Шта је квантно рачунарство? Следећа ера рачунарске еволуције, објашњено

Када први пут наиђете на појам „квантни рачунар“, могли бисте га проћи као неки далеки концепт научне фантастике, а не као озбиљну актуелну вијест.

Али с обзиром на то да се фраза све чешће пушта, разумљиво је запитати се шта су тачно квантни рачунари, а исто тако је разумљиво и бити у недоумици где да зароните. Ево сажетка о томе шта су квантни рачунари, зашто се око њих толико бруја и шта би могли да значе за вас.

Шта је квантно рачунарство и како функционише?

Сво рачунарство се ослања на битове, најмању јединицу информација која је кодирана као „укључено“ или „искључено“ стање, које се чешће назива 1 или 0, у неком физичком медију или другом.

Већину времена, бит преузима физички облик електричног сигнала који путује преко кола на матичној плочи рачунара. Повезујући више битова заједно, можемо представити сложеније и корисније ствари попут текста, музике и још много тога.

Две кључне разлике између квантних битова и „класичних“ битова (од рачунара које данас користимо) су физички облик који битови попримају и, сходно томе, природа података кодираних у њима. Електрични битови класичног рачунара могу постојати само у једном стању у исто време, било 1 или 0.

Квантни битови (или „кубити“) су направљене од субатомских честица, односно појединачни фотони или електрони. Пошто ове субатомске честице више одговарају правилима квантне механике него класичне механике, оне показују бизарна својства квантних честица. Најистакнутије од ових својстава за компјутерске научнике је суперпозиција. Ово је идеја да честица може постојати у више стања истовремено, барем док се то стање не измери и колабира у једно стање. Користећи ово својство суперпозиције, компјутерски научници могу учините да кубити истовремено кодирају 1 и 0.

Друга квантно-механичка необичност због које су квантни рачунари откуцани је заплетање, повезивање две квантне честице или, у овом случају, два кубита. Када су две честице уплетене, промена стања једне честице ће променити стање њеног партнера у предвидљив начин, који добро дође када дође време да добијете квантни рачунар да израчуна одговор на проблем ти га храниш.

Кубити квантног рачунара почињу у свом хибридном стању 1-и-0 док рачунар у почетку почиње да се суочава са проблемом. Када је решење пронађено, кубити у суперпозицији колабирају на исправну оријентацију стабилних 1с и 0с за враћање решења.

Која је корист од квантног рачунарства?

Осим чињенице да су далеко ван домашаја свих осим најелитнијих истраживачких тимова (и вероватно ће тако остати неко време), већина нас нема много користи од квантних рачунара. Они не нуде никакву стварну предност у односу на класичне рачунаре за врсте задатака које радимо већину времена.

Међутим, чак и најстрашнији класични суперкомпјутери тешко могу да реше одређене проблеме због њихове инхерентне сложености рачунара. То је зато што се неке калкулације могу постићи само грубом силом, нагађањем док се не пронађе одговор. На крају имају толико могућих решења да би биле потребне хиљаде година да сви светски суперкомпјутери заједно пронађу право.

Својство суперпозиције које показују кубити може омогућити суперкомпјутерима да нагло смање ово време погађања. Мукотрпна израчунавања покушаја и грешака у класичном рачунарству могу само да нагађају у исто време, док двоструко 1-и-0 стање кубита квантног рачунара омогућава му да направи више нагађања у исто време време.

Дакле, које врсте проблема захтевају све ово дуготрајно израчунавање нагађања? Један пример је симулација атомских структура, посебно када су у хемијској интеракцији са структурама других атома. Са квантним рачунаром који покреће атомско моделирање, истраживачи у науци о материјалима могли би створити нова једињења за употребу у инжењерству и производњи. Квантни рачунари су веома погодни за симулацију слично сложених система као што су економске тржишне силе, астрофизичка динамика или обрасци генетских мутација у организмима, да споменемо само неке.

Међутим, усред свих ових генерално неувредљивих примена ове технологије у настајању, постоје и неке употребе квантних рачунара које изазивају озбиљну забринутост. Далеко најчешће наведена штета је потенцијал за квантне рачунаре разбити неке од најјачих алгоритама за шифровање који се тренутно користе.

У рукама агресивног противника стране владе, квантни компјутери би могли да угрозе широк опсег иначе безбедног интернет саобраћаја, остављајући осетљиву комуникацију подложном широкој распрострањености надзор. Тренутно се ради на сазревању шифрованих шифри заснованих на прорачунима који су још увек тешки за чак и квантне рачунаре, али нису сви спремни за ударно време, нити су тренутно широко прихваћени.

Да ли је квантно рачунарство уопште могуће?

Пре нешто више од деценије, стварна производња квантних рачунара једва је била у почетним фазама. Међутим, почевши од 2010-их, развој функционалних прототипова квантних рачунара је кренуо. Бројне компаније су склопиле квантне рачунаре који раде пре неколико година, а ИБМ је отишао толико далеко да је омогућио истраживачима и хобистима да покрећу своје програме на њему преко облака.

Упркос искорацима које су компаније попут ИБМ-а несумњиво направиле да направе функционалне прототипове, квантни рачунари су још увек у повоју. Тренутно, квантни рачунари које су истраживачки тимови до сада конструисали захтевају много додатних трошкова за извршавање исправљања грешака. За сваки кубит који заправо врши прорачун, постоји неколико десетина чији је посао да надокнаде нечију грешку. Збир свих ових кубита чини оно што се зове „логички кубит“.

Укратко, индустријски и академски титани су натерали квантне рачунаре да раде, али они то раде веома неефикасно.

Ко има квантни рачунар?

Оштра конкуренција између истраживача квантних компјутера и даље бесни, између великих и малих играча. Међу онима који имају функционалне квантне рачунаре су традиционално доминантне технолошке компаније које би се очекивале: ИБМ, Интел, Мицрософт и Гоогле.

Колико год да је стварање квантног рачунара захтеван и скуп подухват, постоји изненађујући број мањих компанија, па чак и стартапова који се суочавају са изазовом.

Компаративно мршави Д-Ваве Системс је подстакао многе напретке у овој области и доказао да то није ван расправе тако што је на Гооглеову важну најаву одговорио вестима о а велики посао са Лос Аламос Натионал Лабс. Ипак, мањи конкуренти као што је Ригетти Цомпутинг су такође у трци етаблирајући се као иноватори у квантном рачунарству.

У зависности од тога кога питате, добићете другачијег фаворита за „најмоћнији“ квантни рачунар. Гугл се сигурно недавно показао својим постизање квантне превласти, метрику коју је сам Гугл мање-више осмислио. Квантна надмоћ је тачка у којој је квантни рачунар први у стању да надмаши класични рачунар у неком прорачуну. Гоогле-ов прототип Сицаморе опремљен са 54 кубита, успео је да пробије ту баријеру тако што је прошао кроз проблем за нешто мање три и по минута за које би најмоћнијем класичном суперкомпјутеру требало 10.000 година да се распрши кроз.

Да не дуљимо, Д-Ваве се хвали да уређаји које ће ускоро испоручити Лос Аламосу имају тежину од 5000 кубита по комаду, иако треба напоменути да квалитет Д-Ваве кубита је раније био доведен у питање. ИБМ није направио исту врсту потреса као Гугл и Д-Ваве у последњих неколико година, али ни њих још не треба рачунати, посебно имајући у виду њихов пут евиденцију спорих и сталних постигнућа.

Једноставно речено, трка за најмоћнијим квантним рачунаром на свету је отворена као и увек.

Да ли ће квантно рачунарство заменити традиционално рачунарство?

Кратак одговор на ово је „не баш“, барем у блиској будућности. Квантни рачунари захтевају огромну количину опреме и фино подешена окружења за рад. Водећа архитектура захтева хлађење на само степени изнад апсолутне нуле, што значи да нису ни приближно практичне за обичне потрошаче.

Али како је експлозија рачунарства у облаку доказана, не морате да поседујете специјализовани рачунар да бисте искористили његове могућности. Као што је горе поменуто, ИБМ већ нуди смелим технофилима прилику да покрећу програме на малом подскупу својих К Систем Оне кубити. Временом ће ИБМ и његови конкуренти вероватно продати време за рачунање на робуснијим квантним рачунарима за оне који су заинтересовани да их примене на иначе недокучиве проблеме.

Али ако не истражујете врсте изузетно лукавих проблема које квантни рачунари имају за циљ да реше, вероватно нећете много комуницирати са њима. У ствари, квантни рачунари су у неким случајевима лошији у врсти задатака за које свакодневно користимо рачунаре, чисто зато што су квантни рачунари тако хиперспецијализовани. Осим ако нисте академик који се бави моделирањем у којем квантно рачунарство напредује, вероватно га никада нећете добити, нити ће вам то бити потребно.

Препоруке уредника

• Шта је ГДДР7? Све што треба да знате о ВРАМ-у следеће генерације
• Интел мисли да је вашем следећем ЦПУ-у потребан АИ процесор – ево зашто
• Сурфаце Про 10: ево шта можете очекивати од следеће генерације
• ЦхатГПТ се управо прикључио на интернет. Шта се даље дешава?
• Да ли је Апплеов Мац Мини М2 добар? Ево шта кажу рецензије