Kvantno računalstvo koristi kvantnu mehaniku za obradu ogromnih količina informacija nevjerojatno velikom brzinom. Kvantnom računalu potrebno je nekoliko minuta do nekoliko sati da riješi problem za koji bi stolnom računalu bile potrebne godine ili desetljeća.
Kvantno računalstvo postavlja pozornicu za novu generaciju superračunala. Očekuje se da će ova kvantna računala nadmašiti postojeću tehnologiju u područjima kao što su modeliranje, logistika, analiza trendova, kriptografija i umjetna inteligencija.
Objašnjenje kvantnog računalstva
Ideju kvantnog računalstva prvi su zamislili početkom 1980-ih Richard Feynman i Yuri Manin. Feynman i Manin vjerovali su da kvantno računalo može simulirati podatke na načine na koje stolno računalo ne može. Tek kasnih 1990-ih istraživači su napravili prva kvantna računala.
Kvantno računalstvo koristi kvantnu mehaniku, poput superpozicije i isprepletenosti, za izvođenje izračuna. Kvantna mehanika je grana fizike koja proučava stvari koje su izuzetno male, izolirane ili hladne.
Primarna procesorska jedinica kvantnog računalstva su kvantni bitovi ili kubiti. Qubiti se stvaraju u kvantnom računalu korištenjem kvantno mehaničkih svojstava pojedinačnih atoma, subatomskih čestica ili supravodljivih električnih krugova.
Qubiti su slični bitovima koje koriste stolna računala po tome što qubiti mogu biti u kvantnom stanju 1 ili 0. Qubiti se razlikuju po tome što također mogu biti u superpoziciji stanja 1 i 0, što znači da qubiti mogu predstavljati i 1 i 0 istovremeno.
Kada su kubiti u superpoziciji, dva kvantna stanja se zbrajaju i rezultiraju drugim kvantnim stanjem. Superpozicija znači da se više izračunavanja obrađuje istovremeno. Dakle, dva qubita mogu predstavljati četiri broja istovremeno. Obična računala obrađuju bitove u samo jednom od dva moguća stanja, 1 ili 0, a proračuni se obrađuju jedan po jedan.
Kvantna računala također koriste isprepletenost za obradu qubita. Kada je qubit zapleten, stanje tog qubita ovisi o stanju drugog qubita tako da jedan qubit otkriva stanje svog neopaženog para.
Kvantni procesor je srž računala
Stvaranje qubita je težak zadatak. Potrebno je zamrznuto okruženje da bi se qubit održao bilo koje vrijeme. Suppravodljivi materijali potrebni za stvaranje qubita moraju se ohladiti na apsolutnu nulu (oko minus 272 Celzija). Qubiti također moraju biti zaštićeni od pozadinske buke kako bi se smanjile pogreške u računanju.
Unutrašnjost kvantnog računala izgleda poput otmjenog zlatnog lustera. I, da, napravljen je od pravog zlata. To je hladnjak za razrjeđivanje koji hladi kvantne čipove tako da računalo može stvarati superpozicije i ispreplesti kubite bez gubitka bilo koje informacije.
Kvantno računalo izrađuje ove qubite od bilo kojeg materijala koji pokazuje kvantno mehanička svojstva koja se mogu kontrolirati. Projekti kvantnog računalstva stvaraju kubite na različite načine, kao što je petlja supravodljive žice, rotiranje elektrona i hvatanje iona ili impulsa fotona. Ovi kubiti postoje samo na temperaturama ispod nule koje se stvaraju u hladnjaku za razrjeđivanje.
Programski jezik za kvantno računalstvo
Kvantni algoritmi analiziraju podatke i nude simulacije temeljene na podacima. Ovi algoritmi su napisani u kvantnom programskom jeziku. Istraživači i tehnološke tvrtke razvili su nekoliko kvantnih jezika.
Ovo je nekoliko programskih jezika za kvantno računalstvo:
- QISKit: Kvantni informacijski softverski komplet iz IBM-a je biblioteka s punim nizom za pisanje, simulaciju i pokretanje kvantnih programa.
- Q: Programski jezik uključen u Microsoftov komplet za razvoj Quantum. Razvojni komplet uključuje kvantni simulator i biblioteke algoritama.
- Cirq: kvantni jezik koji je razvio Google koji koristi python biblioteku za pisanje sklopova i pokretanje tih sklopova u kvantnim računalima i simulatorima.
- Forest: Razvojno okruženje koje je stvorio Rigetti Computing koje piše i pokreće kvantne programe.
Upotrebe za kvantno računalstvo
Prava kvantna računala postala su dostupna u posljednjih nekoliko godina, a samo nekoliko velikih tehnoloških tvrtki ima kvantno računalo. Neke od tih tehnoloških kompanija uključuju Google, IBM, Intel i Microsoft. Ovi tehnološki lideri surađuju s proizvođačima, tvrtkama za financijske usluge i biotehnološkim tvrtkama na rješavanju raznih problema.
Dostupnost kvantnih računalnih usluga i napredak računalne snage daje istraživačima i znanstvenicima nove alate za pronalaženje rješenja za probleme koje je prije bilo nemoguće riješiti. Kvantno računalstvo smanjilo je količinu vremena i resursa potrebnih za analizu nevjerojatnih količina podataka, stvaranje simulacija o tim podacima, razvoj rješenja i stvaranje novih tehnologija koje rješavaju probleme.
Poslovanje i industrija koriste kvantno računalstvo za istraživanje novih načina poslovanja. Evo nekoliko projekata kvantnog računalstva koji bi mogli koristiti poslovanju i društvu:
- Zrakoplovna industrija koristi kvantno računalstvo za istraživanje boljih načina za upravljanje zračnim prometom.
- Financijske i investicijske tvrtke nadaju se korištenju kvantnog računalstva za analizu rizika i povrata financijskih ulaganja, optimiziranje strategija portfelja i rješavanje financijskih prijelaza.
- Proizvođači usvajaju kvantno računalstvo kako bi poboljšali svoje opskrbne lance, stvorili učinkovitosti u svojim proizvodnim procesima i razvili nove proizvode.
- Biotehnološke tvrtke istražuju načine da ubrzaju otkrivanje novih lijekova.
Pronađite kvantno računalo i eksperimentirajte s kvantnim računalstvom
Neki računalni znanstvenici razvijaju metode za simulaciju kvantnog računalstva na stolnom računalu.
Mnoge od najvećih svjetskih tehnoloških kompanija nude kvantne usluge. Kada su upareni sa stolnim računalima i sustavima, ove kvantne usluge stvaraju okruženje u kojem kvantna obrada - sa stolnim računalima - rješava složene probleme.
- IBM nudi IBM Q okruženje s pristupom nekoliko stvarnih kvantnih računala i simulacija koje možete koristiti kroz oblak.
- Alibaba Cloud nudi platformu u oblaku za kvantno računalstvo na kojoj možete pokretati i testirati prilagođene kvantne kodove.
- Microsoft nudi kvantni razvojni komplet koji uključuje Q programski jezik, kvantne simulatore i razvojne biblioteke koda spremnog za korištenje.
- Rigetti ima kvantno-prvu platformu u oblaku koja je trenutno u beta verziji. Njihova je platforma unaprijed konfigurirana s njihovim Forest SDK-om.
Novosti o kvantnom računalstvu u budućnosti
San je da će kvantna računala riješiti probleme koji su trenutačno preveliki i presloženi za rješavanje standardnim hardverom - posebno za modeliranje okoliša i suzbijanje bolesti.
Stolna računala nemaju prostora za izvođenje ovih složenih izračuna i izvođenje ove nevjerojatne količine analiza podataka. Kvantno računalstvo prikuplja najveće velike zbirke podataka i obrađuje te informacije u djeliću vremena koje bi bilo potrebno stolnom računalu. Podaci za čije bi obrađivanje i analizu stolnom računalu trebalo nekoliko godina, kvantnom računalu potrebno je samo nekoliko dana.
Kvantno računalstvo još je u povojima, ali ima potencijal za rješavanje najsloženijih svjetskih problema brzinom svjetlosti. Može se samo nagađati koliko će kvantno računalstvo rasti i koliko će kvantno računalo biti dostupno.
