Kvantarvuti: tõeline mängude vahetaja

Pildikrediidid: sünkroonitud ülevaade keskmisel

Kvantarvutustest on saamas üks enim kõneainet leidnud uut tehnoloogiat, ehkki seda pole veel täielikult olemas.
Tehnoloogia on viimastel aastatel märkimisväärselt edasi arenenud, meie mobiiltelefonid on muutunud võimsamaks kui arvuti, mida NASA kasutas inimese Kuule seadmiseks, ja see muutub päevaga paremaks.

Lähitulevikus muudaksid kvantarvutid meie maailma drastiliselt.
Miks ma peaksin seda isegi täna uurima? Minu vastus on lihtne, see on suur mängude muutja arvutite maailmas, nagu me seda teame. Microsofti teaduslabor ennustab, et kvantarvutid hakkavad järgmise 10–15 aasta jooksul asendama meie klassikalisi arvuteid. Klassikaliste arvutite all pean silmas elektroonilisi seadmeid nagu meie sülearvutid, telefonid jne.

Selles artiklis püüaksin vastata 4 peamisele küsimusele, mis kvantide arvutamise teema esile kerkides ilmnevad.
1. Mis on kvantarvuti?
2. Millistes valdkondades mõjutaksid kvantarvutid seda, mida me teeme?
3. Kas kvantarvuteid on tänapäeval olemas?
4. Millised tööriistad on kvantarvutuseks tänapäeval saadaval?

Ma väldiksin selles artiklis mõne suure füüsikaterminoloogia kasutamist ja prooviksin seda lihtsate sõnadega lahti seletada, nii et lähme selle juurde.

Mis on kvantarvuti?

Kvantarvutamine on arvutamine kvantmehaaniliste nähtuste, näiteks superpositsiooni ja takerdumise abil. Vikipeedia

See määratlus ajas mind segadusse ka, nii et las ma proovin selle oma sõnadega kirjutada.

Kvantarvuti määratlemiseks mõelgem kõigepealt, mis on klassikalised arvutid. Kõige põhilisemal tasemel kasutavad kõik kvantarvutid transistorit, transistor võib olla ühes kahest olekust; sisselülitatud või väljalülitatud olek, arvuti mõistes ütleme 1 või 0, seda olekuteavet nimetatakse natuke (arvutisisene väikseim teabeühik). Klassikalise arvuti funktsioneerimiseks peame kombineerima erinevad bitid (nii sisse- kui väljalülitatud olekus) ja transistorid. Arvuti bittide arvu suurenemine tähendab selle teabe suurenemist, mida arvuti saab töödelda. Paljud transistorid on kokku pandud moodustamaks seda, mida me nimetame arvutikiipideks. Need moodustavad tänapäeval tuntud klassikaliste arvutite ehitusplokid.

Kvantarvutid ei kasuta bitti, nagu me eespool nägime, kvantarvuti põhiosa nimetatakse qubitiks, mis on kvantbiti lühivorm. Jälgige mind nüüd tähelepanelikult, kuigi natuke saab eksisteerida ainult sisse või välja lülitatud olekus, võib qubit esineda ühes olekust, nimelt: sisse, välja või mõlemas sisse ja välja. Sisuliselt võib kbit esindada ja töödelda korraga rohkem kui ühte olekut, see muudab selle kiiremaks ja tõhusamaks.

Labürindi analoogia krediteerib Chuck Bates

Mõelgem labürindi läbimisele kvant- ja klassikalise arvuti kontseptsiooni abil.

Labürintmõistatuse lahendamisel klassikalise arvuti abil taaskäivitub arvuti uuesti ummikseisu jõudnud teabe töötlemiseks, sest bitti saab teatud ajahetkel eksisteerida ainult ühes olekus. Allolev pilt näitab, kuidas klassikaline arvuti lahendaks labürinti.

Kuidas lahendaks klassikaline arvuti labürinti

Teisest küljest lahendaks kvantarvuti labürindi, järgides kõiki võimalikke teid samal ajal, kuna qubit võib eksisteerida korraga nii sisse- kui väljalülitatud olekus.

Kuidas lahendab kvantarvuti labürinti

Kvbit skaleerub üsna hästi, 64-bitise töötlemisvõimsuse jaoks klassikalisel oleks kvantküljel vaja ainult 4-kbitist, see on nii kõrge, et 300-bbit annaks umbes 2 X 10⁹⁰ bitti.

Milliseid valdkondi mõjutaksid kvantarvutid seda, mida me teeme?

Kvantarvutid mõjutaksid paljutki seda, mida me tänapäeval arvutimaailmas teame, ütleksin vaid mõned. Selle artikli ulatus ei süvene tegelikult selle toimimisse.

Masinõpe: Quantum Machine Learning (QML) rakendaks keerulisemaid algoritme nagu andmete klassifitseerimine, mustrituvastus, sorteerimine, äratundmine jne. Detektiiviorganisatsioonide (nt FBI, CIA) töö oleks palju lihtsam, kuna kvantarvutid annaksid tohutu arvutusjõu vajaliku teabe saamiseks on see vaid üks kasutusjuhtum.

Turvalisus ja krüptograafia: avalik ja privaatne võti on omavahel matemaatiliselt seotud, nii et avalikku võtit saab privaatse võtme abil hõlpsasti toota, kuid vastupidine võti muutub niivõrd keeruliseks, et see osutus turvaelemendiks. See võimaldab krüptitud Interneti-ühendust, eeldatakse, et kvantarvuti suudab selle toimingu tagasi pöörata, nii et avaliku võtmega saab luua privaatvõtme, kuna see saab kombinatsioone palju kiiremini otsida.
Enne kui tormate sulgema kõik oma veebikontod, võtke arvesse, et selle peamise kavandatud rikkumise parandamiseks on käimas uuringud - seda nimetatakse kvantijärgseks krüptograafiaks. See aitaks tulevikus meie rakendusi kaitsta.

Aktsiaturud / Forexi kauplemine: ma näen, et esimene komplekt inimesi, kes kasutavad börsil kvantarvuteid, teenivad palju raha, kuna neil on kvantarvutitega kaasneva võimsusega juurdepääs täpsemale teabele, kus on vähe vigu arvutid.

Plokkkett: Mõni ütleb, et kvantarvutid oleksid blockchain-tehnoloogia lõpp. Ma arvan, et see võib juhtuda, ma ei pruugi siin palju rääkida. Shaan Ray üritab neile oma keskmises postituses neile küsimustele vastata, võiksite ka vaadata seda hämmastavat postitust häkkeripäeval.

Tehisintellekt: Kui arvate, et AI on klassikalise andmetöötluse ajuga võimas, kujutlege lihtsalt kvantaju abil selle võimalusi.

Loetelu on lõputu, võiksime edasi minna ja kuidas see mõjutaks, meditsiin, teadus ja uurimistöö, finantsturg, tarkvaraarendus, pilvandmetöötlus jne.

Kas kvantarvuteid on tänapäeval olemas?

Jah, nad teevad seda, kuid neid ei ole isiklikuks kasutamiseks täielikult optimeeritud, mõned ettevõtted kasutavad neid täna enamasti teadusuuringuteks. Rigetti-tüüpi startup kasutab pilveteenuste toiteks kvantarvutust.
Suuri nimesid, nagu Google, IBM ja Microsoft, ei jäeta tähelepanuta, tegelikult omab Google 72-bbitist kvantmasinat (suurim maailmas selle kirjutise koostamise ajal.
Kuid ma pean ütlema, et suurem osa kvantarvutitega tehtud tööst on uurimisetapis ja need ettevõtted koguvad vahendeid, et see tööstuse mastaabis välja töötaks, maailm ootab, kes saab teada, kes selle tehnoloogiaga esimese suure läbimurde teeb.

Millised on kvantarvutite jaoks täna saadaval olevad tööriistad?

Tänapäeval on kvantarvutusega alustamiseks erinevaid tööriistu. Regettil on füüsikute ja arendajate veebikogukond, kes teevad koostööd kvantprogrammide ja rakenduste väljatöötamiseks. Lühikanal on hämmastav koht ja olen seal kohtunud tõeliselt säravate mõtetega. Vaadake siin Regetti kogukonna üksikasju.

Üks kõige huvitavamaid tööriistu, mis täna saadaval on, on tarkvaraarenduse komplekt Microsoft Quantum, see on vabalt saadaval ja sellel on kolm komponenti; Q # programmeerimiskeel, Quantumi simulaator ja õpetused, näited ja katas.
Q # on spetsiaalselt ehitatud kvantarvutiteks ja seda haldab Microsoft, see töötab visuaalstuudios hästi.
Quantumi simulaatorit saab kasutada teie lokaalses masinas või Azure pilves, see võimaldab arendajatel kvantalgoritme testida, käivitada ja siluda, selle saab siit alla laadida.

Microsofti õpetused ja näited on GitHubis avatud allhange siin.

Loodetavasti leidsite selle artikli inspireerivalt, tänud, et lugesite.