Как квантовые вычисления изменят наши отношения с компьютерами?
В наше время стандартные компьютеры, несомненно, являются более совершенными по сравнению с тем, что мы могли создать несколько десятилетий назад. Однако, учитывая, насколько быстрыми и разнообразными являются компьютеры сейчас, трудно представить, что может быть еще лучше. Появились квантовые вычисления. Эта область науки стремится использовать законы Вселенной для достижения невероятных целей
Итак, что же такое квантовые вычисления, и как они повлияют на наш мир в будущем?
Что такое квантовые вычисления?
Хотя динамика квантовых вычислений изучается и сегодня, первоначально они появились в 1980-х годах благодаря физику Полу Бениоффу. В это время Бениофф предложил модель квантовых вычислений машины Тьюринга. После этого последующие люди помогали развивать теорию и применение квантовых вычислений, включая Исаака Чуанга и Нила Гершенфельда
Определение квантовых вычислений немного отличается в зависимости от сайта, который вы посещаете. В самом базовом виде это вид вычислений, который опирается в своей работе на квантовую механику. Если раньше квантовые компьютеры были лишь теорией на бумаге, то теперь они оживают
Итак, с какими квантовыми компьютерами мы имеем дело сегодня?.
Квантовые вычисления все еще находятся в стадии развития. Это невероятно сложная область, в которой появилось множество прототипов, таких как квантовый компьютер Sycamore от Google. В 2019 году Google объявил, что Sycamore потребовались минуты, чтобы решить расчет, на который у суперкомпьютера ушло бы 10 000 лет. Но чем отличаются квантовые компьютеры? Как они могут совершать такие огромные подвиги?
Основы квантовых вычислений
Обычный компьютер использует для работы единицы, известные как биты. Бит может и будет иметь только одно из двух значений: ноль или единица. Эти биты используются для записи двоичного кода, который является абсолютной основой в мире вычислительной техники
С другой стороны, нечто, известное как квантовый бит (кубит), является самой основной единицей квантовых компьютеров. Именно эти единицы необходимы квантовым компьютерам для хранения данных и выполнения функций. Кбит может нести информацию в квантовом состоянии и может быть создан различными способами, например, с помощью спина электрона
Кьюбиты также могут принимать любые формы, например, фотон или захваченный ион. Это бесконечно малые частицы, которые составляют основу нашей Вселенной
Кубиты обладают большим потенциалом. В настоящее время они используются в квантовых компьютерах для решения многомерных квантовых алгоритмов и запуска квантовых моделей. Самое невероятное в кубитах то, что они могут существовать в нескольких состояниях одновременно. Это означает, что они могут быть одновременно нулем, единицей или чем-то средним между ними
Благодаря этому свойству кубиты могут рассматривать несколько возможностей одновременно, что дает квантовым компьютерам возможность выполнять вычисления до того, как состояние объекта станет измеримым. Это позволяет квантовым компьютерам решать сложные задачи гораздо быстрее, чем обычным компьютерам
Преимущества квантовых компьютеров
Самым большим преимуществом квантовых компьютеров является скорость, с которой они могут выполнять вычисления. Такая технология может обеспечить такую скорость вычислений, которую традиционные компьютеры никогда не смогут достичь. Квантовые компьютеры также способны решать более сложные задачи, чем обычные компьютеры, и могут выполнять очень сложные моделирования
Эту способность квантовых компьютеров иногда называют ‘квантовым превосходством’, поскольку их потенциал намного превышает возможности компьютеров или даже суперкомпьютеров, которые могут быть достигнуты в ближайшие несколько лет или десятилетий. Но квантовые компьютеры отнюдь не совершенны. У этих машин есть несколько недостатков, которые могут повлиять на их будущий успех
Недостатки квантовых компьютеров
Поскольку квантовые компьютеры все еще находятся на стадии прототипа, многие проблемы еще предстоит преодолеть
Во-первых, для функционирования квантовых компьютеров необходимы экстремальные условия. Фактически, эти машины должны существовать при температуре около 450 градусов по Фаренгейту. Это затрудняет доступ к квантовым компьютерам для большинства компаний и широкой публики. Кроме того, квантовые компьютеры очень велики по сравнению с современными стандартными моделями, подобно тому, как был велик первый компьютер. Хотя в будущем это, вероятно, изменится, на ранних стадиях развития это будет способствовать недоступности данной технологии для обычных людей
Квантовые компьютеры также все еще имеют дело с коэффициентами ошибок, которые просто слишком высоки. Для успешной интеграции в различные отрасли нам необходимо быть уверенными в том, что эти машины обеспечивают высокий процент успеха, чтобы на них можно было положиться
Теперь, когда мы понимаем основы квантовых вычислений, их плюсы и минусы, давайте разберемся, как эта технология может быть применена в различных отраслях промышленности
Использование квантовых вычислений
Поскольку квантовые вычисления все еще находятся на ранних стадиях развития, существует множество идей о том, что они могут сделать в один прекрасный день. Существует множество заблуждений относительно квантовых компьютеров, что в значительной степени связано с неправильным пониманием технологии. Некоторые люди предполагают, что квантовые компьютеры будут использоваться для входа в параллельные вселенные или даже для симуляции путешествий во времени
Хотя эти возможности нельзя исключать, мы должны сосредоточиться на более реалистичных применениях квантовых вычислений, которые могут быть достигнуты в течение следующих нескольких десятилетий. Итак, перейдем к рассмотрению областей применения квантовых вычислений
1. Искусственный интеллект и машинное обучение
Искусственный интеллект и машинное обучение – еще две технологии, которые кажутся почти футуристическими, но с годами становятся все более совершенными. По мере развития этих технологий нам, возможно, придется отказаться от стандартных компьютеров. Именно здесь на помощь могут прийти квантовые компьютеры, обладающие огромным потенциалом для быстрой обработки функций и решения вычислений
2. Кибербезопасность
По мере того как киберпреступники становятся все более изощренными, растет наша потребность в высоком уровне кибербезопасности. Сегодня киберпреступность является тревожно распространенным явлением: тысячи людей ежемесячно становятся мишенью для киберпреступников
Используя квантовые вычисления, возможно, однажды мы сможем легче разработать высококачественные протоколы кибербезопасности, которые смогут противостоять даже самым сложным атакам.<4.
Квантовые вычисления также могут помочь в криптографии, в частности, в области, известной как квантовая криптография. Она изучает использование квантовой механики для выполнения криптографических функций
3. Разработка лекарств
Способность квантовых компьютеров предсказывать исход ситуаций может сделать их эффективными в разработке лекарств. Квантовый компьютер может однажды помочь предсказать, как определенные молекулы действуют в определенных сценариях. Например, квантовый компьютер может предсказать, как лекарство будет вести себя в организме человека
Такой высокий уровень исследований может значительно облегчить период проб и ошибок при разработке лекарств
Опасения, связанные с квантовыми вычислениями
Когда развивается новая технология, естественно, что люди испытывают некоторое беспокойство. Так должны ли квантовые вычисления вызывать у нас опасения?
Было много разговоров о рисках кибербезопасности, связанных с квантовыми компьютерами. Хотя квантовые компьютеры могут помочь достичь более высокого уровня цифровой безопасности, все может пойти по другому пути. Хотя на данный момент эта угроза является гипотетической, есть вероятность, что она может стать проблемой в ближайшие годы, особенно когда квантовые компьютеры станут доступны широкому кругу населения. В преддверии этого некоторые компании уже предлагают услуги VPN с ‘квантовой защитой’
Поскольку квантовые компьютеры могут решать очень сложные задачи, их потенциал для более эффективного взлома паролей и расшифровки данных возрастает. В то время как даже суперкомпьютеры с трудом находят большие ключи для дешифровки, квантовые компьютеры могут однажды получить возможность легко расшифровывать конфиденциальные данные, что будет очень хорошей новостью для злоумышленников
Квантовые вычисления подтолкнут нас в будущее
Возможности, предоставляемые квантовыми вычислениями, просто невероятны и однажды станут достижимыми. Хотя квантовые вычисления все еще находятся на ранних стадиях, дальнейшее развитие этой области может привести нас к огромным технологическим подвигам. Только время покажет!
Комментировать