Η κβαντική φυσική έχει ήδη επηρεάσει σημαντικά τη ζωή μας. Οι εφευρέσεις του λέιζερ και του τρανζίστορ είναι στην πραγματικότητα συνέπεια της κβαντικής θεωρίας - και επειδή και τα δύο αυτά συστατικά είναι ένα βασικό δομικό στοιχείο κάθε ηλεκτρονικής συσκευής γύρω από σήμερα, αυτό που παρακολουθείτε είναι βασικά, "κβαντομηχανική στο δράση".
Τούτου λεχθέντος, η κβαντική βιομηχανία είναι έτοιμη να φέρει επανάσταση στον κόσμο των υπολογιστών καθώς καταβάλλονται σημαντικές προσπάθειες για την αξιοποίηση της πραγματικής δύναμης από την κβαντική σφαίρα. Η κβαντική πληροφορική θα μπορούσε να βρει εφαρμογές σε διάφορους τομείς όπως η ασφάλεια, η υγειονομική περίθαλψη, η ενέργεια και ακόμη και η βιομηχανία ψυχαγωγίας.
Κβαντικό εναντίον Κλασικοί υπολογιστές
Η ιστορία της κβαντικής θεωρίας χρονολογείται πάνω από έναν αιώνα. Ωστόσο, η τρέχουσα κβαντική φήμη οφείλεται σε πρόσφατα ερευνητικά ευρήματα που υποδηλώνουν, αβεβαιότητα, ένα εγγενής ιδιότητα των κβαντικών σωματιδίων, μπορεί να χρησιμεύσει ως ένα ισχυρό όπλο για την πραγματοποίηση του κβαντικού δυνητικός.
Όπως δηλώνει η θεωρία, είναι φαινομενικά αδύνατο να γνωρίζουμε κάθε ιδιότητα μεμονωμένων κβαντικών σωματιδίων (δηλαδή ηλεκτρόνια ή φωτόνια). Εξετάστε ένα παράδειγμα κλασικού GPS, όπου μπορεί να προβλέψει με ακρίβεια την ταχύτητα, τη θέση και την κατεύθυνση της κίνησής σας για εσάς ενώ φτάνετε στον επιθυμητό προορισμό σας.
Ωστόσο, ένα κβαντικό GPS δεν μπορεί να προσδιορίσει με ακρίβεια όλες τις παραπάνω ιδιότητες για ένα κβαντικό σωματίδιο, καθώς οι νόμοι της κβαντικής φυσικής δεν σας επιτρέπουν να το κάνετε. Αυτό δημιουργεί μια πιθανολογική γλώσσα στον κβαντικό κόσμο και όχι την κλασική γλώσσα της βεβαιότητας.
Σε αυτήν την περίπτωση, η πιθανότητα γλώσσας συνεπάγεται εκχώρηση πιθανοτήτων σε διαφορετικές ιδιότητες του κβαντικού σωματίδια όπως ταχύτητα, θέση και κατεύθυνση κίνησης που φαινομενικά είναι δύσκολο να δηλωθούν βεβαιότητα. Αυτή η πιθανοτική φύση των κβαντικών σωματιδίων δημιουργεί μια πιθανότητα που επιτρέπει οτιδήποτε και τα πάντα να συμβούν οποιαδήποτε στιγμή του χρόνου.
Λαμβάνοντας υπόψη τον υπολογισμό, τα δυαδικά 0 και 1 αντιπροσωπεύονται ως qubits (κβαντικά bit), έχουν την ιδιότητα να είναι 1 ή 0 ανά πάσα στιγμή.
Η παραπάνω αναπαράσταση αφήνει μια πικρή γεύση στο στόμα, καθώς στα κλασικά μηχανήματα 0 και 1 συνδέονται με διακόπτες και κυκλώματα που ενεργοποιούνται και απενεργοποιούνται σε διαφορετικές στιγμές. Ως εκ τούτου, η μη γνώση της ακριβούς κατάστασής τους (δηλαδή ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση) δεν θα ήταν λογική στο υπολογιστικό περιβάλλον.
Σε πραγματική έννοια, θα μπορούσε να προκαλέσει σφάλματα υπολογισμού. Ωστόσο, η επεξεργασία πληροφοριών στον κβαντικό κόσμο βασίζεται στην έννοια της κβαντικής αβεβαιότητας - όπου η «υπέρθεση» των 0 και 1 δεν είναι σφάλμα, αλλά ένα χαρακτηριστικό. Επιτρέπει ταχύτερη επεξεργασία δεδομένων και διευκολύνει την ταχύτερη επικοινωνία.
Διαβάστε περισσότερα: Πώς λειτουργούν οι οπτικοί κβαντικοί υπολογιστές
Στο Cusp of Quantum Computing
Η συνέπεια της πιθανότητας ιδιότητας της κβαντικής θεωρίας είναι ότι η ακριβής αντιγραφή των κβαντικών πληροφοριών είναι φαινομενικά αδύνατη. Από την άποψη της ασφάλειας, αυτό είναι σημαντικό καθώς οι εγκληματίες του κυβερνοχώρου που σκοπεύουν να αντιγράψουν κβαντικά κλειδιά για κρυπτογράφηση και αποστολή μηνυμάτων θα αποτύχουν τελικά, ακόμη και αν έχουν πρόσβαση σε κβαντικούς υπολογιστές.
Είναι σημαντικό να επισημάνουμε εδώ ότι μια τέτοια κρυπτογράφηση υψηλών σημείων (δηλαδή εξελιγμένη μέθοδος μετατροπής μυστικών δεδομένων ή κλειδιών ένας κώδικας που αποτρέπει τη μη εξουσιοδοτημένη πρόσβαση) είναι αποτέλεσμα των νόμων της φυσικής και όχι των αλγορίθμων με μαθηματικά σενάρια που χρησιμοποιούνται σήμερα. Οι μαθηματικές κρυπτογραφίες μπορούν να σπάσουν με τη βοήθεια ισχυρών υπολογιστών, ωστόσο, το κρούσμα κβαντικής κρυπτογράφησης απαιτεί επανεγγραφή των θεμελιωδών νόμων της φυσικής.
Καθώς η κβαντική κρυπτογράφηση διαφέρει από τις τρέχουσες τεχνικές κρυπτογράφησης, ομοίως, οι κβαντικοί υπολογιστές διαφέρουν από τους κλασικούς σε πολύ θεμελιώδες επίπεδο. Εξετάστε μια αναλογία ενός αυτοκινήτου και ενός καροτσιού. Εδώ, ένα αυτοκίνητο υπακούει σε ορισμένους νόμους της φυσικής που σας οδηγούν στον επιθυμητό προορισμό σε γρήγορο χρόνο σε σύγκριση με το αντίστοιχο. Η ίδια φιλοσοφία ισχύει για έναν κβαντικό υπολογιστή και έναν κλασικό υπολογιστή.
Ένας κβαντικός υπολογιστής αξιοποιεί την πιθανότητα της κβαντικής φυσικής να εκτελεί υπολογισμούς και να επεξεργάζεται δεδομένα με μοναδικό τρόπο. Μπορεί να επιτύχει υπολογιστικές εργασίες με πολύ πιο γρήγορο ρυθμό και επίσης να κάνει ένα άλμα σε παραδοσιακά αδύνατες έννοιες όπως αυτή της κβαντικής τηλεμεταφοράς. Αυτή η μορφή μετάδοσης δεδομένων θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για το Διαδίκτυο του μέλλοντος, δηλαδή το κβαντικό Διαδίκτυο.
Τι θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ένας κβαντικός υπολογιστής για σήμερα;
Οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούσαν να είναι χρήσιμοι για οργανισμούς Ε & Α, κυβερνητικές αρχές και ακαδημαϊκούς ιδρύματα, καθώς θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην επίλυση σύνθετων προβλημάτων τα οποία οι σημερινοί υπολογιστές θεωρούν δύσκολο ασχολούμαι με.
Μια σημαντική εφαρμογή θα μπορούσε να είναι στην ανάπτυξη ναρκωτικών, όπου θα μπορούσε να προσομοιώσει απρόσκοπτα και Αναλύστε χημικά και μόρια καθώς τα μόρια λειτουργούν με τους ίδιους νόμους της κβαντικής φυσικής με την κβαντική Υπολογιστές. Επιπλέον, η αποτελεσματική προσομοίωση κβαντικής χημείας θα μπορούσε να είναι δυνατή καθώς οι γρηγορότεροι υπερυπολογιστές αποτυγχάνουν να επιτύχουν τον στόχο σήμερα.
Επίσης, οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούσαν να λύσουν πολύπλοκα προβλήματα βελτιστοποίησης και να βοηθήσουν στη γρήγορη αναζήτηση μη ταξινομημένων δεδομένων. Υπάρχουν πολλές εφαρμογές από την άποψη αυτή, από τη διαλογή φαινομενικά δυναμικών κλιματικών, υγειονομικών ή οικονομικών δεδομένων, έως τη βελτιστοποίηση της εφοδιαστικής ή της ροής της κυκλοφορίας.
Οι κβαντικοί υπολογιστές είναι επίσης καλοί στην αναγνώριση προτύπων σε δεδομένα, όπως σε προβλήματα μηχανικής μάθησης. Επιπλέον, οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούσαν να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη μοντέλων για την πρόβλεψη του μέλλοντος, όπως στην πρόγνωση καιρού.
Προετοιμασία για το κβαντικό μέλλον
Καθώς ο αγώνας για το κβαντικό μέλλον βρίσκεται στο επίκεντρο, οι επενδυτές και οι κυβερνητικοί φορείς τροφοδοτούν δισεκατομμύρια δολάρια σε κβαντική Ε & Α. Έχει ήδη εφαρμοστεί ένα παγκόσμιο δίκτυο επικοινωνίας που χρησιμοποιεί δορυφορική κβαντική κατανομή κλειδιών, καθορίζοντας το δρόμο για περαιτέρω εξελίξεις.
Εταιρείες όπως η Google, η Amazon, η Microsoft, η IBM και άλλες επενδύουν σε μεγάλο βαθμό στην ανάπτυξη πόρων κβαντικών υπολογιστών, δηλαδή υλικού και λογισμικού.
Σύμφωνα με Σύμπαν, μια ομάδα ερευνητών στην Κίνα δημιούργησε έναν κβαντικό υπολογιστή που ολοκλήρωσε έναν πολύπλοκο υπολογισμό το μόλις πάνω από 60 λεπτά που θα απαιτούσαν τουλάχιστον 8 χρόνια ή περισσότερο για έναν κλασικό υπολογιστή πλήρης.
Είναι ένα αποκορύφωμα των εξελίξεων των κβαντικών υπολογιστών που πραγματοποιήθηκαν τα τελευταία δύο χρόνια. Πιστεύεται ότι η επιστημονική κοινότητα πέτυχε τελικά το αόριστο «κβαντικό πλεονέκτημα» - όπου είναι η κβαντική πληροφορική σε θέση να λύσει το πιο περίπλοκο πρόβλημα που η κλασική πληροφορική θα μπορούσε κυριολεκτικά να πάρει πρακτικό χρόνο για να καταλάβει.
Το κβαντικό ορόσημο επιτεύχθηκε για πρώτη φορά από την Google το 2019 όπου χρησιμοποίησαν qubits που χρησιμοποιούσαν ρεύμα για να εκτελέσουν υπολογισμούς. Αργότερα το 2020, η κινεζική ομάδα χρησιμοποίησε φωτονικά qubits για να επιταχύνει τη διαδικασία. Τώρα το 2021, μια άλλη κινεζική ομάδα (με επικεφαλής τον Jian-Wei Pan στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας στη Σαγκάη) έχει ξεπεράσει ξανά το Google.
Σε ένα ερευνητικό έγγραφο που δημοσιεύθηκε στον διακομιστή προ-εκτύπωσης ArXiv, η συμβαλλόμενη ερευνητική ομάδα αποκάλυψε τα ευρήματά τους για κβαντικό πλεονέκτημα όπου χρησιμοποίησαν υπεραγωγικά qubits σε έναν κβαντικό επεξεργαστή που ονομάζεται Zuchongzhi που αποτελείται από 66 qubits. Η ομάδα απέδειξε ότι ο Zuchongzhi κατάφερε να χειριστεί 56 qubit για να χειριστεί ένα υπολογιστικό πρόβλημα που στοχεύει στη δοκιμή της ισχύος των υπολογιστών.
Αγκαλιάζοντας την αβεβαιότητα
Η ταχεία ανάπτυξη στον κόσμο της κβαντικής τεχνολογίας τα τελευταία πέντε χρόνια ήταν αρκετά συναρπαστική. Σύμφωνα με Το Quantum Daily, η κβαντική βιομηχανία αναμένεται να έχει αποτίμηση πολλών δισεκατομμυρίων δολαρίων μέχρι το τέλος του 2030. Παρόλα αυτά, υπάρχουν διάφορες πρακτικές προκλήσεις που πρέπει να ξεπεραστούν πριν από τόσο μεγάλη ανάπτυξη, αλλά το μέλλον φαίνεται λαμπρό.
Ευτυχώς, η κβαντική θεωρία ρίχνει φως στη φωτεινότερη πλευρά του «απρόβλεπτου». Καθώς πηγαίνει η θεωρία, δύο qubit μπορούν να κλειδωθούν το ένα με το άλλο με την πιθανότητα να παραμείνει κάθε qubit απροσδιόριστο μεμονωμένα, αλλά είναι σε συγχρονισμό με το άλλο όταν θεωρείται ως μονάδα - υπονοώντας, και τα δύο είναι 0 ή 1.
Αυτό το ατομικό απρόβλεπτο και συνδυασμένη βεβαιότητα ονομάζεται «εμπλοκή» - ένα εύχρηστο εργαλείο για τους περισσότερους αλγόριθμους κβαντικών υπολογιστών σήμερα. Ως εκ τούτου, αντιμετωπίζοντας προσεκτικά την αβεβαιότητα, οι οργανισμοί μπορούν να σχηματιστούν για να αγκαλιάσουν το κβαντικό μέλλον.
Οι υπολογιστές γίνονται μικρότεροι, αλλά θα είναι ποτέ τόσο μικροί που δεν είναι ορατοί με γυμνό μάτι;
Διαβάστε Επόμενο
- Η τεχνολογία εξηγείται
- Κβαντική Πληροφορική
Εγγραφείτε στο Newsletter μας
Εγγραφείτε στο ενημερωτικό δελτίο μας για τεχνικές συμβουλές, κριτικές, δωρεάν ebook και αποκλειστικές προσφορές!
Ένα ακόμη βήμα…!
Επιβεβαιώστε τη διεύθυνση email σας στο email που μόλις σας στείλαμε.
