηρούς τεχνόφιλους την ευκαιρία να εκτελούν προγράμματα σε ένα μικρό υποσύνολο του Q System One's qubits. Με τον καιρό, η IBM και οι ανταγωνιστές της πιθανότατα θα πουλήσουν υπολογιστικό χρόνο σε πιο ισχυρούς κβαντικούς υπολογιστές για όσους ενδιαφέρονται να τους εφαρμόσουν σε διαφορετικά ανεξερεύνητα προβλήματα.
Αλλά αν δεν ερευνάτε τα είδη των εξαιρετικά δύσκολων προβλημάτων που στοχεύουν να λύσουν οι κβαντικοί υπολογιστές, πιθανότατα δεν θα αλληλεπιδράσετε πολύ μαζί τους. Στην πραγματικότητα, οι κβαντικοί υπολογιστές είναι σε ορισμένες περιπτώσεις χειρότεροι στο είδος των εργασιών για τις οποίες χρησιμοποιούμε τους υπολογιστές καθημερινά, καθαρά επειδή οι κβαντικοί υπολογιστές είναι τόσο υπερεξειδικευμένοι. Αν δεν είστε ακαδημαϊκός που τρέχει το είδος της μοντελοποίησης όπου ευδοκιμεί ο κβαντικός υπολογιστής, πιθανότατα δεν θα το πάρετε ποτέ στα χέρια σας και δεν θα χρειαστεί ποτέ.
Συστάσεις των συντακτών
- Τι είναι το GDDR7; Όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε για την επόμενη γενιά VRAM
- Η Intel πιστεύει ότι η επόμενη CPU σας χρειάζεται έναν επεξεργαστή AI — να γιατί
- Surface Pro 10: Δείτε τι να περιμένετε από την επόμενη γενιά
- Το ChatGPT μόλις συνδέθηκε στο διαδίκτυο. Τι συμβαίνει μετά?
- Είναι καλό το Mac Mini M2 της Apple; Να τι λένε οι κριτικές
