Кому потрібен квантовий комп"ютер?

 

Архітектура квантового комп'ютера, схожа на люстру, спостерігається у квантовій мережевій лабораторії Amazon

 

 

    Розбираємося, що то є, квантовий комп? Залишаюся на своїй думці - квантовий комп казка про сірого бичка і його створюють як п'яте колесо до возу.

Квантові обчислення: Факти про надпотужні комп'ютери, які використовують квантову механіку

Квантові комп'ютери часто рекламуються як наступне покоління обчислень. Вони покладаються на закони квантової механіки — дивну поведінку частинок у субатомному масштабі — для обробки інформації. В даний час квантові комп'ютери занадто малі, занадто складні в обслуговуванні і занадто схильні до помилок, щоб конкурувати з сьогоднішніми найкращими класичними комп'ютерами. Однак багато експертів очікують, що квантові обчислення одного дня випереджають класичні обчислення для конкретних завдань.

Технології, які дозволяють квантові обчислення, швидко просунулися в останні кілька років. Одного разу вони можуть бути в змозі вирішити проблеми, які є занадто складними навіть для найпотужніших сьогодні звичайних комп'ютерів. Цей величезний приріст продуктивності може відкрити двері для багатьох захоплюючих застосувань, включаючи фармацевтичні препарати, кліматичне моделювання та виробництво, всі з яких покладаються на надзвичайно складне моделювання.

У чому різниця між квантовими обчисленнями та класичними обчисленнями?

Класичні комп'ютери обробляють дані за допомогою двійкових біт, які можуть бути в одному з двох станів — 0 або 1. Біти закодовані на транзисторах, які можуть бути виготовлені з кремнію, германію або інших напівпровідників.

Квантові комп'ютери використовують такі частинки, як електрони або фотони, які поводяться як квантові біти, або кубіти, які представляють суперпозицію як 0, так і 1 - це означає, що вони можуть існувати в декількох станах одночасно. Дивні закони квантової фізики також означають, що кубіти можуть заплутатися, в якому стан декількох кубітів пов'язаний, незважаючи на відстань між ними.

Як працюють квантові комп'ютери?

Квантові комп'ютери мають знакову структуру люстри. У цій структурі розміщена серія взаємопов'язаних трубок і проводів, які містять різні шари комп'ютера. Більшість квантових комп'ютерів пов'язані з масивними, потужними холодильниками, які охолоджують процесори до майже абсолютного нуля, щоб мінімізувати тепловий шум і вібрації. Квантові комп'ютери мають дещо іншу архітектуру, але вони, як правило, мають такі елементи.

Квантова площина даних: Квантова площина даних містить кубіти і є місцем, де дані обробляються через квантові ворота. Деякі кубіти виготовлені з твердих надпровідників, охолоджених до трохи вище абсолютного нуля. Інші використовують електромагнітні поля для захоплення іонів або заряджених атомів, які діють як кубіти у високовакуумних камерах. Вакуумний тиск мінімізує перешкоди від вібрацій і стабілізує кубіти

Контрольно-вимірювальна площина: площина управління та вимірювання перетворює цифровий сигнал від процесора, який використовує класичні обчислення, в аналогові сигнали, що використовуються в квантовій площині даних.

Контроль процесорної площини та хост-процесора: площина керуючого процесора та хост-процесор реалізують квантові алгоритми, які є послідовністю операцій, призначених для запуску на квантовому комп'ютері. Після виконання квантового розрахунку хост-процесор передає класичний цифровий сигнал на площину управління та вимірювання.

Квантове програмне забезпечення: Отримання виходу процесора в площину управління та вимірювання вимагає іншого елемента: квантового програмного забезпечення. Квантове програмне забезпечення складається з квантових алгоритмів.

Навіщо потрібні квантові комп'ютери?

Теоретично, квантові комп'ютери можуть бути набагато швидшими, ніж класичні комп'ютери, і одночасно вирішувати кілька складних завдань. Вони особливо перспективні для оптимізації завдань, які передбачають пошук найкращого можливого вирішення проблеми. Класичні комп'ютери борються, коли проблема має надзвичайно велику кількість можливих рішень. Квантовий комп'ютер, однак, може розглянути всі потенційні рішення і швидко знайти оптимальний. Відкриття наркотиків або матеріалознавство, де зараз розгортаються найшвидші класичні комп'ютери, є двома прикладами того, як можна використовувати квантові комп'ютери.
Квантові комп'ютери також можуть трансформувати штучний інтелект (ШІ). Системи штучного інтелекту навчаються з використанням великих наборів даних, тому квантові комп'ютери можуть дозволити використовувати більші та складні набори даних для навчання ШІ, що призведе до все більш складних систем.

Чому квантові комп'ютери так важко побудувати?

Квантові комп'ютери делікатні і схильні до перешкод із зовнішніх джерел, таких як перепади температур або блукаючі частинки. Коли є перешкоди, кубіти схильні до декогерентності або колапсу їх квантового стану. Декогерентність робить квантові комп'ютери набагато більш схильними до помилок, ніж звичайні комп'ютери. У той час як приблизно 1 з 1 мільярда мільярдів біт зазнає невдачі, рівень відмов для кубітів становить приблизно 1 з 1,000 - це в 1,000,000 разів більше помилок.

Хоча існують способи захистити квантову систему від зовнішніх впливів, помилки все ще можуть проникнути. Вчені зробили квантові алгоритми, щоб компенсувати помилки в квантових комп'ютерах, але вони вимагають, щоб кубіти працювали, зменшуючи кількість доступних для обробки даних. Інша примха квантової механіки полягає в тому, що безпосередньо спостереження або вимірювання стану частинки або атома в суперпозиції руйнує його. Це означає, що дослідники повинні використовувати складні обхідні шляхи для читання квантового стану виходу, оскільки пряме спостереження ризикує пошкодити дані.

• Кубіти: Основна одиниця інформації в квантовому комп'ютері. На відміну від класичного комп'ютерного біта, кубіт може бути як 0, так і 1 одночасно, що дозволяє квантовим комп'ютерам обробляти більше інформації одночасно.

• Суперпозиція: Спеціальна властивість, що регулюється квантовою механікою, яка дозволяє кубітам існувати в декількох станах (0 і 1) одночасно.

• Квантова заплутаність: явище, коли пов'язані долі двох частинок, навіть якщо вони фізично розділені. Кубіти можна заплутати так, щоб стан одного миттєво впливав на стан інших.

• Квантові алгоритми: покрокові процедури, які призначені для запуску на квантових комп'ютерах для виконання обчислень. Ці алгоритми використовують суперпозицію та квантову заплутаність, щоб забезпечити більш складні операції.

• Квантове верхівство: точка, в якій квантові комп'ютери можуть надійно перевершувати найпотужніші класичні суперкомп'ютери.