Kuantum Hesaplama Nedir? Hesaplamalı Evrimin Sonraki Çağı Açıklanıyor

"Kuantum bilgisayarı" terimiyle ilk karşılaştığınızda, onu ciddi bir güncel haberden çok, çok yaygın bir bilim kurgu kavramı olarak algılayabilirsiniz.

Ancak bu ifadenin giderek daha sık ortalıkta dolaşması nedeniyle, kuantum bilgisayarların tam olarak ne olduğunu merak etmek anlaşılabilir bir durumdur ve aynı şekilde nereye dalılacağını bilememek de anlaşılabilir bir durumdur. İşte kuantum bilgisayarların ne olduğu, etraflarında neden bu kadar çok konuşulduğu ve sizin için ne anlama gelebileceği hakkında özet bilgiler.

Kuantum hesaplama nedir ve nasıl çalışır?

Tüm bilgi işlem, bazı fiziksel ortamlarda veya başka bir ortamda "açık" durum veya "kapalı" durum olarak kodlanan, daha yaygın olarak 1 veya 0 olarak adlandırılan en küçük bilgi birimi olan bitlere dayanır.

Çoğu zaman bir bit, bilgisayarın anakartındaki devreler üzerinde dolaşan bir elektrik sinyalinin fiziksel biçimini alır. Birden fazla biti bir araya getirerek metin, müzik ve daha fazlası gibi daha karmaşık ve kullanışlı şeyleri temsil edebiliriz.

Kuantum bitleri ile "klasik" bitler (bugün kullandığımız bilgisayarlardan) arasındaki iki temel fark, bitlerin aldığı fiziksel biçim ve buna bağlı olarak, bunların içinde kodlanan verilerin doğasıdır. Klasik bir bilgisayarın elektriksel bitleri aynı anda yalnızca tek bir durumda, 1 veya 0 olarak mevcut olabilir.

Kuantum bitleri (veya “kübitler”) atom altı parçacıklardan oluşuryani bireysel fotonlar veya elektronlar. Bu atom altı parçacıklar, klasik mekanikten çok kuantum mekaniği kurallarına uydukları için, kuantum parçacıklarının tuhaf özelliklerini sergiliyorlar. Bilgisayar bilimcileri için bu özelliklerden en göze çarpanı süperpozisyondur. Bu, bir parçacığın aynı anda birden fazla durumda bulunabileceği, en azından bu durum ölçülüp tek bir duruma çökene kadar var olabileceği fikridir. Bu süperpozisyon özelliğinden yararlanarak bilgisayar bilimcileri şunları yapabilir: kübitlerin aynı anda 1 ve 0'ı kodlamasını sağlayın.

Kuantum bilgisayarlarının çalışmasını sağlayan diğer kuantum mekaniksel tuhaflık ise iki kuantum parçacığının veya bu durumda iki kubitin birbirine bağlanması olan dolanıklıktır. İki parçacık birbirine karıştığında, bir parçacığın durumundaki değişiklik, eşinin durumunu da değiştirecektir. Sorunun cevabını hesaplamak için bir kuantum bilgisayar almanın zamanı geldiğinde kullanışlı olan öngörülebilir bir yol sen onu besle.

Bilgisayar başlangıçta bir sorunu çözmeye başladığında kuantum bilgisayarın kübitleri 1 ve 0 hibrit durumunda başlar. Çözüm bulunduğunda, süperpozisyondaki kübitler, çözümü geri döndürmek için kararlı 1'ler ve 0'ların doğru yönelimine çöker.

Kuantum hesaplamanın faydası nedir?

En seçkin araştırma ekipleri dışında herkesin erişemeyeceği (ve muhtemelen bir süre daha öyle kalacak) gerçeğinin yanı sıra, çoğumuz kuantum bilgisayarlardan pek yararlanmıyoruz. Çoğu zaman yaptığımız görevlerde klasik bilgisayarlara göre gerçek bir avantaj sunmuyorlar.

Bununla birlikte, en zorlu klasik süper bilgisayarlar bile, doğasında olan hesaplama karmaşıklığı nedeniyle belirli sorunları çözmekte zorlanırlar. Bunun nedeni, bazı hesaplamaların yalnızca kaba kuvvetle, yanıt bulunana kadar tahminde bulunarak gerçekleştirilebilmesidir. O kadar çok olası çözümle karşılaşırlar ki, dünyadaki tüm süper bilgisayarların bir araya gelerek doğru çözümü bulması binlerce yıl alır.

Kübitlerin sergilediği süperpozisyon özelliği, süper bilgisayarların bu tahmin süresini hızla kısaltmasına olanak tanıyabilir. Klasik bilgi işlemin zahmetli deneme-yanılma hesaplamaları bir seferde yalnızca bir tahminde bulunabilir. kuantum bilgisayarın kübitlerinin ikili 1 ve 0 durumu aynı anda birden fazla tahmin yapılmasına olanak tanır zaman.

Peki ne tür problemler tüm bu zaman alıcı tahmine dayalı hesaplamaları gerektiriyor? Bir örnek, özellikle diğer atomlarınkilerle kimyasal olarak etkileşime girdiklerinde atom yapılarını simüle etmektir. Atomik modellemeyi güçlendiren bir kuantum bilgisayarıyla malzeme bilimi araştırmacıları, mühendislik ve imalatta kullanılmak üzere yeni bileşikler yaratabilirler. Kuantum bilgisayarlar, yalnızca birkaçını saymak gerekirse, ekonomik piyasa güçleri, astrofizik dinamikler veya organizmalardaki genetik mutasyon kalıpları gibi benzer karmaşık sistemleri simüle etmeye çok uygundur.

Gelişen bu teknolojinin genel olarak zararsız uygulamalarının yanı sıra, kuantum bilgisayarların ciddi endişelere yol açan bazı kullanımları da var. Şu ana kadar en sık bahsedilen zarar, kuantum bilgisayarların Şu anda kullanımda olan en güçlü şifreleme algoritmalarından bazılarını kırın.

Saldırgan bir yabancı hükümet düşmanının elinde, kuantum bilgisayarlar geniş bir alanı tehlikeye atabilir Aksi halde güvenli internet trafiğinin ortadan kaldırılması, hassas iletişimlerin yaygın saldırılara açık hale gelmesine neden olur. gözetim. Halen zor olan hesaplamalara dayalı olarak şifreleme şifrelerinin olgunlaştırılması için çalışmalar yürütülmektedir. kuantum bilgisayarların bile yapabileceği bir şey, ancak bunların hepsi prime-time için hazır değil veya şu anda geniş çapta benimsenmiş değil.

Kuantum hesaplama mümkün mü?

On yıldan biraz daha uzun bir süre önce, kuantum bilgisayarların fiili üretimi henüz başlangıç ​​aşamasındaydı. Ancak 2010'lu yıllardan itibaren işleyen prototip kuantum bilgisayarların geliştirilmesi başladı. Birkaç yıl önce çok sayıda şirket çalışan kuantum bilgisayarları topladı; IBM, araştırmacıların ve amatörlerin kuantum bilgisayarlarını kullanmalarına olanak tanıyacak kadar ileri gitti. bulut aracılığıyla kendi programlarını çalıştır.

IBM gibi şirketlerin işleyen prototipler oluşturmak konusunda hiç şüphesiz kaydettiği ilerlemelere rağmen, kuantum bilgisayarlar henüz emekleme aşamasındadır. Şu anda, araştırma ekiplerinin şimdiye kadar oluşturduğu kuantum bilgisayarlar, hata düzeltmeyi gerçekleştirmek için çok fazla ek yük gerektiriyor. Gerçekte bir hesaplama yapan her kübite karşılık, görevi kişinin hatasını telafi etmek olan birkaç düzine vardır. Tüm bu kübitlerin toplamı “mantıksal kübit” olarak adlandırılan şeyi oluşturur.

Uzun lafın kısası, endüstri ve akademik devler kuantum bilgisayarlarını çalıştırdı ancak bunu oldukça verimsiz bir şekilde yapıyorlar.

Kimin kuantum bilgisayarı var?

Kuantum bilgisayar araştırmacıları arasındaki şiddetli rekabet, hem büyük hem de küçük oyuncular arasında hâlâ sürüyor. Çalışan kuantum bilgisayarlara sahip olanlar arasında geleneksel olarak hakim teknoloji şirketleri de var: IBM, Intel, Microsoft ve Google.

Kuantum bilgisayar yaratmak kadar zahmetli ve maliyetli bir girişim olsa da, bu zorluğun üstesinden gelen şaşırtıcı sayıda küçük şirket ve hatta startup var.

Nispeten zayıf D-Wave Systems bu alanda birçok ilerlemeyi teşvik etti ve Google'ın önemli duyurusuna bir haberle yanıt vererek tartışmanın sona ermediğini kanıtladı. Los Alamos Ulusal Laboratuvarları ile büyük anlaşma. Yine de Rigetti Computing gibi daha küçük rakipler de yarışıyor. kendilerini kuantum hesaplama yenilikçileri olarak tanıtıyorlar.

Kime sorduğunuza bağlı olarak, "en güçlü" kuantum bilgisayar konusunda farklı bir öncüyle karşılaşacaksınız. Google yakın zamanda bunu kesinlikle ortaya koydu kuantum üstünlüğüne ulaşma, Google'ın az çok tasarladığı bir ölçüm. Kuantum üstünlüğü, bir kuantum bilgisayarının bazı hesaplamalarda klasik bir bilgisayardan ilk kez daha iyi performans gösterebildiği noktadır. Google'ın Sycamore prototipi 54 kübitle donatılmış cihaz, bir sorunu kısa sürede çözerek bu engeli aşmayı başardı. en güçlü klasik süper bilgisayarın çalkalanması 10.000 yıl sürecek üç buçuk dakika başından sonuna kadar.

Geride kalmamak için D-Wave, yakında Los Alamos'a tedarik edeceği cihazların her birinin 5000 kübit ağırlığında olmasıyla övünüyor. D-Wave'in kübitlerinin kalitesi daha önce de sorgulanmıştı. IBM, son birkaç yılda Google ve D-Wave ile aynı türden bir sıçrama yapmadı, ancak özellikle takip ettikleri yol göz önüne alındığında onları da henüz saymamak gerekiyor. yavaş ve istikrarlı başarıların kaydı.

Basitçe söylemek gerekirse, dünyanın en güçlü kuantum bilgisayarı yarışı her zamankinden daha açık.

Kuantum hesaplama geleneksel hesaplamanın yerini alacak mı?

Bunun kısa cevabı, en azından yakın vadeli gelecek için "gerçekten değil" olacaktır. Kuantum bilgisayarların çalışması için çok büyük miktarda ekipman ve ince ayarlanmış ortamlar gerekir. Önde gelen mimari, mutlak sıfırın yalnızca birkaç derece üzerine kadar soğutmayı gerektiriyor, bu da sıradan tüketicilerin sahip olabileceği hiçbir yerde pratik olmadığı anlamına geliyor.

Ancak bulut bilişimdeki patlamanın da kanıtladığı gibi, onun yeteneklerinden yararlanmak için özel bir bilgisayara sahip olmanıza gerek yok. Yukarıda bahsedildiği gibi IBM, cesur teknoloji tutkunlarına halihazırda kendi sistemlerinin küçük bir alt kümesinde programlar çalıştırma şansını sunuyor. Q System One'ın kübitleri. Zamanla IBM ve rakipleri, bunları başka türlü anlaşılması güç sorunlara uygulamak isteyenler için muhtemelen daha sağlam kuantum bilgisayarlarda hesaplama süresi satacak.

Ancak kuantum bilgisayarların çözmeyi amaçladığı olağanüstü karmaşık sorunları araştırmıyorsanız, muhtemelen onlarla pek fazla etkileşimde bulunmayacaksınız. Aslında kuantum bilgisayarlar, bazı durumlarda, bilgisayarları her gün kullandığımız türde görevlerde daha kötüdür; bunun tek nedeni, kuantum bilgisayarların aşırı uzmanlaşmış olmasıdır. Kuantum bilişimin geliştiği türden bir modellemeyi yürüten bir akademisyen olmadığınız sürece, muhtemelen hiçbir zaman böyle bir modele sahip olamayacaksınız ve buna da gerek duymayacaksınız.

Editörlerin Önerileri

• GDDR7 nedir? Yeni nesil VRAM hakkında bilmeniz gereken her şey
• Intel, bir sonraki CPU'nuzun bir AI işlemciye ihtiyacı olduğunu düşünüyor - işte nedeni
• Surface Pro 10: işte yeni nesilden neler beklenebilir?
• ChatGPT az önce kendisini internete bağladı. Sonra ne olur?
• Apple'ın Mac Mini M2'si iyi mi? İşte incelemeler ne diyor