Квантовые вычисления до недавнего времени существовали больше в сфере научной фантастики, чем в реальности. Теперь, когда вычислительные технологии и потребность в решении сложных проблем ускоряются, квантовые вычисления становятся все более популярными.
Хотя квантовые вычисления по большей части все еще находятся на стадии экспериментов и разработок, они обещают революционизировать способы и скорость выполнения вычислений.
Несмотря на рост жизнеспособности, многие люди не понимают, что такое квантовые вычисления и чем они отличаются от классических или двоичных вычислений.
Мы поговорили со специалистами в области квантовых вычислений, чтобы помочь объяснить; и получить их оценку того, как эта новая технология может в конечном итоге изменить мир.
«Квантовые вычисления — это совершенно новая парадигма, которая использует квантовую механику для обработки информации с помощью квантовых битов — кубитов», — сказал TechNewsWorld Ребел Браун, вице-президент по стратегии и маркетингу компании Quantum Computing, производителя классического и квантового программного обеспечения.
«В отличие от двоичных битов классических вычислений, которые либо включены, либо выключены, кубиты могут одновременно удерживать несколько состояний. В этом случае данные хранятся в единицах и нулях в многомерном пространстве ». Здесь она объяснила, что «единица данных может быть единицей и нулем одновременно, в зависимости от того, что происходит в других измерениях, которые влияют на этот фрагмент данных. Это упрощенное объяснение концепции «суперпозиции».
Содержание статьи
Квантовая коррекция ошибок
Хотя это может показаться волшебным, квантовые вычисления во многом уходят корнями в физический мир. Однако он использует физические реалии этого мира для решения сложных задач намного быстрее и эффективнее, чем классические вычисления.
«Это многомерное пространство может создавать вероятностные модели потенциальных результатов для задач оптимизации бизнеса», — сказал Браун. «Квантовые подходы также могут обрабатывать большие объемы данных, поэтому они ускоряют сложный анализ и время получения результатов, а также улучшают их качество».
Мощь квантовых вычислений было сложно использовать, особенно потому, что ошибок, возникающих в процессе доступа к его данным. В частности, новые методы исправления ошибок сделали удобные масштабируемые квантовые вычисления более реалистичными.
«В отличие от традиционных битов, кубиты очень подвержены ошибкам и по своей природе нестабильны, требуя множества новых систем для создания, управления и поддержки этих объектов», — сказал Себастьян Вайдт, доктор философии, генеральный директор и соучредитель компании Универсальный квант, объяснил TechNewsWorld.
«Устранение этих ошибок является ключевым моментом», — продолжил он. «К счастью, существует так называемая квантовая коррекция ошибок, которая представляет собой тип алгоритма, исправляющий ошибки. Чтобы заставить работать квантовую коррекцию ошибок и раскрыть весь потенциал этих машин, нам нужно много — потенциально миллионы — кубитов ».
« Создание квантовых компьютеров, которые могут достичь такого масштаба, поэтому имеет первостепенное значение, если вы серьезно относитесь к разработке действительно полезных квантовых компьютеров », — сказал Вайдт.
Преимущества квантовых вычислений
Повышение скорости и эффективности — основные цели развития квантовых вычислений как полезной технологии. Существуют пределы скорости, размера и эффективности традиционных компьютеров, и теоретики надеются, что квантовые вычисления снимут некоторые из этих ограничений.
«Многомерный анализ Quantum предлагает ряд преимуществ по сравнению с анализом двоичных данных классических вычислений», — отметил Браун.
«При классических вычислениях сегодняшние объемы данных ограничивают производительность и способность решать проблемы, которые могут быть достигнуты с помощью сложных вычислений или моделирования. По мере роста объемов данных объемы начинают снижать классическую производительность и в конечном итоге перегружать классические процессоры », — заявила она
.
«Еще одно ключевое отличие, — предположил Браун, — состоит в том, что многомерное пространство квантового решения задач позволяет одновременно исследовать все возможные комбинации, обеспечивая ряд возможных ответов, которые все соответствуют ограничениям проблемы».
Благодаря своим уникальным характеристикам квантовый Компьютеры когда-нибудь вполне могут оказаться в состоянии решить некоторые из наиболее сложных проблем современного мира.
«Наш мир уже полон проблем, которые трудны даже для самых быстрых компьютеров — от биологических проблем, таких как экспрессия генов и сворачивание белков, до моделирования квантового поведения в ядерном арсенале», — Дэвид Л. Кэрролл, доктор философии. , объяснил TechNewsWorld профессор физики в университете Уэйк Форест.
«Мы упрощаем эти проблемы, делая нефизические предположения, чтобы наши компьютеры могли с ними справиться. В этом больше не будет необходимости в будущем квантовых вычислений.
«В конечном итоге это означает более надежное открытие лекарств, более безопасный Интернет, автономные транспортные средства, которым мы можем доверять, использование сложных динамических характеристик роя для более эффективной защиты нашей нации, более эффективное прогнозирование погодных условий, а также распространение болезней. на нашей планете и многое другое », — предположил он.
Если технология разовьется до уровня массовости и масштабируемости, квантовые вычисления обещают не что иное, как революцию в компьютерном мире.
«Квантовые вычисления обещают произвести революцию в высокопроизводительных вычислениях -« HPC », позволяя выполнять вычисления, которые ранее не считались возможными, такие как простые разложения больших чисел, задачи логистической оптимизации, реалистичное моделирование систем многих тел, и многое другое », — сказал TechNewsWorld Принеха Наранг, доктор философии, доцент кафедры вычислительного материаловедения Гарвардского университета.
«Доступность функционального крупномасштабного квантового компьютера будет иметь серьезные последствия для нашей жизни, резко изменив безопасность связи, добавив новые молекулы, материалы и фармацевтические препараты, улучшив оптимизацию трафика и логистики, а также улучшив машинное обучение и искусственный интеллект.
«Инженеры и исследователи готовы использовать возможности квантовых вычислений в своих высокопроизводительных вычислительных средах, но современное поколение оборудования для квантовых вычислений имеет слишком много ограничений, которые скрывают его революционный потенциал», — пояснила она.
Будущее (почти) сейчас
Квантовые вычисления все еще находятся на экспериментальной стадии, но начинает казаться, что в конечном итоге они могут быть осуществимы и практичны.
«После десятилетий экспериментальных и теоретических усилий мы теперь видим первые примеры квантовых вычислительных преимуществ в области квантовых вычислений и квантового моделирования», — сказал Наранг. «Теперь существует возможность создавать и использовать самые мощные квантовые компьютеры и квантовые симуляторы для создания новых приложений и новой науки, которые стали доступными и совместно разрабатывались сообществом».
Существует множество приложений для квантовых вычислений. если наука станет мейнстримом; некоторые уже известны, другие еще предстоит открыть.
Вайдт отметил, что «полезность применение квантовых вычислений в некоторой степени масштабируется с увеличением количества высококачественных кубитов ».
« По мере увеличения масштабов квантовые вычисления готовы радикально изменить наш подход к проблемам в таких областях, как химия. Огромная вычислительная мощность квантовых компьютеров означает, что мы можем, например, моделировать сложные химические соединения. Это имеет значение для улучшения открытия лекарств, улучшения аккумуляторов и более чистых удобрений, — пояснил он
.
«Дополнительные приложения можно найти в искусственном интеллекте и машинном обучении, кибербезопасности, финансовом моделировании, оптимизации логистики и даже в прогнозировании погоды и изменении климата», — добавил он.
В конечном счете, поскольку технология настолько нова и продолжает развиваться, она обещает множество приложений, которые еще не были вообразить.
«Несмотря на длинный список приложений, я думаю, что мы едва прикоснулись к пониманию всего диапазона приложений квантовых компьютеров», — сказал Вайдт.
