რა არის კვანტური გამოთვლა? გამოთვლითი ევოლუციის შემდეგი ერა, ახსნილი

როდესაც პირველად წააწყდებით ტერმინს „კვანტური კომპიუტერი“, შეიძლება ის გადაიტანოთ, როგორც შორს წასულ სამეცნიერო ფანტასტიკის კონცეფცია, ვიდრე სერიოზული მიმდინარე სიახლე.

მაგრამ იმ ფრაზის მზარდი სიხშირით გავრცელების გამო, გასაგებია იმის გაფიქრება, თუ რა არის კვანტური კომპიუტერები და ისევე გასაგებია, რომ დაკარგო, თუ სად ჩაყვინთა. აქ არის მიმოხილვა იმის შესახებ, თუ რა არის კვანტური კომპიუტერები, რატომ არის ამდენი ხმაური მათ გარშემო და რას შეიძლება ნიშნავდეს ისინი თქვენთვის.

რა არის კვანტური გამოთვლა და როგორ მუშაობს იგი?

ყველა გამოთვლა ეყრდნობა ბიტებს, ინფორმაციის უმცირეს ერთეულს, რომელიც დაშიფრულია როგორც "ჩართული" ან "გამორთული" მდგომარეობა, რომელიც უფრო ხშირად მოიხსენიება როგორც 1 ან 0, ზოგიერთ ფიზიკურ ან სხვა გარემოში.

უმეტეს დროს, ცოტა იღებს ელექტრული სიგნალის ფიზიკურ ფორმას, რომელიც მოძრაობს კომპიუტერის დედაპლატის სქემებზე. რამდენიმე ბიტის ერთმანეთში სტრიქონებით, ჩვენ შეგვიძლია წარმოვადგინოთ უფრო რთული და სასარგებლო რამ, როგორიცაა ტექსტი, მუსიკა და სხვა.

ორი ძირითადი განსხვავება კვანტურ ბიტებსა და "კლასიკურ" ბიტებს შორის (კომპიუტერებიდან, რომლებსაც დღეს ვიყენებთ) არის ბიტების ფიზიკური ფორმა და, შესაბამისად, მათში კოდირებული მონაცემების ბუნება. კლასიკური კომპიუტერის ელექტრული ბიტები შეიძლება არსებობდეს მხოლოდ ერთ მდგომარეობაში ერთდროულად, ან 1 ან 0.

კვანტური ბიტები (ან "კუბიტები") დამზადებულია სუბატომური ნაწილაკებისგან, კერძოდ ცალკეული ფოტონები ან ელექტრონები. იმის გამო, რომ ეს სუბატომური ნაწილაკები უფრო მეტად შეესაბამება კვანტური მექანიკის წესებს, ვიდრე კლასიკურ მექანიკას, ისინი აჩვენებენ კვანტური ნაწილაკების უცნაურ თვისებებს. კომპიუტერის მეცნიერებისთვის ამ თვისებიდან ყველაზე გამორჩეული სუპერპოზიციაა. ეს არის იდეა, რომ ნაწილაკი შეიძლება არსებობდეს რამდენიმე მდგომარეობაში ერთდროულად, ყოველ შემთხვევაში, სანამ ეს მდგომარეობა არ გაიზომება და იშლება ერთ მდგომარეობაში. ამ სუპერპოზიციური თვისების გამოყენებით, კომპიუტერულ მეცნიერებს შეუძლიათ გააკეთეთ ქიუბიტების კოდირება 1 და 0 ერთდროულად.

სხვა კვანტური მექანიკური აშლილობა, რომელიც კვანტურ კომპიუტერებს ახასიათებს, არის ჩახლართულობა, ორი კვანტური ნაწილაკების ან, ამ შემთხვევაში, ორი კუბიტის შეერთება. როდესაც ორი ნაწილაკი ჩახლართულია, ერთი ნაწილაკის მდგომარეობის ცვლილება შეცვლის მისი პარტნიორის მდგომარეობას პროგნოზირებადი გზა, რომელიც გამოსადეგია, როცა დროა მივიღოთ კვანტური კომპიუტერი პრობლემის პასუხის გამოსათვლელად თქვენ კვებავთ მას.

კვანტური კომპიუტერის კუბიტები იწყება მათი 1-და-0 ჰიბრიდული მდგომარეობით, რადგან კომპიუტერი თავიდან იწყებს პრობლემის გადაჭრას. როდესაც ამონახსნილია, კუბიტები სუპერპოზიციაში იშლება სტაბილური 1-ებისა და 0-ების სწორი ორიენტაციისკენ ამოხსნის დასაბრუნებლად.

რა სარგებელი მოაქვს კვანტურ გამოთვლებს?

გარდა იმისა, რომ ისინი ყველასთვის მიუწვდომელია, გარდა ყველაზე ელიტარული კვლევითი გუნდებისა (და სავარაუდოდ ასე დარჩებიან ცოტა ხნით), ჩვენგან უმეტესობას კვანტური კომპიუტერების გამოყენება არ აქვს. ისინი არ გვთავაზობენ რაიმე რეალურ უპირატესობას კლასიკურ კომპიუტერებთან შედარებით, იმ ტიპის დავალებისთვის, რომლებსაც ჩვენ უმეტესად ვასრულებთ.

თუმცა, ყველაზე ძლიერ კლასიკურ სუპერკომპიუტერებსაც კი უჭირთ გარკვეული პრობლემების მოგვარება მათი თანდაყოლილი გამოთვლითი სირთულის გამო. ეს იმიტომ ხდება, რომ ზოგიერთი გამოთვლების მიღწევა შესაძლებელია მხოლოდ უხეში ძალის გამოყენებით, გამოცნობით, სანამ პასუხი არ მოიძებნება. ისინი მთავრდება იმდენი შესაძლო გადაწყვეტით, რომ ათასობით წელი დასჭირდება მსოფლიოს ყველა სუპერკომპიუტერის გაერთიანებას სწორი გამოსავლის პოვნაში.

კუბიტების მიერ გამოვლენილი სუპერპოზიციის თვისება სუპერკომპიუტერებს საშუალებას აძლევს სწრაფად შეამცირონ გამოცნობის დრო. კლასიკური გამოთვლის შრომატევადი საცდელი და შეცდომის გამოთვლები ერთდროულად მხოლოდ ერთი გამოცნობის საშუალებას იძლევა, ხოლო კვანტური კომპიუტერის კუბიტების ორმაგი 1-და-0 მდგომარეობა საშუალებას აძლევს მას ერთდროულად რამდენიმე გამოცნობა დრო.

მაშ, რა სახის პრობლემები მოითხოვს ამ შრომატევადი გამოცნობის გამოთვლას? ერთი მაგალითია ატომური სტრუქტურების სიმულაცია, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც ისინი ქიმიურად ურთიერთქმედებენ სხვა ატომებთან. კვანტური კომპიუტერით, რომელიც აძლიერებს ატომურ მოდელირებას, მატერიალური მეცნიერების მკვლევარებს შეუძლიათ შექმნან ახალი ნაერთები ინჟინერიასა და წარმოებაში გამოსაყენებლად. კვანტური კომპიუტერები კარგად შეეფერება ისეთი რთული სისტემების სიმულაციას, როგორიცაა ეკონომიკური საბაზრო ძალები, ასტროფიზიკური დინამიკა ან გენეტიკური მუტაციის ნიმუშები ორგანიზმებში, რომ დავასახელოთ მხოლოდ რამდენიმე.

თუმცა, ამ განვითარებადი ტექნოლოგიის ყველა ამ ზოგადად შეურაცხმყოფელი გამოყენების ფონზე, ასევე არსებობს კვანტური კომპიუტერების გამოყენება, რაც სერიოზულ შეშფოთებას იწვევს. ყველაზე ხშირად მოხსენიებული ზიანი არის კვანტური კომპიუტერების პოტენციალი დაარღვიე ზოგიერთი ყველაზე ძლიერი დაშიფვრის ალგორითმი, რომელიც ამჟამად გამოიყენება.

აგრესიული უცხოური მთავრობის მოწინააღმდეგის ხელში, კვანტურ კომპიუტერებს შეუძლიათ კომპრომეტირება გაუკეთონ ფართო ნაწილს. სხვაგვარად უსაფრთხო ინტერნეტ ტრაფიკი, რომელიც ტოვებს მგრძნობიარე კომუნიკაციებს ფართოდ გავრცელებისთვის მეთვალყურეობა. ამჟამად მიმდინარეობს მუშაობა დაშიფვრის შიფრების მომწიფებაზე გათვლების საფუძველზე, რომლებიც ჯერ კიდევ რთულია კვანტური კომპიუტერებისთვისაც კი, მაგრამ ისინი ყველა არ არიან მზად პრაიმ-თაიმისთვის, ან ამჟამად ფართოდ მიღებული.

შესაძლებელია თუ არა კვანტური გამოთვლა?

ათწლეულზე ცოტა მეტი ხნის წინ, კვანტური კომპიუტერების ფაქტობრივი წარმოება ძლივს იყო საწყის ეტაპზე. თუმცა, 2010-იანი წლებიდან დაიწყო ფუნქციური კვანტური კომპიუტერების პროტოტიპის განვითარება. რიგმა კომპანიამ რამდენიმე წლის წინ ააწყო სამუშაო კვანტური კომპიუტერები, IBM-მა მიაღწია იქამდე, რომ მკვლევარებსა და ჰობისტებს საშუალებას აძლევს აწარმოებენ მასზე საკუთარ პროგრამებს ღრუბლის საშუალებით.

IBM-ის მსგავსმა კომპანიებმა უდავოდ გადადგმული ნაბიჯების მიუხედავად მოქმედი პროტოტიპების შესაქმნელად, კვანტური კომპიუტერები ჯერ კიდევ საწყის ეტაპზეა. ამჟამად, კვანტური კომპიუტერები, რომლებიც კვლევითმა გუნდებმა აქამდე ააშენეს, დიდ ხარჯებს მოითხოვს შეცდომების გამოსწორების შესასრულებლად. თითოეული კუბიტისთვის, რომელიც რეალურად ასრულებს გამოთვლას, არის რამდენიმე ათეული, რომელთა ამოცანაა შეცდომის ანაზღაურება. ყველა ამ კუბიტის ერთობლიობა ქმნის იმას, რასაც "ლოგიკური კუბიტი" ეწოდება.

მოკლედ, ინდუსტრიამ და აკადემიურმა ტიტანებმა კვანტური კომპიუტერები იმუშავეს, მაგრამ ამას ძალიან არაეფექტურად აკეთებენ.

ვის აქვს კვანტური კომპიუტერი?

სასტიკი კონკურენცია კვანტურ კომპიუტერის მკვლევარებს შორის ჯერ კიდევ მძვინვარებს, დიდ და პატარა მოთამაშეებს შორის. მათ შორის, ვისაც აქვს მომუშავე კვანტური კომპიუტერები, არის ტრადიციულად დომინანტური ტექნოლოგიური კომპანიები: IBM, Intel, Microsoft და Google.

რამდენადაც შრომატევადი და ძვირადღირებული საწარმოა, როგორც კვანტური კომპიუტერის შექმნა, არის გასაოცარი რაოდენობის მცირე კომპანიები და თუნდაც სტარტაპები, რომლებიც ასრულებენ გამოწვევას.

შედარებით მჭლე D-Wave Systems-მა ხელი შეუწყო ბევრ წინსვლას ამ სფეროში და დაამტკიცა, რომ ეს არ იყო კამათის გარეშე, უპასუხა Google-ის მნიშვნელოვან განცხადებას ა უზარმაზარი გარიგება Los Alamos National Labs-თან. მიუხედავად ამისა, უფრო მცირე კონკურენტები, როგორიცაა Rigetti Computing, ასევე იბრძვიან კვანტური გამოთვლის ნოვატორებად ჩამოყალიბება.

იმისდა მიხედვით, თუ ვის სთხოვთ, თქვენ მიიღებთ განსხვავებულ ლიდერს "ყველაზე ძლიერი" კვანტური კომპიუტერისთვის. Google-მა, რა თქმა უნდა, ცოტა ხნის წინ დააფიქსირა თავისი საქმე კვანტური უზენაესობის მიღწევა, მეტრიკა, რომელიც თავად Google-მა მეტ-ნაკლებად შეიმუშავა. კვანტური უზენაესობა არის ის წერტილი, როდესაც კვანტურ კომპიუტერს პირველად შეუძლია გარკვეული გამოთვლებით აჯობოს კლასიკურ კომპიუტერს. Google-ის Sycamore პროტოტიპი 54 კუბიტით აღჭურვილმა შეძლო ამ ბარიერის გარღვევა პრობლემის ქვემოთ სამწუთნახევარი, რომელსაც უძლიერეს კლასიკურ სუპერკომპიუტერს 10000 წელი დასჭირდება მეშვეობით.

ცოტა არ იყოს, D-Wave ამაყობს, რომ მოწყობილობები, რომლებსაც ის მალე მიაწოდებს Los Alamos-ს, იწონის 5000 კუბიტს, თუმცა უნდა აღინიშნოს, რომ D-Wave-ის კუბიტების ხარისხი ადრეც იყო კითხვის ნიშნის ქვეშ. IBM-ს არ გაუკეთებია ისეთივე ხმაური, როგორიც Google-სა და D-Wave-ს ბოლო რამდენიმე წლის განმავლობაში, მაგრამ ისინი ჯერ არ უნდა იყოს დათვლილი, განსაკუთრებით მათი ტრეკის გათვალისწინებით. ნელი და სტაბილური მიღწევების ჩანაწერი.

მარტივად რომ ვთქვათ, მსოფლიოს უძლიერესი კვანტური კომპიუტერის რბოლა ისეთივე ღიაა, როგორც არასდროს.

ჩაანაცვლებს თუ არა კვანტური გამოთვლები ტრადიციულ გამოთვლებს?

ამაზე მოკლე პასუხი არის „არა ნამდვილად“, ყოველ შემთხვევაში უახლოეს მომავალში. კვანტურ კომპიუტერებს ფუნქციონირებისთვის დიდი მოცულობის აღჭურვილობა და კარგად მორგებული გარემო სჭირდებათ. წამყვანი არქიტექტურა მოითხოვს გაგრილებას აბსოლუტურ ნულზე მაღლა, რაც იმას ნიშნავს, რომ ისინი თითქმის არ არიან პრაქტიკული ჩვეულებრივი მომხმარებლისთვის.

მაგრამ როგორც Cloud Computing-ის აფეთქებამ დაამტკიცა, თქვენ არ გჭირდებათ სპეციალიზებული კომპიუტერის ფლობა მისი შესაძლებლობების გამოსაყენებლად. როგორც ზემოთ აღინიშნა, IBM უკვე სთავაზობს გაბედულ ტექნოფილებს პროგრამების გაშვების შანსს მისი მცირე ქვეჯგუფზე. Q System One-ის კუბიტები. დროთა განმავლობაში, IBM და მისი კონკურენტები, სავარაუდოდ, გაყიდიან გამოთვლილ დროს უფრო მძლავრ კვანტურ კომპიუტერებზე მათთვის, ვინც დაინტერესებულია მათი გამოყენება სხვაგვარად გაუგებარ პრობლემებზე.

მაგრამ თუ თქვენ არ იკვლევთ იმ განსაკუთრებულად სახიფათო პრობლემებს, რომელთა გადაჭრასაც კვანტური კომპიუტერები მიზნად ისახავს, ​​თქვენ ალბათ მათთან დიდად არ ურთიერთობთ. ფაქტობრივად, კვანტური კომპიუტერები ზოგ შემთხვევაში უარესად ასრულებენ იმ ამოცანებს, რომლებსაც ჩვენ ვიყენებთ კომპიუტერებს ყოველდღიურად, მხოლოდ იმიტომ, რომ კვანტური კომპიუტერები იმდენად ჰიპერსპეციალიზებულია. თუ თქვენ არ ხართ აკადემიკოსი, რომელიც აწარმოებს ისეთ მოდელირებას, სადაც კვანტური გამოთვლები აყვავდება, თქვენ ალბათ ვერასოდეს მოხვდებით და არც დაგჭირდებათ.

რედაქტორების რეკომენდაციები

• რა არის GDDR7? ყველაფერი რაც თქვენ უნდა იცოდეთ შემდეგი თაობის VRAM-ის შესახებ
• Intel ფიქრობს, რომ თქვენს მომავალ პროცესორს სჭირდება AI პროცესორი - აი, რატომ
• Surface Pro 10: აი, რას უნდა ველოდოთ შემდეგი თაობისგან
• ChatGPT ახლახან ჩაერთო ინტერნეტში. Შემდეგ რა მოხდება?
• არის თუ არა Apple-ის Mac Mini M2 რაიმე კარგი? აი, რას ამბობს მიმოხილვები