Kvantové výpočty využívajú kvantovú mechaniku na spracovanie obrovského množstva informácií neuveriteľne vysokou rýchlosťou. Kvantovému počítaču trvá niekoľko minút až niekoľko hodín, kým vyrieši problém, ktorý by stolnému počítaču trvalo roky alebo desaťročia.
Kvantová výpočtová technika pripravuje pôdu pre novú generáciu superpočítačov. Očakáva sa, že tieto kvantové počítače prekonajú existujúcu technológiu v oblastiach, ako je modelovanie, logistika, analýza trendov, kryptografia a umelá inteligencia.
Vysvetlenie kvantovej výpočtovej techniky
Myšlienku kvantových počítačov si prvýkrát predstavili na začiatku 80. rokov Richard Feynman a Yuri Manin. Feynman a Manin verili, že kvantový počítač dokáže simulovať dáta spôsobom, akým to stolný počítač nedokáže. Až koncom 90. rokov výskumníci postavili prvé kvantové počítače.
Kvantové výpočty využívajú na vykonávanie výpočtov kvantovú mechaniku, ako je superpozícia a zapletenie. Kvantová mechanika je odvetvie fyziky, ktoré študuje veci, ktoré sú extrémne malé, izolované alebo studené.
Primárnou procesorovou jednotkou kvantových výpočtov sú kvantové bity alebo qubity. Qubity sa vytvárajú v kvantovom počítači pomocou kvantových mechanických vlastností jednotlivých atómov, subatómových častíc alebo supravodivých elektrických obvodov.
Qubity sú podobné bitom, ktoré používajú stolné počítače v tom, že qubity môžu byť v kvantovom stave 1 alebo 0. Qubity sa líšia v tom, že môžu byť aj v superpozícii stavov 1 a 0, čo znamená, že qubity môžu predstavovať súčasne 1 aj 0.
Keď sú qubity v superpozícii, dva kvantové stavy sa sčítajú a výsledkom je ďalší kvantový stav. Superpozícia znamená, že sa súčasne spracováva viacero výpočtov. Takže dva qubity môžu predstavovať štyri čísla súčasne. Bežné počítače spracúvajú bity iba v jednom z dvoch možných stavov, 1 alebo 0, a výpočty sa spracúvajú jeden po druhom.
Kvantové počítače tiež používajú zapletenie na spracovanie qubitov. Keď je qubit zapletený, stav tohto qubitu závisí od stavu iného qubitu, takže jeden qubit odhaľuje stav jeho nepozorovaného páru.
Kvantový procesor je jadrom počítača
Vytváranie qubitov je náročná úloha. Udržiavanie qubitu na ľubovoľne dlhý čas si vyžaduje zmrazené prostredie. Supravodivé materiály potrebné na vytvorenie qubitu musia byť ochladené na absolútnu nulu (asi mínus 272 Celzia). Qubity musia byť tiež tienené pred hlukom na pozadí, aby sa znížili chyby vo výpočte.
Vnútro kvantového počítača vyzerá ako luxusný zlatý luster. A áno, je vyrobený zo skutočného zlata. Je to riediaca chladnička, ktorá chladí kvantové čipy, takže počítač môže vytvárať superpozície a prepletať qubity bez straty akejkoľvek informácie.
Kvantový počítač vyrába tieto qubity z akéhokoľvek materiálu, ktorý vykazuje kvantovo mechanické vlastnosti, ktoré je možné ovládať. Projekty kvantových počítačov vytvárajú qubity rôznymi spôsobmi, ako je slučkovanie supravodivého drôtu, otáčanie elektrónov a zachytávanie iónov alebo impulzov fotónov. Tieto qubity existujú iba pri teplotách pod bodom mrazu vytvorených v riediacej chladničke.
The Quantum Computing Programming Language
Kvantové algoritmy analyzujú údaje a ponúkajú simulácie založené na údajoch. Tieto algoritmy sú napísané v kvantovo zameranom programovacom jazyku. Výskumníci a technologické spoločnosti vyvinuli niekoľko kvantových jazykov.
Toto je niekoľko z programovacích jazykov pre kvantové výpočty:
- QISKit: Softvérový balík Quantum Information od IBM je kompletná knižnica na písanie, simuláciu a spúšťanie kvantových programov.
- Q: Programovací jazyk zahrnutý v súprave Microsoft Quantum Development Kit. Vývojová súprava obsahuje kvantový simulátor a knižnice algoritmov.
- Cirq: Kvantový jazyk vyvinutý spoločnosťou Google, ktorý používa knižnicu python na písanie obvodov a spúšťanie týchto obvodov v kvantových počítačoch a simulátoroch.
- Forest: Vývojárske prostredie vytvorené spoločnosťou Rigetti Computing, ktoré píše a spúšťa kvantové programy.
Použitie pre kvantové výpočty
V posledných rokoch sa stali dostupnými skutočné kvantové počítače a iba niekoľko veľkých technologických spoločností má kvantový počítač. Niektoré z týchto technologických spoločností zahŕňajú Google, IBM, Intel a Microsoft. Títo technologickí lídri spolupracujú s výrobcami, firmami poskytujúcimi finančné služby a biotechnologickými firmami na riešení rôznych problémov.
Dostupnosť služieb kvantových počítačov a pokrok vo výpočtovej sile dáva výskumníkom a vedcom nové nástroje na nájdenie riešení problémov, ktoré predtým nebolo možné vyriešiť. Kvantové výpočty znížili množstvo času a zdrojov, ktoré sú potrebné na analýzu neuveriteľného množstva údajov, vytváranie simulácií o týchto údajoch, vývoj riešení a vytváranie nových technológií, ktoré riešia problémy.
Podnik a priemysel využívajú kvantovú výpočtovú techniku na objavovanie nových spôsobov podnikania. Tu je niekoľko projektov kvantovej výpočtovej techniky, ktoré môžu byť prospešné pre podnikanie a spoločnosť:
- Letecký priemysel využíva kvantové výpočty na skúmanie lepších spôsobov riadenia leteckej dopravy.
- Finančné a investičné firmy dúfajú, že pomocou kvantových výpočtov analyzujú riziko a návratnosť finančných investícií, optimalizujú portfóliové stratégie a vyrovnávajú finančné prechody.
- Výrobcovia prijímajú kvantovú výpočtovú techniku, aby zlepšili svoje dodávateľské reťazce, zefektívnili svoje výrobné procesy a vyvinuli nové produkty.
- Biotechnologické firmy skúmajú spôsoby, ako urýchliť objavovanie nových liekov.
Nájdite kvantový počítač a experimentujte s kvantovou výpočtovou technikou
Niektorí počítačoví vedci vyvíjajú metódy na simuláciu kvantových výpočtov na stolnom počítači.
Mnohé z najväčších svetových technologických spoločností ponúkajú kvantové služby. Keď sú tieto kvantové služby spárované so stolovými počítačmi a systémami, vytvárajú prostredie, kde kvantové spracovanie – so stolnými počítačmi – rieši zložité problémy.
- IBM ponúka prostredie IBM Q s prístupom k niekoľkým skutočným kvantovým počítačom a simuláciám, ktoré môžete používať prostredníctvom cloudu.
- Alibaba Cloud ponúka cloudovú platformu pre kvantové výpočty, na ktorej môžete spúšťať a testovať vlastné kvantové kódy.
- Microsoft ponúka kvantovú vývojovú súpravu, ktorá obsahuje programovací jazyk Q, kvantové simulátory a vývojové knižnice kódu pripraveného na použitie.
- Rigetti má prvú kvantovú cloudovú platformu, ktorá je momentálne v beta verzii. Ich platforma je vopred nakonfigurovaná pomocou súpravy Forest SDK.
Kvantové počítačové novinky v budúcnosti
Snom je, že kvantové počítače vyriešia problémy, ktoré sú v súčasnosti príliš veľké a príliš zložité na to, aby ich vyriešili štandardným hardvérom – najmä pre modelovanie prostredia a kontrolu chorôb.
Stolové počítače nemajú priestor na spustenie týchto zložitých výpočtov a vykonanie tak neuveriteľného množstva analýzy údajov. Quantum computing zaberá najväčšie veľké množstvo dát a spracováva tieto informácie za zlomok času, ktorý by potreboval na stolnom počítači. Údaje, ktorých spracovanie a analýza na stolnom počítači by trvalo niekoľko rokov, trvá kvantovému počítaču len niekoľko dní.
Kvantové výpočty sú stále v plienkach, ale majú potenciál vyriešiť tie najzložitejšie svetové problémy rýchlosťou svetla. O tom, ako ďaleko porastie kvantová výpočtová technika a o dostupnosti kvantových počítačov, môže hádať ktokoľvek.
