Ми живемо в епоху технологій, але попереду ще багато чого. В останні роки величезні корпорації зробили незначні, але значні кроки вперед у квантових обчисленнях, які, здається, готові змінити світ, яким ми його знаємо. Потенційне використання, наведене нижче, матиме вплив на все, від мобільності до охорони здоров’я. Подібно до того, як у 1950-х роках люди могли бачити деякі із сучасних застосувань для класичних комп’ютерів і пов’язаних з ними технологій, ми можемо бути здивовані застосуваннями, які з’являються для квантових комп’ютерів. У цьому блозі ви дізнаєтеся все про квантові обчислення та їх роботу, а також дізнаєтеся про найкращі акції, які ви можете придбати, включаючи Google або IBM.
Що таке квантові обчислення?
Квантові обчислення — це багатодисциплінарна область, яка поєднує інформатику, фізику та математику для вирішення складних проблем швидше, ніж традиційні комп’ютери. Квантові обчислення охоплюють як дослідження апаратного забезпечення, так і розробку додатків. Використовуючи квантово-механічні ефекти, такі як суперпозиція та квантова інтерференція, квантові комп’ютери здатні вирішувати деякі типи проблем швидше, ніж звичайні комп’ютери. Машинне навчання (ML), оптимізація та моделювання фізичних систем – це деякі програми, у яких квантові комп’ютери можуть забезпечити таке підвищення швидкості. Оптимізація портфоліо у фінансах або моделювання хімічних систем можуть бути сценаріями використання в майбутньому, вирішуючи проблеми, які наразі недоступні навіть для найпотужніших суперкомп’ютерів на ринку.
Як працює квантове обчислення?
Яка відповідь, коли запитують, як працюють квантові обчислення? Давайте проведемо ретельний огляд. Між квантовими та звичайними комп’ютерами є певна схожість. Обидва типи комп’ютерів, наприклад, часто містять мікросхеми, схеми та логічні елементи. Їх діяльність керується алгоритмами (в основному послідовними інструкціями), і вони кодують інформацію за допомогою двійкового коду одиниць і нулів.
Фізичні елементи використовуються обома типами комп’ютерів для кодування цих одиниць і нулів. Ці пристрої представляють біти (двійкові цифри) у двох станах у класичних комп’ютерах — наприклад, струм увімкнено або вимкнено, а магніт спрямований угору чи вниз. Квантові комп’ютери використовують квантові біти або кубіти, які обробляють дані радикально різними способами. У той час як класичні біти можуть представляти лише одиницю або нуль, кубіт може бути в суперпозиції одиниці та нуля, поки його стан не буде виміряно.
Крім того, стани кількох кубітів можуть бути заплутаними, що означає, що вони квантово механічно пов’язані один з одним. Суперпозиція та заплутаність надають квантовим комп’ютерам функції, недоступні в традиційних обчисленнях. Кубіти можуть бути створені шляхом маніпулювання атомами, електрично зарядженими атомами, відомими як іони, або електрони, або шляхом наноінженерії так званих штучних атомів, таких як надпровідні схеми кубітів, за допомогою техніки друку, відомої як літографія.
Які принципи квантових обчислень?
Квантовий комп'ютер працює на основі квантових принципів. Суперпозиція, заплутаність і декогеренція – це лише деякі слова, які необхідно опанувати, щоб повністю зрозуміти квантові принципи. Давайте розглянемо ці принципи більш детально нижче.
#1. Суперпозиція
Суперпозиція стверджує, що, подібно до хвиль у класичній фізиці, ви можете комбінувати два або більше квантових станів, щоб отримати інший дійсний квантовий стан. Кожен квантовий стан можна альтернативно представити як суму двох або більше різних унікальних станів. Ця суперпозиція кубітів надає квантовим комп’ютерам внутрішню паралелізм, дозволяючи їм виконувати мільйони операцій одночасно.
#2. Обплутаність
Квантова заплутаність відбувається, коли дві системи настільки тісно пов’язані, що знання однієї забезпечує негайне знання іншої, незалежно від того, наскільки вони віддалені. Квантові процесори можуть виводити інформацію про одну частинку, вимірюючи іншу. Вони можуть, наприклад, вирішити, що якщо один кубіт обертається вгору, інший завжди обертатиметься вниз, і навпаки. Завдяки квантовій заплутаності квантові комп’ютери можуть швидше вирішувати складні проблеми.
Коли ви вимірюєте квантовий стан, хвильова функція руйнується, і ви отримуєте або нуль, або одиницю. Кубіт функціонує як класичний біт у цьому відомому або передбачуваному стані. Заплутаність відноситься до здатності кубітів пов’язувати свої стани зі станами інших кубітів.
#3. Декогеренція
Декогеренція — це втрата квантового стану кубіта. Вплив навколишнього середовища, наприклад радіація, може призвести до руйнування квантових станів кубітів. Розробка численних елементів, які прагнуть затримати декогеренцію стану, наприклад розробка спеціальних структур, які захищають кубіти від зовнішніх полів, є значною інженерною складністю при створенні квантового комп’ютера.
Які компоненти квантового комп’ютера?
Квантові комп’ютери, як і традиційні комп’ютери, мають апаратне та програмне забезпечення.
#1. Квантова техніка
Три компоненти складають квантове обладнання.
- Площина квантових даних: Площина квантових даних є ядром квантового комп’ютера і містить фізичні кубіти, а також структури, необхідні для їх утримання на місці.
- Контрольно-вимірювальна площина: Цифрові сигнали перетворюються в аналогові або хвильові сигнали керування площиною керування та вимірювання. Операції над кубітами в площині квантових даних виконуються цими аналоговими сигналами.
- Площина керуючого процесора та головний процесор: Квантовий алгоритм або серія операцій реалізується площиною керуючого процесора. Головний процесор спілкується з квантовим програмним забезпеченням і надсилає цифровий сигнал або серію класичних бітів до площини керування та вимірювання.
#2. Квантове програмне забезпечення
Програмне забезпечення Quantum використовує квантові схеми для реалізації унікальних квантових алгоритмів. Квантова схема — це обчислювальна процедура, яка визначає набір логічних квантових операцій, які мають виконуватися над базовими кубітами. Квантові алгоритми можна кодувати за допомогою різноманітних інструментів розробки програмного забезпечення та фреймворків.
Як компанії використовують квантові обчислення?
Квантові обчислення мають потенціал для трансформації бізнесу. Нижче наведено кілька прикладів випадків використання:
#1. ML
Машинне навчання (ML) — це процес вивчення величезних масивів даних, щоб допомогти комп’ютерам робити кращі прогнози та судження. Дослідження квантових обчислень досліджують фізичні межі обробки інформації та створюють нові основи для фундаментальної фізики. Багато дисциплін науки та промисловості отримують користь від цього дослідження, включаючи хімію, оптимізацію та молекулярне моделювання. Його також все частіше використовують у фінансових послугах для прогнозування ринкових змін і у виробництві для оптимізації процесів.
№2. Оптимізація
Квантові обчислення мають потенціал для покращення досліджень і розробок, оптимізації ланцюга постачання та виробництва. Наприклад, оптимізувавши такі елементи, як планування шляху в складних процесах, ви можете використовувати квантові обчислення, щоб зменшити витрати, пов’язані з виробничим процесом, і скоротити час циклу. Іншим застосуванням є квантова оптимізація кредитного портфеля, яка дозволяє кредиторам звільнити готівку, знизити процентні ставки та покращити свої послуги.
#3. Симуляція
Обчислювальні зусилля, необхідні для точної імітації систем, експоненціально зростають зі складністю медичних сполук і матеріалів. Навіть використовуючи апроксимаційні підходи, сучасні суперкомп’ютери не здатні досягти рівня точності, необхідного для цього моделювання. Квантові обчислення мають потенціал для вирішення деяких із найскладніших обчислювальних проблем у хімії, дозволяючи вченим виконувати хімічне моделювання, яке наразі важко вирішити. Pasqal, наприклад, створив своє обчислювальне програмне забезпечення QUBEC для виконання хімічного моделювання. QUBEC автоматизує важку роботу, необхідну для виконання квантових обчислювальних операцій, таких як автономне надання обчислювальних ресурсів, попередня і постобробка класичних обчислень і пом’якшення помилок.
Обмеження квантових обчислень
Квантові обчислення мають величезні перспективи для розвитку та вирішення проблем у широкому діапазоні секторів. Однак наразі він має обмеження.
- Найменше порушення середовища кубіта може спричинити декогерентність або розпад.
- Це призводить до збою обчислень або виникнення помилок. Як було сказано раніше, квантовий комп’ютер має бути захищений від усіх зовнішніх перешкод під час обчислень.
- Виправлення помилок на стадії обчислень не доведено. У результаті обчислення можуть бути ненадійними. Оскільки кубіти не є бітами цифрових даних, вони не можуть отримати вигоду від традиційних процедур виправлення помилок, які застосовуються традиційними комп’ютерами.
- Під час отримання обчислювальних результатів може статися пошкодження даних. Такі розробки, як спеціальний алгоритм пошуку в базі даних, який забезпечує акт вимірювання, призводять до декогерентності квантового стану в правильну відповідь, є перспективними.
Безпека та квантова криптографія все ще знаходяться на ранніх стадіях. - Нестача кубітів заважає квантовим комп’ютерам повністю реалізувати свій потенціал. Понад 128 дослідників ще належить створити.
Запаси квантових обчислень, на які слід звернути увагу на 2023 рік
У цьому розділі ми розглянемо акції квантових обчислень, у які варто інвестувати, а також «найкращі» акції квантових обчислень для покупки. Вони такі:
#1. Google Quantum Computing Stock
Ми просто не можемо, як би ми не намагалися, назвати Google (GOOG) Alphabet. Нещодавньою головною новиною від акції квантових обчислень Google стала заява про створення квантового кристала. Незважаючи на всі наші зусилля, нам не вдалося знайти жодної статті, яка б адекватно описувала цей подвиг. Google інвестує мільярди доларів, щоб завершити створення свого квантового комп’ютера до 2029 року. Щоб допомогти досягти цієї мети, корпорація створила кампус Google AI у Каліфорнії. Після створення компанія квантових обчислень Google може запустити послугу квантових обчислень у хмарі. Тож слідкуйте за цим простором.
#2. Honeywell Quantum Computing Stock
Honeywell (HON) тісно співпрацює з приватною компанією Cambridge Quantum Computing і щойно оголосила про створення нової компанії. Крім того, Honeywell Quantum Solutions (HQS) і Cambridge Quantum (CQ) об’єднаються, щоб створити нову (неназвану) фірму, в яку Honeywell інвестує від 270 до 300 мільйонів доларів. Honeywell буде найбільшим акціонером нової фірми, а акціонери CQ володітимуть понад 45%.
#3. IBM Quantum Computing Stock
IBM Quantum Computing Stock (IBM) все ще оговтується від серйозного похмілля через занадто багато Rometty Kool-Aid, але їх новий генеральний директор має квантові обчислення на своєму радарі. Крім того, IBM Quantum Computing Stock має на меті допомогти компаніям і суспільству скористатися перевагами квантових обчислень і поставила за мету створити понад 1,000 процесорів кубітів до 2023 року.
#4. Microsoft Quantum Computing Stock
Акції Microsoft (MSFT) — це технічний гігант вартістю 2 трильйони доларів, який працює в різних галузях, включаючи квантові обчислення. Платформа Microsoft Azure Quantum надає підприємствам доступ до квантових технологій.
#5. інші
Такі фінансові компанії, як JPMorgan Chase і Visa, зацікавлені в квантових обчисленнях і пов’язаних технологіях.
Квантовий комп'ютер проти класичного комп'ютера
У порівнянні зі звичайними комп’ютерами, квантові комп’ютери мають більш фундаментальну структуру. У них немає пам'яті і процесора. Квантовий комп'ютер - це не що інше, як набір надпровідних кубітів. Квантові та звичайні комп’ютери обробляють інформацію по-різному.
Кубіти використовуються в квантових комп’ютерах для виконання багатовимірних квантових алгоритмів. З додаванням кубітів їх здатність до обробки зростає експоненціально. Традиційний процесор використовує біти для виконання кількох програм. З додаванням додаткових бітів їхня потужність зростає лінійно. Традиційні комп'ютери мають значно меншу обчислювальну потужність. Класичні комп'ютери ідеально підходять для звичайної роботи, оскільки вони безпомилкові. Квантові комп’ютери найкраще підходять для завдань більш високого рівня.
Класичні комп'ютери не вимагають особливого догляду. Щоб запобігти перегріву, вони можуть використовувати простий внутрішній вентилятор. Процесори Quantum повинні бути ізольовані навіть від найменших вібрацій і зберігатися в дуже холодному стані.
Як почати роботу з квантовими обчисленнями?
Якщо ви хочете поекспериментувати з квантовими обчисленнями, ви можете почати з емулятора квантового обладнання у вашій локальній системі. Емулятори — це частини програмного забезпечення, які імітують квантові явища на звичайному комп’ютері. Крім того, вони передбачувані та дозволяють спостерігати квантові стани. Їх можна використовувати для тестування алгоритмів, перш ніж вкладати час у квантове обладнання. Однак вони не можуть відтворити справжню квантову поведінку.
Що насправді роблять квантові обчислення?
Квантові обчислення використовують квантову теорію для вирішення математичних проблем і запуску квантових моделей. Він використовується для моделювання квантових систем, таких як фотосинтез, надпровідність і складні молекулярні утворення.
Чи існують квантові комп’ютери зараз?
Ці надпотужні гаджети — це гаряче обговорювана майбутня технологія, яка використовує переваги квантової фізики. У листопаді минулого року IBM анонсувала Osprey, новий 433-кубітний процесор, який втричі потужніший за свого попередника, який був побудований лише в 2021 році.
Наскільки реалістичні квантові обчислення?
Безсумнівно, квантові обчислення реальні, але це може бути не все, що вони думають. Існує ще багато обмежень, але з появою нових технологій для вдосконалення квантових обчислень зростає їх застосування в різних галузях.
Які проблеми може вирішити квантовий комп'ютер?
Складні проблеми, вирішення яких зараз займає багато років на найпотужнішому суперкомп’ютері, потенційно можна вирішити за лічені секунди. Майбутні квантові комп’ютери можуть розкрити раніше немислимі горизонти в математиці та науці, допомагаючи у вирішенні екзистенційних проблем, таких як зміна клімату та продовольча безпека.
Як далеко ми від квантових обчислень?
В обмеженій формі квантові обчислення вже доступні. Однак цілком можливо, що він увійде в мейнстрім протягом наступних п’яти-десяти років, подібно до того, як традиційні комп’ютери поширювалися з лабораторій і величезних підприємств на підприємства будь-якого розміру, а також у домівки в 1970-х і 1980-х роках.
Bottom Line
Квантові обчислення не те саме, що традиційні обчислення. У ньому використовуються кубіти, які можуть бути як 1, так і 0. Біти в традиційних комп’ютерах можуть бути лише 1 або 0. У результаті квантові обчислення стали значно швидшими та потужнішими. Очікується, що його використовуватимуть для вирішення широкого кола надзвичайно складних і цінних завдань. Хоча на даний момент у нього є обмеження, його планують запустити в роботу багато потужних компаній у багатьох галузях.
Статті по темі
- ТЕОРІЇ УПРАВЛІННЯ: різні типи теорій управління на робочому місці
- ТЕОРІЇ УПРАВЛІННЯ: концепції та найважливіші теорії управління на робочому місці
- Хмарні обчислення: визначення, типи, плюси, мінуси та PDF (докладний посібник 2023 року)
- ХМАРНИЙ ІНЖЕНЕР: визначення, обов’язки, вакансії, зарплата та як ними стати
- Коли купувати квитки на літак 2023: найкращий простий посібник
посилання
