Calculul cuantic folosește mecanica cuantică pentru a procesa cantități enorme de informații la o viteză incredibil de mare. Este nevoie de câteva minute până la câteva ore pentru ca un computer cuantic să rezolve o problemă pe care un computer desktop ar dura ani sau decenii pentru a o rezolva.
Calculul cuantic pregătește scena pentru o nouă generație de supercalculatoare. Se așteaptă ca aceste computere cuantice să depășească tehnologia existentă în domenii precum modelare, logistică, analiza tendințelor, criptografie și inteligență artificială.
Calcul cuantic explicat
Ideea de calcul cuantic a fost imaginată pentru prima dată la începutul anilor 1980 de Richard Feynman și Yuri Manin. Feynman și Manin credeau că un computer cuantic ar putea simula date în moduri în care un computer desktop nu ar putea. Abia la sfârșitul anilor 1990, cercetătorii au construit primele computere cuantice.
Calculul cuantic folosește mecanica cuantică, cum ar fi suprapunerea și încrucișarea, pentru a efectua calcule. Mecanica cuantică este o ramură a fizicii care studiază lucruri extrem de mici, izolate sau reci.
Unitatea de procesare primară a calculului cuantic este biții cuantici sau qubiții. Qubiții sunt creați în computerul cuantic folosind proprietățile mecanice cuantice ale atomilor unici, particulelor subatomice sau circuitelor electrice supraconductoare.
Qubiții sunt similari cu biții utilizați de computerele desktop, deoarece qubiții pot fi într-o stare cuantică 1 sau 0. Qubiții diferă prin faptul că pot fi, de asemenea, într-o suprapunere a stărilor 1 și 0, ceea ce înseamnă că qubiții pot reprezenta atât 1, cât și 0 simultan.
Când qubiții sunt în suprapunere, două stări cuantice se adună și au ca rezultat o altă stare cuantică. Suprapunerea înseamnă că mai multe calcule sunt procesate simultan. Deci, doi qubiți pot reprezenta patru numere simultan. Calculatoarele obișnuite procesează biții doar în una dintre cele două stări posibile, 1 sau 0, iar calculele sunt procesate pe rând.
Calculatoarele cuantice folosesc, de asemenea, întanglementul pentru a procesa qubiții. Când un qubit este încurcat, starea acelui qubit depinde de starea altui qubit, astfel încât un qubit dezvăluie starea perechii sale neobservate.
Procesorul Quantum este nucleul computerului
Crearea de qubiți este o sarcină dificilă. Este nevoie de un mediu înghețat pentru a menține un qubit pentru orice perioadă de timp. Materialele supraconductoare necesare pentru a crea un qubit trebuie să fie răcite la zero absolut (aproximativ minus 272 Celsius). Qubiții trebuie, de asemenea, protejați de zgomotul de fundal pentru a reduce erorile de calcul.
Interiorul unui computer cuantic arată ca un candelabru de aur elegant. Și, da, este făcut cu aur adevărat. Este un frigider cu diluție care răcește cipurile cuantice, astfel încât computerul să poată crea suprapoziții și să încurce qubiți fără a pierde informații.
Calculatorul cuantic face acești qubiți din orice material care prezintă proprietăți mecanice cuantice care pot fi controlate. Proiectele de calcul cuantic creează qubiți în moduri diferite, cum ar fi bucla de sârmă supraconductoare, electroni învârtiți și ioni de captare sau impulsuri de fotoni. Acești qubiți există doar la temperaturile sub-îngheț create în frigiderul de diluție.
Limbajul de programare pentru calculul cuantic
Algoritmii cuantici analizează datele și oferă simulări bazate pe date. Acești algoritmi sunt scrisi într-un limbaj de programare cuantic. Mai multe limbaje cuantice au fost dezvoltate de cercetători și companii de tehnologie.
Acestea sunt câteva dintre limbajele de programare de calcul cuantic:
- QISKit: Quantum Information Software Kit de la IBM este o bibliotecă full-stack pentru a scrie, simula și rula programe cuantice.
- Q: limbajul de programare inclus în Microsoft Quantum Development Kit. Setul de dezvoltare include un simulator cuantic și biblioteci de algoritmi.
- Cirq: un limbaj cuantic dezvoltat de Google care folosește o bibliotecă Python pentru a scrie circuite și a rula aceste circuite în calculatoare și simulatoare cuantice.
- Forest: un mediu de dezvoltator creat de Rigetti Computing care scrie și rulează programe cuantice.
Utilizări pentru calculul cuantic
Computerele cuantice reale au devenit disponibile în ultimii ani și doar câteva mari companii de tehnologie au un computer cuantic. Unele dintre aceste companii de tehnologie includ Google, IBM, Intel și Microsoft. Acești lideri tehnologici lucrează cu producători, firme de servicii financiare și firme de biotehnologie pentru a rezolva o varietate de probleme.
Disponibilitatea serviciilor de calculatoare cuantice și progresul în puterea de calcul oferă cercetătorilor și oamenilor de știință noi instrumente pentru a găsi soluții la probleme care anterior erau imposibil de rezolvat. Calculul cuantic a redus timpul și resursele necesare pentru a analiza cantități incredibile de date, a crea simulări despre acele date, a dezvolta soluții și a crea noi tehnologii care rezolvă problemele.
Afacerile și industria folosesc calculul cuantic pentru a explora noi moduri de a face afaceri. Iată câteva dintre proiectele de calcul cuantic care pot aduce beneficii întreprinderilor și societății:
- Industria aerospațială folosește calculul cuantic pentru a investiga modalități mai bune de a gestiona traficul aerian.
- Firmele financiare și de investiții speră să folosească calculul cuantic pentru a analiza riscul și rentabilitatea investițiilor financiare, pentru a optimiza strategiile de portofoliu și pentru a rezolva tranzițiile financiare.
- Producătorii adoptă calculul cuantic pentru a-și îmbunătăți lanțurile de aprovizionare, pentru a crea eficiență în procesele lor de producție și pentru a dezvolta produse noi.
- Firmele de biotehnologie explorează modalități de a accelera descoperirea de noi medicamente.
Găsiți un computer cuantic și experimentați cu calculul cuantic
Unii informaticieni dezvoltă metode de simulare a calculului cuantic pe un computer desktop.
Multe dintre cele mai mari companii de tehnologie din lume oferă servicii cuantice. Atunci când sunt asociate cu computere și sisteme desktop, aceste servicii cuantice creează un mediu în care procesarea cuantică - cu computere desktop - rezolvă probleme complexe.
- IBM oferă mediul IBM Q cu acces la mai multe computere cuantice reale și simulări pe care le puteți utiliza prin cloud.
- Alibaba Cloud oferă o platformă cloud de calcul cuantic unde puteți rula și testa coduri cuantice personalizate.
- Microsoft oferă un kit de dezvoltare cuantică care include limbajul de programare Q, simulatoare cuantice și biblioteci de dezvoltare de cod gata de utilizare.
- Rigetti are o platformă cloud cuantică, care este în prezent în versiune beta. Platforma lor este preconfigurată cu Forest SDK.
Știri de calcul cuantic în viitor
Visul este că computerele cuantice vor rezolva problemele prea mari și prea complexe în prezent pentru a fi rezolvate cu hardware standard, în special pentru modelarea mediului și limitarea bolilor.
Computerele desktop nu au spațiu pentru a rula aceste calcule complexe și a efectua această cantitate incredibilă de analize de date. Calculul cuantic preia cele mai mari colecții de date mari și prelucrează aceste informații într-o fracțiune din timpul necesar pe un computer desktop. Datele pentru care un computer desktop ar dura câțiva ani pentru procesarea și analizarea durează doar câteva zile pentru un computer cuantic.
Calculul cuantic este încă la început, dar are potențialul de a rezolva cele mai complexe probleme ale lumii cu viteza luminii. Oricine poate ghici cât de departe va crește calculul cuantic și disponibilitatea computerelor cuantice.
