Квантовые вычисления наконец-то здесь. Но что это?

27.12.24

636

Четыре десятилетия назад физики выдвинули теорию о том, что механика квантовой физики может быть использована для создания нового типа компьютера, который экспоненциально мощнее обычных машин. Серия прорывов теперь приблизила «квантовую полезность» к реальности.

квантовые компьютеры — Image Credits: Getty Images

В чем привлекательность квантовых компьютеров?

Они могут делать то, чего не могут классические компьютеры. В декабре Google объявил, что его последний квантовый процессор Willow за пять минут решил проблему, которую не смогли бы решить самые мощные суперкомпьютеры мира, даже если бы они работали над ней с самого начала Вселенной.

Экспериментальным квантовым компьютерам обычно дают задачи, которые бы смутили обычный компьютер, поскольку у них слишком много переменных входов. Их наибольший потенциал заключается в моделировании сложных систем, включающих большое количество движущихся частей, характеристики которых меняются, когда они взаимодействуют друг с другом. Они могут, например, воспроизводить поведение молекул, чтобы ускорить разработку новых лекарств, или моделировать решения субъектов хозяйствования и финансовых посредников, чтобы сделать прогнозирование рынка более точным.

Кто строит квантовые компьютеры?

Канадская компания D-Wave Quantum Inc. стала первой, кто продал квантовые компьютеры в 2011 году. International Business Machines Corp. , Google Alphabet Inc. , Amazon Web Services и многочисленные стартапы создали рабочие квантовые компьютеры.

Совсем недавно такие компании, как Microsoft Corp., достигли прогресса в создании масштабируемых и практичных квантовых суперкомпьютеров. Корпорация Intel начала поставлять исследователям кремниевый квантовый чип с транзисторами, известными как кубиты (квантовые биты), которые в 1 миллион раз меньше других типов кубитов.

Google и IBM, вместе со стартапами Universal Quantum и PsiQuantum Corp. , утверждают, что они выпустят полезный квантовый суперкомпьютер к концу десятилетия. Китай строит Национальную лабораторию квантовой информации стоимостью 10 миллиардов долларов в рамках большого толчка в этой области.

Как работают квантовые компьютеры?

Они используют крошечные схемы для выполнения вычислений, как и традиционные компьютеры. Но они выполняют эти вычисления параллельно, а не последовательно, что делает их такими быстрыми. Обычные компьютеры обрабатывают информацию в единицах, называемых битами, которые могут представлять одно из двух возможных состояний – 0 или 1– что соответствует тому, открыта или закрыта часть компьютерной микросхемы, называемая логическим вентилем. Прежде чем традиционный компьютер перейдет к обработке следующего фрагмента информации, он должен присвоить предыдущему фрагменту значение.

Напротив, благодаря «вероятностной» природе квантовой механики, кубитам в квантовых компьютерах не нужно назначать значения, пока компьютер не завершит полное вычисление. Это известно как «суперпозиция». Итак, в то время как три бита в обычном компьютере могут представлять только одну из восьми возможностей – 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 и 111 – квантовый компьютер из трех кубитов может обрабатывать их все одновременно.

Квантовый компьютер с 4 кубитами теоретически может обрабатывать в 16 раз больше информации, чем обычный компьютер такого же размера, и с каждым добавленным кубитом мощность будет удваиваться. Вот почему квантовый компьютер может обрабатывать экспоненциально больше информации, чем классический компьютер.

Сколько кубитов нужно?

Ученые подсчитали, что компьютеру нужны миллионы, если не миллиарды кубитов, чтобы надежно запускать программы, пригодные для коммерческого использования. Текущий рекорд количества подключенных кубитов составляет 1180, достигнутый калифорнийским стартапом Atom Computing в октябре 2023 года.

Когда я получу свой квантовый компьютер?

Это зависит от того, для чего вы хотите его использовать. Ученые уже решают проблемы на 100-сильных кубитных машинах через облачную платформу IBM Quantum Platform, которую широкая общественность может испытать (если вы знаете, как разработать квантовый код).

Ученые стремятся в течение следующего десятилетия создать так называемый «универсальный» квантовый компьютер, пригодный для коммерческих применений.

Одним из потенциальных недостатков огромной мощности квантовых компьютеров в решении проблем является то, насколько легко они могут взломать классические системы шифрования . Возможно, лучшим свидетельством того, насколько мы близки к широкому распространению квантовых вычислений, является то, что правительства подписывают директивы, а компании вливают миллионы долларов в защиту устаревших вычислительных систем от взлома квантовыми машинами.

0 Комментариев

Оставить свой комментарий

Оставить комментарий

Актуальное

Инновации