Στη σύγχρονη εποχή, οι τυπικοί υπολογιστές είναι αναμφίβολα προηγμένοι σε σύγκριση με αυτό που μπορούσαμε να συγκεντρώσουμε πριν από μερικές δεκαετίες. Ωστόσο, με το πόσο γρήγοροι και διαφορετικοί είναι οι υπολογιστές τώρα, είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς κάτι που θα μπορούσε να είναι ακόμα καλύτερο. Εισαγάγετε τον κβαντικό υπολογισμό. Αυτό το πεδίο της επιστήμης στοχεύει να χρησιμοποιήσει τους νόμους του σύμπαντος για να επιτύχει απίστευτους στόχους.
Λοιπόν, τι ακριβώς είναι ο κβαντικός υπολογισμός και πώς θα επηρεάσει τον κόσμο μας στο μέλλον;
Τι είναι ο Κβαντικός Υπολογισμός;
Αν και η δυναμική των κβαντικών υπολογιστών μελετάται ακόμα σήμερα, εμφανίστηκε αρχικά στη δεκαετία του 1980 από τον φυσικό Paul Benioff. Εκείνη τη στιγμή, ο Benioff πρότεινε ένα κβαντικό υπολογιστικό μοντέλο της μηχανής Turing. Μετά από αυτό, τα επόμενα άτομα βοήθησαν στην ανάπτυξη της θεωρίας και της εφαρμογής του κβαντικού υπολογισμού, συμπεριλαμβανομένων των Isaac Chuang και Neil Gershenfeld.
Ο ορισμός του κβαντικού υπολογισμού διαφέρει ελαφρώς ανάλογα με τον ιστότοπο που επισκέπτεστε. Η πιο βασική του μορφή είναι ένα είδος υπολογισμού που βασίζεται στην κβαντική μηχανική για να λειτουργήσει. Ενώ οι κβαντικοί υπολογιστές ήταν κάποτε απλώς μια θεωρία στο χαρτί, τώρα ζωντανεύουν.
Λοιπόν, με τι είδους κβαντικούς υπολογιστές έχουμε να κάνουμε σήμερα;
Ο κβαντικός υπολογιστής βρίσκεται ακόμη σε πολύ μεγάλο βαθμό σε εξέλιξη. Είναι ένα απίστευτα πολύπλοκο πεδίο που έχει δώσει τη θέση του σε πολλά πρωτότυπα μοντέλα, όπως ο κβαντικός υπολογιστής Sycamore της Google. Το 2019, η Google ανακοίνωσε ότι ο Sycamore χρειάστηκε λίγα λεπτά για να λύσει έναν υπολογισμό που θα χρειαζόταν ένας υπερυπολογιστής 10.000 χρόνια. Τι διαφορετικό όμως έχουν οι κβαντικοί υπολογιστές; Πώς μπορούν να κάνουν τόσο τεράστια κατορθώματα;
Τα Βασικά του Κβαντικού Υπολογισμού
Ένας τυπικός υπολογιστής χρησιμοποιεί μονάδες γνωστές ως bit για να λειτουργήσει. Ένα bit μπορεί και θα έχει μόνο μία από τις δύο τιμές: μηδέν ή ένα. Αυτά τα bit χρησιμοποιούνται για τη σύνταξη δυαδικού κώδικα, ένα απόλυτο βασικό στοιχείο στον κόσμο των υπολογιστών.
Από την άλλη πλευρά, κάτι που είναι γνωστό ως κβαντικό bit (qubit) είναι η πιο βασική μονάδα των κβαντικών υπολογιστών. Αυτές οι μονάδες χρειάζονται οι κβαντικοί υπολογιστές για την αποθήκευση δεδομένων και την εκτέλεση λειτουργιών. Ένα qubit μπορεί να μεταφέρει πληροφορίες σε κβαντική κατάσταση και μπορεί να δημιουργηθεί με διάφορους τρόπους, όπως μέσω του σπιν ενός ηλεκτρονίου.
Τα qubits μπορούν επίσης να λάβουν οποιονδήποτε αριθμό μορφών, όπως ένα φωτόνιο ή ένα παγιδευμένο ιόν. Αυτά είναι απειροελάχιστα μικρά σωματίδια που αποτελούν τη βάση του σύμπαντος μας.
Τα Qubits έχουν πολλές δυνατότητες. Επί του παρόντος χρησιμοποιούνται σε κβαντικούς υπολογιστές για την επίλυση πολυδιάστατων κβαντικών αλγορίθμων και την εκτέλεση κβαντικών μοντέλων. Αυτό που είναι απίστευτο με τα qubits είναι ότι μπορούν να υπάρχουν σε πολλές καταστάσεις ταυτόχρονα. Αυτό σημαίνει ότι μπορούν ταυτόχρονα να είναι μηδέν, ένα ή οτιδήποτε ενδιάμεσο.
Λόγω αυτής της ιδιότητας, τα qubits μπορούν να εξετάσουν πολλαπλές δυνατότητες ταυτόχρονα, γεγονός που δίνει στους κβαντικούς υπολογιστές τη δυνατότητα να εκτελούν υπολογισμούς πριν η κατάσταση ενός αντικειμένου γίνει μετρήσιμη. Αυτό επιτρέπει στους κβαντικούς υπολογιστές να επιλύουν πολύπλοκα προβλήματα πολύ πιο γρήγορα από τους κανονικούς υπολογιστές.
Τα πλεονεκτήματα των κβαντικών υπολογιστών
Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα των κβαντικών υπολογιστών είναι η ταχύτητα με την οποία μπορούν να εκτελέσουν υπολογισμούς. Μια τέτοια τεχνολογία μπορεί να παρέχει υπολογιστικές ταχύτητες που οι παραδοσιακοί υπολογιστές δεν θα μπορέσουν ποτέ να επιτύχουν. Οι κβαντικοί υπολογιστές είναι επίσης πολύ πιο ικανοί να λύνουν πιο περίπλοκα προβλήματα από τους τυπικούς υπολογιστές και μπορούν να εκτελέσουν εξαιρετικά πολύπλοκες προσομοιώσεις.
Αυτή η προηγμένη ικανότητα που διαθέτουν οι κβαντικοί υπολογιστές μερικές φορές αναφέρεται ως "κβαντική υπεροχή», καθώς έχουν δυνατότητες πολύ πέρα από αυτό των υπολογιστών, ή ακόμα και προηγμένους υπερυπολογιστές, θα μπορούσε να επιτευχθεί τα επόμενα χρόνια ή δεκαετίες. Αλλά οι κβαντικοί υπολογιστές δεν είναι σε καμία περίπτωση τέλειοι. Αυτά τα μηχανήματα έχουν μερικά μειονεκτήματα που μπορεί να επηρεάσουν τη μελλοντική τους επιτυχία.
Τα μειονεκτήματα των κβαντικών υπολογιστών
Επειδή οι κβαντικοί υπολογιστές βρίσκονται ακόμα στο στάδιο του πρωτοτύπου τους, πολλά προβλήματα πρέπει ακόμη να ξεπεραστούν.
Πρώτον, οι κβαντικοί υπολογιστές χρειάζονται ακραία περιβάλλοντα για να λειτουργήσουν. Στην πραγματικότητα, αυτά τα μηχανήματα πρέπει να υπάρχουν σε θερμοκρασίες περίπου 450 βαθμών Φαρενάιτ. Αυτό καθιστά δύσκολη την πρόσβαση στους κβαντικούς υπολογιστές από τις περισσότερες εταιρείες και από το κοινό. Επιπλέον, οι κβαντικοί υπολογιστές είναι πολύ μεγάλοι σε σύγκριση με τα σημερινά τυπικά μοντέλα, παρόμοια με το πόσο μεγάλος ήταν ο πρώτος υπολογιστής. Αν και αυτό πιθανότατα θα αλλάξει στο μέλλον, θα συμβάλει στη μη προσβασιμότητα αυτής της τεχνολογίας για τους απλούς ανθρώπους στις πρώτες φάσεις ανάπτυξης.
Οι κβαντικοί υπολογιστές εξακολουθούν επίσης να αντιμετωπίζουν ποσοστά σφαλμάτων που είναι πολύ υψηλά. Για την επιτυχή ενσωμάτωση σε διάφορες βιομηχανίες, πρέπει να είμαστε σίγουροι ότι αυτά τα μηχανήματα παρέχουν υψηλό ποσοστό επιτυχίας, ώστε να μπορούν να βασίζονται σε αυτά.
Τώρα που καταλαβαίνουμε τα βασικά του κβαντικού υπολογισμού και τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά του, ας δούμε πώς μπορεί να εφαρμοστεί αυτή η τεχνολογία σε διάφορους κλάδους.
Οι Χρήσεις του Κβαντικού Υπολογισμού
Επειδή ο κβαντικός υπολογιστής βρίσκεται ακόμη κάπως στα αρχικά του στάδια ανάπτυξής του, πολλές ιδέες διαχέονται γύρω από το τι θα μπορούσε να κάνει μια μέρα. Υπάρχουν πολλές παρανοήσεις σχετικά με τους κβαντικούς υπολογιστές, κάτι που οφείλεται σε μεγάλο βαθμό σε παρεξηγήσεις σχετικά με την τεχνολογία. Μερικοί άνθρωποι προτείνουν ότι οι κβαντικοί υπολογιστές θα χρησιμοποιηθούν για την είσοδο σε παράλληλα σύμπαντα ή ακόμα και για την προσομοίωση του ταξιδιού στο χρόνο.
Αν και αυτές οι πιθανότητες δεν μπορούν να αποκλειστούν επακριβώς, πρέπει να επικεντρωθούμε στις πιο ρεαλιστικές εφαρμογές του κβαντικού υπολογισμού που μπορεί να επιτευχθούν τις επόμενες δεκαετίες. Λοιπόν, ας μπούμε στις εφαρμογές των κβαντικών υπολογιστών.
1. Τεχνητή Νοημοσύνη και Μηχανική Μάθηση
Η τεχνητή νοημοσύνη και η μηχανική μάθηση είναι δύο άλλες τεχνολογίες που φαίνονται σχεδόν φουτουριστικές αλλά γίνονται όλο και πιο προηγμένες όσο περνούν τα χρόνια. Καθώς αυτές οι τεχνολογίες αναπτύσσονται, ίσως χρειαστεί να προχωρήσουμε από τους τυπικούς υπολογιστές. Εδώ θα μπορούσαν να παρέμβουν οι κβαντικοί υπολογιστές, με τις τεράστιες δυνατότητές τους να επεξεργάζονται συναρτήσεις και να λύνουν τους υπολογισμούς γρήγορα.
2. Κυβερνασφάλεια
Καθώς οι εγκληματίες στον κυβερνοχώρο γίνονται πιο εξελιγμένοι, η ανάγκη μας για υψηλά επίπεδα ασφάλειας στον κυβερνοχώρο αυξάνεται. Σήμερα, Το έγκλημα στον κυβερνοχώρο είναι ανησυχητικά συχνό, με χιλιάδες ανθρώπους να στοχοποιούνται κάθε μήνα.
Χρησιμοποιώντας τους κβαντικούς υπολογιστές, μπορεί μια μέρα να μπορέσουμε να αναπτύξουμε πιο εύκολα πρωτόκολλα κυβερνοασφάλειας υψηλής ποιότητας που μπορούν να αντιμετωπίσουν ακόμη και τις πιο εξελιγμένες επιθέσεις.
Ο κβαντικός υπολογιστής έχει επίσης τη δυνατότητα να βοηθήσει στην κρυπτογραφία, ειδικά σε ένα πεδίο γνωστό ως κβαντική κρυπτογραφία. Αυτό διερευνά την πράξη της μόχλευσης της κβαντικής μηχανικής σε εκτελεί κρυπτογραφικές λειτουργίες.
3. Ανάπτυξη φαρμάκων
Η ικανότητα των κβαντικών υπολογιστών να προβλέπουν την έκβαση των καταστάσεων μπορεί να τους κάνει αποτελεσματικούς στην ανάπτυξη φαρμάκων. Ένας κβαντικός υπολογιστής μπορεί μια μέρα να βοηθήσει στην πρόβλεψη του πώς δρουν ορισμένα μόρια σε ορισμένα σενάρια. Για παράδειγμα, ένας κβαντικός υπολογιστής θα μπορούσε να προβλέψει πώς θα συμπεριφερόταν ένα φάρμακο μέσα στο σώμα ενός ατόμου.
Αυτό το αυξημένο επίπεδο έρευνας θα μπορούσε να κάνει την περίοδο δοκιμής και λάθους της ανάπτυξης φαρμάκων πολύ πιο εύκολη.
Ανησυχίες για τον Κβαντικό Υπολογισμό
Όταν αναπτύσσεται ένα νέο είδος τεχνολογίας, είναι φυσικό οι άνθρωποι να αισθάνονται λίγο ανήσυχοι. Λοιπόν, πρέπει να μας απασχολεί ο κβαντικός υπολογισμός;
Έχει γίνει πολύς λόγος για την κυβερνοασφάλεια κινδύνους που ενέχουν οι κβαντικοί υπολογιστές. Αν και οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να βοηθήσουν στην επίτευξη υψηλότερων επιπέδων ψηφιακής ασφάλειας, τα πράγματα θα μπορούσαν να πάνε αντίθετα. Αν και αυτή η απειλή είναι υποθετική αυτή τη στιγμή, υπάρχει πιθανότητα να εξελιχθεί σε μια πρόβλημα τα επόμενα χρόνια, ιδιαίτερα όταν οι κβαντικοί υπολογιστές γίνουν προσβάσιμοι στο ευρύτερο πληθυσμός. Ορισμένες εταιρείες προσφέρουν ήδη "Κβαντοπροστατευτικό VPN«Υπηρεσίες σε αναμονή.
Επειδή οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να λύσουν εξαιρετικά σύνθετα προβλήματα, τις δυνατότητές τους για πιο αποτελεσματικό σπάσιμο κωδικού πρόσβασης και αποκρυπτογράφηση δεδομένων αυξάνει. Ενώ ακόμη και οι υπερυπολογιστές δυσκολεύονται να βρουν μεγάλα κλειδιά αποκρυπτογράφησης, οι κβαντικοί υπολογιστές μπορεί μια μέρα να έχουν τη δυνατότητα να αποκρυπτογραφούν εύκολα ευαίσθητα δεδομένα, κάτι που θα ήταν πολύ καλά νέα για τους κακόβουλους παράγοντες.
Η κβαντική πληροφορική θα μας ωθήσει στο μέλλον
Οι δυνατότητες που προσφέρει ο κβαντικός υπολογισμός δεν είναι τίποτα λιγότερο από απίστευτες και μια μέρα θα είναι εφικτές. Αν και ο κβαντικός υπολογιστής βρίσκεται ακόμα στα αρχικά του στάδια, οι συνεχείς εξελίξεις σε αυτόν τον τομέα μπορεί να μας οδηγήσουν σε τεράστια τεχνολογικά επιτεύγματα. Μόνο ο χρόνος θα δείξει με αυτό!