Мы живем в век технологий, но все еще впереди. В последние годы огромные корпорации сделали небольшой, но значительный шаг вперед в области квантовых вычислений, которые, похоже, готовы изменить мир, каким мы его знаем. Перечисленные ниже потенциальные области применения повлияют на все, от мобильности до здравоохранения. Подобно тому, как в 1950-х годах люди могли видеть некоторые современные приложения для классических компьютеров и связанных с ними технологий, нас могут удивить приложения, которые появляются для квантовых компьютеров. В этом блоге вы узнаете все о квантовых вычислениях и о том, как они работают, а также о лучших акциях, которые вы можете купить, включая Google или IBM.
Что такое квантовые вычисления?
Квантовые вычисления — это междисциплинарная область, объединяющая информатику, физику и математику для решения сложных задач быстрее, чем традиционные компьютеры. Квантовые вычисления охватывают как исследования аппаратного обеспечения, так и разработку приложений. Используя квантово-механические эффекты, такие как суперпозиция и квантовая интерференция, квантовые компьютеры могут решать некоторые типы задач быстрее, чем обычные компьютеры. Машинное обучение (ML), оптимизация и моделирование физических систем — вот некоторые приложения, в которых квантовые компьютеры могут обеспечить такое повышение скорости. Оптимизация портфеля в финансах или моделирование химических систем могут быть вариантами использования в будущем, решая проблемы, которые в настоящее время недостижимы даже для самых мощных суперкомпьютеров на рынке.
Как работают квантовые вычисления?
Каков ответ на вопрос, как работают квантовые вычисления? Проведем тщательное обследование. Есть некоторое сходство между квантовыми и обычными компьютерами. Оба типа компьютеров, например, часто включают микросхемы, схемы и логические вентили. Их деятельность управляется алгоритмами (в основном последовательными инструкциями), и они кодируют информацию, используя двоичный код единиц и нулей.
Физические элементы используются компьютерами обоих типов для кодирования единиц и нулей. Эти устройства представляют биты (двоичные цифры) в двух состояниях в классических компьютерах — например, ток включен или выключен, а магнит направлен вверх или вниз. Квантовые компьютеры используют квантовые биты или кубиты, которые обрабатывают данные совершенно разными способами. В то время как классические биты могут представлять только единицу или ноль, кубит может находиться в суперпозиции единицы и нуля, пока его состояние не будет измерено.
Кроме того, состояния нескольких кубитов могут быть запутаны, что означает, что они квантово-механически связаны друг с другом. Суперпозиция и запутанность обеспечивают квантовые компьютеры функциями, недоступными в традиционных вычислениях. Кубиты могут быть созданы путем манипулирования атомами, электрически заряженными атомами, известными как ионы или электроны, или с помощью наноинженерии, так называемых искусственных атомов, таких как схемы сверхпроводящих кубитов, с использованием технологии печати, известной как литография.
Каковы принципы квантовых вычислений?
Квантовый компьютер работает на основе квантовых принципов. Суперпозиция, запутанность и декогеренция — это лишь некоторые из слов, которыми необходимо овладеть, чтобы полностью понять квантовые принципы. Рассмотрим эти принципы более подробно ниже.
№1. Суперпозиция
Суперпозиция утверждает, что, подобно волнам в классической физике, вы можете комбинировать два или более квантовых состояния, чтобы получить другое действительное квантовое состояние. В качестве альтернативы каждое квантовое состояние можно представить как сумму двух или более различных уникальных состояний. Эта суперпозиция кубитов придает квантовым компьютерам присущий им параллелизм, позволяя им выполнять миллионы операций одновременно.
№ 2. Запутанность
Квантовая запутанность возникает, когда две системы настолько тесно связаны, что знание одной дает немедленное знание другой, независимо от того, насколько они удалены друг от друга. Квантовые процессоры могут получать информацию об одной частице, измеряя другую. Они могут, например, решить, что если один кубит вращается вверх, другой всегда будет вращаться вниз, и наоборот. Благодаря квантовой запутанности квантовые компьютеры могут решать сложные задачи быстрее.
Когда вы измеряете квантовое состояние, волновая функция схлопывается, и вы получаете либо ноль, либо единицу. Кубит функционирует как классический бит в этом известном или предсказуемом состоянии. Запутанность относится к способности кубитов связывать свои состояния с состояниями других кубитов.
№3. декогеренция
Декогеренция — это потеря квантового состояния кубита. Воздействие окружающей среды, например излучение, может привести к коллапсу квантовых состояний кубитов. Разработка многочисленных элементов, направленных на задержку декогерентности состояния, таких как разработка специальных структур, защищающих кубиты от внешних полей, представляет собой серьезную инженерную трудность при создании квантового компьютера.
Каковы компоненты квантового компьютера?
Квантовые компьютеры, как и традиционные компьютеры, имеют аппаратное и программное обеспечение.
№1. Квантовое оборудование
Три компонента составляют квантовое оборудование.
- Квантовая плоскость данных: План квантовых данных является ядром квантового компьютера и содержит физические кубиты, а также структуры, необходимые для их удержания на месте.
- Контрольно-измерительная плоскость: Цифровые сигналы преобразуются в аналоговые или волновые управляющие сигналы плоскостью управления и измерения. Операции над кубитами в плоскости квантовых данных выполняются этими аналоговыми сигналами.
- Плоскость управляющего процессора и хост-процессор: Квантовый алгоритм или последовательность операций реализуется плоскостью управляющего процессора. Хост-процессор связывается с квантовым программным обеспечением и отправляет цифровой сигнал или последовательность классических битов в плоскость управления и измерения.
№ 2. Квантовое программное обеспечение
Квантовое программное обеспечение использует квантовые схемы для реализации уникальных квантовых алгоритмов. Квантовая схема — это вычислительная процедура, которая определяет набор логических квантовых операций, которые должны выполняться над базовыми кубитами. Квантовые алгоритмы могут быть закодированы с использованием различных инструментов и сред разработки программного обеспечения.
Как компании используют квантовые вычисления?
Квантовые вычисления могут трансформировать бизнес. Ниже приведены несколько примеров использования:
№1. МЛ
Машинное обучение (ML) — это процесс изучения огромных объемов данных, чтобы помочь компьютерам делать более точные прогнозы и суждения. Исследования в области квантовых вычислений исследуют физические границы обработки информации и открывают новые горизонты в фундаментальной физике. Это исследование приносит пользу многим дисциплинам науки и промышленности, включая химию, оптимизацию и молекулярное моделирование. Он также все чаще используется в сфере финансовых услуг для прогнозирования движений рынка и в производстве для оптимизации процессов.
№ 2. Оптимизация
Квантовые вычисления могут улучшить исследования и разработки, оптимизировать цепочки поставок и производство. Например, оптимизируя такие элементы, как планирование пути в сложных процессах, вы можете использовать квантовые вычисления для снижения затрат, связанных с производственным процессом, и сокращения времени цикла. Еще одним приложением является квантовая оптимизация кредитного портфеля, которая позволяет кредиторам высвободить денежные средства, снизить процентные ставки и улучшить свои услуги.
№ 3. Моделирование
Вычислительные усилия, необходимые для точной имитации систем, растут в геометрической прогрессии вместе со сложностью медицинских соединений и материалов. Даже при использовании приближенных подходов современные суперкомпьютеры не способны достичь уровня точности, необходимого для этих симуляций. Квантовые вычисления могут решить некоторые из самых сложных вычислительных проблем в химии, позволяя ученым выполнять химические моделирования, которые в настоящее время неразрешимы. Паскаль, например, создал свое вычислительное программное обеспечение QUBEC для моделирования химических процессов. QUBEC автоматизирует тяжелую работу, необходимую для выполнения операций квантовых вычислений, таких как автономное выделение вычислительных ресурсов, предварительная и постобработка классических вычислений и устранение ошибок.
Ограничения квантовых вычислений
Квантовые вычисления имеют огромные перспективы для развития и решения проблем в самых разных областях. Однако в настоящее время он имеет ограничения.
- Малейшее нарушение в среде кубита может привести к декогеренции или распаду.
- Это приводит к сбою вычислений или возникновению ошибок. Как указывалось ранее, квантовый компьютер должен быть защищен от всех внешних помех во время вычислений.
- Исправление ошибок на этапе вычислений не доведено до совершенства. В результате расчеты могут быть ненадежными. Поскольку кубиты не являются цифровыми битами данных, они не могут извлечь выгоду из традиционных процедур исправления ошибок, используемых традиционными компьютерами.
- Повреждение данных может произойти при извлечении результатов вычислений. Такие разработки, как специальный алгоритм поиска в базе данных, который обеспечивает акт измерения, заставляющий квантовое состояние расшифровываться в правильный ответ, обещают.
Безопасность и квантовая криптография все еще находятся на ранних стадиях. - Недостаток кубитов не позволяет квантовым компьютерам полностью реализовать свой потенциал. Более 128 еще предстоит создать исследователям.
Акции квантовых вычислений на 2023 год
В этом разделе мы рассмотрим акции квантовых вычислений, в которые можно инвестировать, а также «лучшие» акции квантовых вычислений для покупки. Они следующие:
№1. Акции Google квантовых вычислений
Мы просто не можем, как бы мы ни старались, назвать Google (GOOG) Alphabet. Недавней важной новостью от акций квантовых вычислений Google стало заявление о создании квантового кристалла. Несмотря на все наши усилия, нам не удалось найти ни одной статьи, адекватно описывающей этот подвиг. Google инвестирует миллиарды долларов, чтобы завершить создание своего квантового компьютера к 2029 году. Чтобы помочь в достижении этой цели, корпорация создала кампус Google AI в Калифорнии. После создания акции квантовых вычислений Google могут запустить облачную службу квантовых вычислений. Так что следите за этим пространством.
№ 2. Акции Honeywell для квантовых вычислений
Honeywell (HON) тесно сотрудничает с частной компанией Cambridge Quantum Computing и только что объявила о рождении новой компании. Кроме того, Honeywell Quantum Solutions (HQS) и Cambridge Quantum (CQ) объединятся в новую (неназванную) фирму, в которую Honeywell инвестирует от 270 до 300 миллионов долларов. Honeywell станет крупнейшим акционером новой фирмы, при этом акционерам CQ будет принадлежать более 45%.
№3. Акции IBM для квантовых вычислений
IBM Quantum Computing Stock (IBM) все еще восстанавливается после серьезного похмелья, вызванного слишком большим количеством Rometty Kool-Aid, но их новый генеральный директор держит квантовые вычисления на своем радаре. Кроме того, IBM Quantum Computing Stock стремится помочь предприятиям и обществу воспользоваться преимуществами квантовых вычислений и поставила цель создать к 1,000 году процессоры с более чем 2023 кубитами.
№ 4. Акции Microsoft для квантовых вычислений
Акции Microsoft (MSFT) — это технологический гигант стоимостью 2 триллиона долларов, который занимается различными областями, включая квантовые вычисления. Платформа Microsoft Azure Quantum предоставляет предприятиям доступ к квантовым технологиям.
№ 5. Другие
Компании, предоставляющие финансовые услуги, такие как JPMorgan Chase и Visa, заинтересованы в квантовых вычислениях и связанных с ними технологиях.
Квантовый компьютер против классического компьютера
По сравнению с обычными компьютерами квантовые компьютеры имеют более фундаментальную структуру. Им не хватает памяти и процессора. Квантовый компьютер — это не что иное, как набор сверхпроводящих кубитов. Информация обрабатывается квантовыми и обычными компьютерами по-разному.
Кубиты используются в квантовых компьютерах для выполнения многомерных квантовых алгоритмов. По мере добавления кубитов их вычислительные возможности растут в геометрической прогрессии. Традиционный процессор использует биты для выполнения нескольких программ. По мере добавления дополнительных бит их мощность увеличивается линейно. Традиционные компьютеры имеют значительно меньшую вычислительную мощность. Классические компьютеры идеально подходят для обычной работы, поскольку они безошибочны. Квантовые компьютеры лучше всего подходят для задач более высокого уровня.
Классические компьютеры не требуют особого обслуживания. Чтобы предотвратить перегрев, они могут использовать простой внутренний вентилятор. Квантовые процессоры должны быть изолированы даже от малейших вибраций и храниться в чрезвычайно прохладном месте.
Как начать работу с квантовыми вычислениями?
Если вы хотите поэкспериментировать с квантовыми вычислениями, вы можете начать с эмулятора квантового оборудования в вашей локальной системе. Эмуляторы — это программы, которые имитируют квантовые явления на обычном компьютере. Кроме того, они предсказуемы и позволяют наблюдать квантовые состояния. Их можно использовать для тестирования алгоритмов, прежде чем инвестировать в квантовое аппаратное время. Однако они не могут воспроизвести истинное квантовое поведение.
Что на самом деле делают квантовые вычисления?
Квантовые вычисления используют квантовую теорию для решения математических задач и запуска квантовых моделей. Он используется для моделирования квантовых систем, таких как фотосинтез, сверхпроводимость и сложные молекулярные образования.
Существуют ли сейчас квантовые компьютеры?
Эти сверхмощные гаджеты представляют собой горячо обсуждаемую будущую технологию, использующую преимущества квантовой физики. В ноябре прошлого года IBM анонсировала Osprey — новый процессор на 433 кубита, который в три раза мощнее своего предшественника, который был построен только в 2021 году.
Насколько реальны квантовые вычисления?
Квантовые вычисления, безусловно, реальны, но, возможно, это не все, чем они должны быть. Ограничений по-прежнему много, но по мере появления новых технологий для улучшения квантовых вычислений расширяются и их приложения в разных отраслях.
Какие проблемы может решить квантовый компьютер?
Сложные проблемы, которые в настоящее время решаются годами на самом мощном суперкомпьютере, потенциально могут быть решены за секунды. Будущие квантовые компьютеры могут открыть ранее невообразимые горизонты в математике и естественных науках, помогая решать экзистенциальные проблемы, такие как изменение климата и продовольственная безопасность.
Насколько мы далеки от квантовых вычислений?
В ограниченной форме квантовые вычисления уже доступны. Однако вполне возможно, что в ближайшие пять-десять лет он станет мейнстримом, подобно тому, как традиционные компьютеры распространились из лабораторий и крупных предприятий в предприятия любого размера, а также в дома в 1970-х и 1980-х годах.
Выводы
Квантовые вычисления — это не то же самое, что традиционные вычисления. В нем используются кубиты, которые могут быть как 1, так и 0. Биты в традиционных компьютерах могут быть только 1 или 0. В результате квантовые вычисления стали значительно быстрее и мощнее. Ожидается, что он будет использоваться для решения широкого круга чрезвычайно сложных и ценных задач. Хотя на данный момент у него есть ограничения, его задействуют многие крупные компании в самых разных отраслях.
Статьи по теме
- ТЕОРИИ УПРАВЛЕНИЯ: различные типы теорий управления на рабочем месте
- ТЕОРИИ УПРАВЛЕНИЯ: концепции и наиболее важные теории управления на рабочем месте
- ОБЛАЧНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ: определение, типы, плюсы, минусы и PDF (подробное руководство на 2023 г.)
- ОБЛАЧНЫЙ ИНЖЕНЕР: определение, обязанности, работа, зарплата и как им стать
- Когда покупать билеты на самолет 2023: лучшее простое руководство
Рекомендации
