W naszych czasach standardowe komputery są niewątpliwie zaawansowane w porównaniu z tym, co mogliśmy zebrać kilka dekad temu. Jednak przy tym, jak szybkie i różnorodne są teraz komputery, trudno sobie wyobrazić coś, co mogłoby być jeszcze lepsze. Wejdź do komputerów kwantowych. Ta dziedzina nauki ma na celu wykorzystanie praw wszechświata do osiągnięcia niesamowitych celów.
Czym dokładnie jest komputer kwantowy i jak wpłynie na nasz świat w przyszłości?
Co to jest przetwarzanie kwantowe?
Chociaż dynamika komputerów kwantowych jest nadal badana, pierwotnie pojawiła się w latach 80. XX wieku przez fizyka Paula Benioffa. W tym czasie Benioff zaproponował kwantowy model obliczeniowy maszyny Turinga. Następnie kolejne osoby pomogły w opracowaniu teorii i zastosowania obliczeń kwantowych, w tym Isaac Chuang i Neil Gershenfeld.
Definicja obliczeń kwantowych różni się nieco w zależności od odwiedzanej witryny. Jego najbardziej podstawową formą jest rodzaj przetwarzania, którego działanie opiera się na mechanice kwantowej. Podczas gdy komputery kwantowe były kiedyś tylko teorią na papierze, teraz ożywają.
Z jakimi więc komputerami kwantowymi mamy dziś do czynienia?
Obliczenia kwantowe wciąż są w fazie rozwoju. Jest to niezwykle złożona dziedzina, która ustąpiła miejsca wielu prototypowym modelom, takim jak komputer kwantowy Sycamore firmy Google. W 2019 roku Google ogłosił, że Sycamore zajęło kilka minut, aby rozwiązać obliczenia, które zajęłyby superkomputerowi 10 000 lat. Ale czym różnią się komputery kwantowe? Jak mogą dokonywać tak wielkich wyczynów?
Podstawy komputerów kwantowych
Typowy komputer używa do działania jednostek zwanych bitami. Bit może i zawsze będzie miał tylko jedną z dwóch wartości: zero lub jeden. Te bity są używane do pisania kodu binarnego, absolutnej podstawy w świecie komputerów.
Z drugiej strony bit kwantowy (kubit) jest najbardziej podstawową jednostką komputerów kwantowych. To właśnie te jednostki są potrzebne komputerom kwantowym do przechowywania danych i wykonywania funkcji. Kubit może przenosić informacje w stanie kwantowym i może być generowany na wiele sposobów, na przykład poprzez spin elektronu.
Kubity mogą również przybierać dowolną liczbę form, takich jak foton lub uwięziony jon. Są to nieskończenie małe cząstki, które stanowią podstawę naszego wszechświata.
Kubity mają ogromny potencjał. Obecnie są używane w komputerach kwantowych do rozwiązywania wielowymiarowych algorytmów kwantowych i uruchamiania modeli kwantowych. Niewiarygodne w kubitach jest to, że mogą istnieć w wielu stanach jednocześnie. Oznacza to, że mogą jednocześnie wynosić zero, jeden lub cokolwiek pomiędzy.
Dzięki tej właściwości kubity mogą rozważać wiele możliwości jednocześnie, co daje komputerom kwantowym możliwość wykonywania obliczeń, zanim stan obiektu stanie się mierzalny. Pozwala to komputerom kwantowym rozwiązywać złożone problemy znacznie szybciej niż zwykłe komputery.
Zalety komputerów kwantowych
Największą zaletą komputerów kwantowych jest szybkość, z jaką mogą wykonywać obliczenia. Taka technologia może zapewnić prędkości obliczeniowe, których tradycyjne komputery nigdy nie będą w stanie osiągnąć. Komputery kwantowe są również znacznie bardziej zdolne do rozwiązywania bardziej złożonych problemów niż typowe komputery i mogą przeprowadzać bardzo złożone symulacje.
Ta zaawansowana zdolność komputerów kwantowych jest czasami określana jako „wyższość kwantowa”, ponieważ mają potencjał daleko wykraczający poza komputery, a nawet zaawansowane superkomputery, można osiągnąć w ciągu najbliższych kilku lat lub dziesięcioleci. Ale komputery kwantowe nie są bynajmniej doskonałe. Te maszyny mają kilka wad, które mogą wpłynąć na ich przyszły sukces.
Wady komputerów kwantowych
Ponieważ komputery kwantowe są wciąż w fazie prototypu, wiele problemów wciąż wymaga rozwiązania.
Po pierwsze, komputery kwantowe potrzebują ekstremalnych środowisk, w których mogą funkcjonować. W rzeczywistości maszyny te muszą istnieć w temperaturach około 450 stopni Fahrenheita. Utrudnia to dostęp do komputerów kwantowych większości firm i opinii publicznej. Ponadto komputery kwantowe są bardzo duże w porównaniu z dzisiejszymi standardowymi modelami, podobnie jak pierwszy komputer. Chociaż prawdopodobnie ulegnie to zmianie w przyszłości, przyczyni się to do niedostępności tej technologii dla zwykłych ludzi we wczesnych fazach rozwoju.
Komputery kwantowe nadal borykają się ze zbyt wysokimi wskaźnikami błędów. Aby pomyślnie zintegrować się z różnymi branżami, musimy mieć pewność, że te maszyny zapewniają wysoki wskaźnik sukcesu, aby można było na nich polegać.
Teraz, gdy rozumiemy podstawy obliczeń kwantowych oraz ich zalety i wady, przejdźmy do tego, jak tę technologię można zastosować w różnych branżach.
Zastosowania komputerów kwantowych
Ponieważ komputery kwantowe są wciąż we wczesnych stadiach rozwoju, pojawia się wiele pomysłów na to, co może pewnego dnia zrobić. Istnieje wiele nieporozumień dotyczących komputerów kwantowych, co w dużej mierze wynika z nieporozumień dotyczących technologii. Niektórzy sugerują, że komputery kwantowe będą używane do wchodzenia do równoległych wszechświatów, a nawet symulowania podróży w czasie.
Chociaż nie można dokładnie wykluczyć tych możliwości, musimy skupić się na bardziej realistycznych zastosowaniach obliczeń kwantowych, które można osiągnąć w ciągu najbliższych kilku dekad. Przejdźmy więc do zastosowań obliczeń kwantowych.
1. Sztuczna inteligencja i uczenie maszynowe
Sztuczna inteligencja i uczenie maszynowe to dwie inne technologie, które wydają się niemal futurystyczne, ale z biegiem lat stają się coraz bardziej zaawansowane. W miarę rozwoju tych technologii może zaistnieć potrzeba odejścia od standardowych komputerów. W tym miejscu mogłyby wkroczyć komputery kwantowe, z ich ogromnym potencjałem do szybkiego przetwarzania funkcji i rozwiązywania obliczeń.
2. Bezpieczeństwo cybernetyczne
Ponieważ cyberprzestępcy stają się coraz bardziej wyrafinowani, rośnie nasze zapotrzebowanie na wysoki poziom cyberbezpieczeństwa. Dzisiaj, cyberprzestępczość jest niepokojąco powszechna, a celem ataków są tysiące osób miesięcznie.
Korzystając z obliczeń kwantowych, pewnego dnia możemy łatwiej opracować wysokiej jakości protokoły bezpieczeństwa cybernetycznego, które będą w stanie poradzić sobie nawet z najbardziej wyrafinowanymi atakami.
Obliczenia kwantowe mogą również pomóc w kryptografii, szczególnie w dziedzinie zwanej kryptografia kwantowa. To bada akt wykorzystania mechaniki kwantowej do realizować funkcje kryptograficzne.
3. Rozwój leków
Zdolność komputerów kwantowych do przewidywania wyniku sytuacji może sprawić, że będą skuteczne w opracowywaniu leków. Komputer kwantowy może pewnego dnia pomóc przewidzieć, jak określone cząsteczki zachowują się w określonych scenariuszach. Na przykład komputer kwantowy mógłby przewidzieć, jak lek zachowa się w ciele człowieka.
Ten podwyższony poziom badań może znacznie ułatwić okres prób i błędów opracowywania leków.
Obawy wokół komputerów kwantowych
Gdy rozwija się nowy rodzaj technologii, naturalne jest, że ludzie odczuwają lekki niepokój. Czy zatem komputery kwantowe powinny nas interesować?
Dużo mówi się o cyberbezpieczeństwie zagrożeń stwarzanych przez komputery kwantowe. Chociaż komputery kwantowe mogą pomóc osiągnąć wyższy poziom bezpieczeństwa cyfrowego, sprawy mogą potoczyć się w drugą stronę. Chociaż to zagrożenie jest w tej chwili hipotetyczne, istnieje szansa, że może przekształcić się w problem w nadchodzących latach, zwłaszcza gdy komputery kwantowe staną się powszechnie dostępne populacja. Niektóre firmy już oferują”kwantowa sieć VPN„usługi w oczekiwaniu.
Ponieważ komputery kwantowe mogą rozwiązywać bardzo złożone problemy, ich potencjał w zakresie skuteczniejszego łamania haseł i odszyfrowywanie danych wzrasta. Podczas gdy nawet superkomputery mają trudności ze znalezieniem dużych kluczy deszyfrujących, komputery kwantowe mogą pewnego dnia mieć możliwość łatwego odszyfrowania poufnych danych, co byłoby bardzo dobrą wiadomością dla złośliwych aktorów.
Obliczenia kwantowe popchną nas w przyszłość
Możliwości oferowane przez komputery kwantowe są po prostu niewiarygodne i pewnego dnia będą osiągalne. Chociaż obliczenia kwantowe są wciąż na wczesnym etapie, ciągły postęp w tej dziedzinie może doprowadzić nas do ogromnych osiągnięć technologicznych. Tylko czas pokaże z tym!