Kvantno računarstvo koristi kvantnu mehaniku za obradu ogromnih količina informacija nevjerovatno velikom brzinom. Potrebno je nekoliko minuta do nekoliko sati da kvantni računar riješi problem za koji bi desktop računaru bile potrebne godine ili decenije.
Kvantno računarstvo postavlja pozornicu za novu generaciju superkompjutera. Očekuje se da će ovi kvantni računari nadmašiti postojeću tehnologiju u oblastima kao što su modeliranje, logistika, analiza trendova, kriptografija i umjetna inteligencija.
Objašnjenje kvantnog računarstva
Ideju kvantnog računarstva prvi su zamislili ranih 1980-ih Richard Feynman i Yuri Manin. Feynman i Manin su vjerovali da kvantni kompjuter može simulirati podatke na način na koji desktop računar ne može. Tek kasnih 1990-ih istraživači su napravili prve kvantne kompjutere.
Kvantno računanje koristi kvantnu mehaniku, kao što su superpozicija i zapletanje, za izvođenje proračuna. Kvantna mehanika je grana fizike koja proučava stvari koje su izuzetno male, izolirane ili hladne.
Primarna procesorska jedinica kvantnog računarstva su kvantni bitovi ili kubiti. Kubiti se kreiraju u kvantnom kompjuteru koristeći kvantno mehanička svojstva pojedinačnih atoma, subatomskih čestica ili supravodljivih električnih kola.
Kubiti su slični bitovima koje koriste desktop računari u tome što kubiti mogu biti u kvantnom stanju 1 ili 0. Kubiti se razlikuju po tome što mogu biti i u superpoziciji stanja 1 i 0, što znači da kubiti mogu predstavljati i 1 i 0 istovremeno.
Kada su kubiti u superpoziciji, dva kvantna stanja se sabiraju i rezultiraju drugim kvantnim stanjem. Superpozicija znači da se više računanja obrađuje istovremeno. Dakle, dva kubita mogu istovremeno predstavljati četiri broja. Obični računari obrađuju bitove u samo jednom od dva moguća stanja, 1 ili 0, a proračuni se obrađuju jedan po jedan.
Kvantni kompjuteri takođe koriste isprepletanje za obradu kubita. Kada je kubit zapetljan, stanje tog kubita zavisi od stanja drugog kubita tako da jedan kubit otkriva stanje njegovog neopaženog para.
Kvantni procesor je jezgro kompjutera
Kreiranje kubita je težak zadatak. Potrebno je zamrznuto okruženje da bi se kubit održao bilo koji vremenski period. Superprovodljivi materijali potrebni za stvaranje kubita moraju se ohladiti na apsolutnu nulu (oko minus 272 Celzijusa). Kubiti također moraju biti zaštićeni od pozadinske buke kako bi se smanjile greške u računanju.
Unutrašnjost kvantnog kompjutera izgleda kao fensi zlatni luster. I, da, napravljen je od pravog zlata. To je hladnjak za razrjeđivanje koji hladi kvantne čipove tako da kompjuter može kreirati superpozicije i zapletati kubite bez gubitka bilo koje informacije.
Kvantni kompjuter pravi ove kubite od bilo kog materijala koji pokazuje kvantno mehanička svojstva koja se mogu kontrolisati. Projekti kvantnog računarstva stvaraju kubite na različite načine, poput petlje supravodljive žice, rotirajućih elektrona i hvatanja jona ili impulsa fotona. Ovi kubiti postoje samo na temperaturama ispod nule koje se stvaraju u hladnjaku za razrjeđivanje.
Programski jezik kvantnog računarstva
Kvantni algoritmi analiziraju podatke i nude simulacije na osnovu podataka. Ovi algoritmi su napisani u kvantno fokusiranom programskom jeziku. Istraživači i tehnološke kompanije razvili su nekoliko kvantnih jezika.
Ovo su neki od programskih jezika kvantnog računarstva:
- QISKit: Kvantni informacioni softverski komplet iz IBM-a je biblioteka punog steka za pisanje, simulaciju i pokretanje kvantnih programa.
- Q: Programski jezik uključen u Microsoft Quantum Development Kit. Komplet za razvoj uključuje kvantni simulator i biblioteke algoritama.
- Cirq: Kvantni jezik koji je razvio Google koji koristi python biblioteku za pisanje kola i pokretanje ovih kola u kvantnim računarima i simulatorima.
- Šuma: Razvojno okruženje kreirano od strane Rigetti Computinga koje piše i pokreće kvantne programe.
Koristi se za kvantno računanje
Pravi kvantni računari postali su dostupni u posljednjih nekoliko godina, a samo nekoliko velikih tehnoloških kompanija ima kvantni računar. Neke od ovih tehnoloških kompanija uključuju Google, IBM, Intel i Microsoft. Ovi tehnološki lideri rade sa proizvođačima, firmama za finansijske usluge i biotehnološkim firmama na rešavanju raznih problema.
Dostupnost kvantnih kompjuterskih usluga i napredak u računarskoj snazi daju istraživačima i naučnicima nove alate za pronalaženje rješenja za probleme koje je ranije bilo nemoguće riješiti. Kvantno računarstvo smanjilo je količinu vremena i resursa potrebnih za analizu nevjerovatnih količina podataka, kreiranje simulacija o tim podacima, razvoj rješenja i stvaranje novih tehnologija koje rješavaju probleme.
Posao i industrija koriste kvantno računarstvo za istraživanje novih načina poslovanja. Evo nekoliko projekata kvantnog računarstva koji mogu biti od koristi biznisu i društvu:
- Zrakoplovna industrija koristi kvantno računarstvo kako bi istražila bolje načine upravljanja zračnim prometom.
- Finansijske i investicione firme se nadaju da će koristiti kvantno računarstvo za analizu rizika i povrata finansijskih ulaganja, optimizirati strategije portfelja i riješiti finansijske tranzicije.
- Proizvođači usvajaju kvantno računarstvo kako bi poboljšali svoje lance nabavke, stvorili efikasnost u svojim proizvodnim procesima i razvili nove proizvode.
- Biotehnološke firme istražuju načine da ubrzaju otkrivanje novih lijekova.
Pronađite kvantni računar i eksperimentirajte s kvantnim računarstvom
Neki kompjuterski naučnici razvijaju metode za simulaciju kvantnog računarstva na desktop računaru.
Mnoge najveće svjetske tehnološke kompanije nude kvantne usluge. Kada su upareni sa desktop računarima i sistemima, ovi kvantni servisi stvaraju okruženje u kojem kvantna obrada – sa desktop računarima – rešava složene probleme.
- IBM nudi IBM Q okruženje sa pristupom nekoliko stvarnih kvantnih računara i simulacija koje možete koristiti kroz oblak.
- Alibaba Cloud nudi platformu za kvantno računanje u oblaku na kojoj možete pokrenuti i testirati prilagođene kvantne kodove.
- Microsoft nudi kvantni razvojni komplet koji uključuje Q programski jezik, kvantne simulatore i razvojne biblioteke koda spremnog za upotrebu.
- Rigetti ima kvantno prvu cloud platformu koja je trenutno u beta fazi. Njihova platforma je unaprijed konfigurirana s njihovim Forest SDK-om.
Vijesti o kvantnom računarstvu u budućnosti
San je da će kvantni kompjuteri rješavati probleme koji su trenutno preveliki i previše složeni za rješavanje standardnim hardverom - posebno za modeliranje okoliša i suzbijanje bolesti.
Desktop računari nemaju prostora za pokretanje ovih složenih proračuna i izvođenje ove nevjerovatne količine analize podataka. Kvantno računarstvo uzima najveće velike zbirke podataka i obrađuje ove informacije u djeliću vremena nego što bi trebalo na desktop računaru. Podaci za koje bi desktop računaru trebalo nekoliko godina za obradu i analizu potrebno je samo nekoliko dana za kvantni računar.
Kvantno računarstvo je još uvek u povojima, ali ima potencijal da reši najsloženije svetske probleme brzinom svetlosti. Svatko može nagađati koliko će daleko rasti kvantno računarstvo i dostupnost kvantnih računara.
