Colecții

Ce se va schimba exact calculul cuantic?

Ce se va schimba exact calculul cuantic?

În ianuarie anul trecut, IBM a anunțat la Consumer Electronics Show din Las Vegas că vor introduce primul computer cuantic integrat din lume în scopuri de afaceri și de cercetare, care va fi pus la dispoziție mai târziu în acest an. Acest lucru a dat naștere acoperirii presei, de obicei fără suflare, despre modul în care computerele cuantice vor schimba totul. Adevărul este că nu suntem cu adevărat siguri ce calcule cuantice se vor schimba, dar asta nu înseamnă că totul este hype. S-ar putea să nu „schimbe totul”, dar este probabil ca nimic să nu rămână neafectat de acesta, chiar dacă indirect.

Ce este calculul cuantic și ce face?

Calculul cuantic este atunci când un computer folosește suprapunerea cuantică a particulelor pentru a stoca date așa cum o face un pic într-un computer clasic. Qubitii, așa cum li se spune, există într-o stare nedeterminată, delimitată inclusiv de 1 și 0. Aceasta înseamnă că pot fi 1, 0 sau ambele 1 și 0, deoarece universul nu a decis încă care vrea să fie.

Acest lucru ne permite să efectuăm mai multe calcule simultan prin exploatarea suprapunerilor acestor qubits, deschizând ușa rezolvării unor clase de probleme care ar putea necesita sute, dacă nu mii de ani, pentru a rezolva folosind un computer clasic.

Cu toate acestea, există o captură. Calculul cuantic este un lucru extrem de delicat, deoarece menținerea unei particule cuantice suspendate într-o suprapunere se poate face doar timp de aproximativ 100 de microsecunde. De asemenea, are nevoie de temperaturi extrem de reci și de supraconductori, nu exact lucruri care se vor potrivi în iPhone. Acest tip de hardware face din computerele cuantice echipamente extrem de specializate, care sunt chiar practice pentru sarcini foarte specifice chiar acum, lucruri precum modelarea predicțiilor și probleme de optimizare pe sisteme complicate cu un număr mare de variabile.

VEZI ȘI: PRIMUL GENERATOR NUMĂR ALATOR PRACTIC PENTRU A REVOLUTIONA SIGURANȚA INTERNETULUI

Și chiar și atunci, utilizarea lor va trebui inițial să fie rationată pentru o vreme, la fel ca vechile UNIVAC. CDC va folosi calculatoare cuantice pentru a modela sezonul gripal care urmează, astfel încât spitalele locale care nu sunt centre majore de cercetare vor trebui să aștepte în mijloc spre partea din spate a unui șir foarte lung până când vor fi terminate. Asta cu excepția cazului în care Goldman Sachs apare că trebuie să facă prognoze financiare înainte de a ajunge la capul liniei.

Deci, ce se va schimba cu calculul cuantic?

În primul rând, singurul lucru pe care îl știm sigur este că criptarea RSA modernă este toast. Criptarea RSA se bazează pe imposibilitatea practică a unui computer clasic de a găsi factorii primi potriviți ai unui număr întreg foarte mare, cum ar fi un tip mare de 500 de cifre. Acest lucru ar putea dura sute de ani folosind cei mai eficienți algoritmi ai noștri pe un computer clasic și mii de ani dacă ați încerca să forțați brutal drumul către un răspuns.

Motivul pentru care acest lucru este rezolvabil cu un computer cuantic este că acesta a fost deja rezolvat de Peter Shor în 1994. Algoritmul lui Shor, așa cum se numește soluția sa, are nevoie de un computer cuantic suficient de puternic pentru a funcționa pentru a întrerupe criptarea RSA și totuși unul încă nu există. În curând se va întâmpla și modul în care securizăm datele va fi la fel de eficient ca și utilizarea unui zăvor cu cârlig pe ușa din față pentru a vă securiza casa. Va trebui să inventăm un mod cu totul diferit de a ne securiza toate datele existente, atât de mult știm.

În ceea ce privește lucrurile pe care noi gândi calculul cuantic se va schimba, primul candidat este modul în care organizăm sisteme la nivel macro, cum ar fi infrastructura de telecomunicații și drumurile. Cum se face ca aceste sisteme să fie echilibrate în mod optim între cost și utilitate este un exemplu al tipului de probleme pe care computerele cuantice le-ar putea rezolva datorită suprapunerii cuantice a qubitilor.

Aceeași problemă de optimizare afectează lanțul global de aprovizionare și acest lucru nu este un lucru mic. Sectorul transporturilor risipește o sumă nespusă de bani - vorbim aici despre sute de miliarde de dolari - datorită tipurilor de ineficiențe ascunse pe care optimizarea le va identifica.

Și nu doar guvernele și afacerile vor beneficia probabil de calculul cuantic, ci medicina, astronomia și alte științe sunt candidați excelenți pentru progresele transformative. Astronomii care vânează exoplanetele au munți de petabite de date care trebuie procesate pentru a obține informații relevante din punct de vedere științific din aceasta, iar acesta este genul de procesare a datelor pe care credem că calculul cuantic se va schimba într-un mod transformator.

În medicină, calculul cuantic poate accelera ritmul progreselor medicale într-un ritm incredibil prin procesarea tipurilor de probleme cu variabile multiple care fac ca cercetarea în aceste domenii să fie o provocare. Prin exploatarea suprapunerii cuantice de qubits pentru a modela tipurile de analize utilizate atunci când cercetăm boli și dezvoltăm noi medicamente, am putea descoperi tot felul de noi medicamente și tratamente la care nimeni nu s-ar fi gândit vreodată.

Cea mai semnificativă dezvoltare ar putea fi în fizică, unde cercetătorii care explorează supraconductivitatea speră să folosească într-o zi calculul cuantic pentru a identifica un material care este supraconductor la temperatura camerei, folosind qubituri pentru a modela diferiți compuși și a testa caracteristicile acestora.

Dacă se găsește un astfel de supraconductor, atunci asta voi schimba totul, sincer. Ne-ar permite să eliminăm pierderile de energie din transmisia de energie electrică și să ne transformăm rețeaua de energie, reducând generarea de energie necesară pentru a alimenta totul la o fracțiune din ceea ce este astăzi. Dacă ne reducem suficient cerințele de energie și am putea alimenta lumea cu energie regenerabilă foarte, foarte curând.

Deci, ce nu pot face calculatoarele cuantice?

Puterea calculului cuantic se află în suprapunerile qubiturilor sale. Totuși, ceea ce facem cu aceste date nu va fi deloc ajutat de calculul cuantic, cel puțin nu în niciun fel în care putem vedea acum. Un computer cuantic nu va „rula un program” așa cum fac computerele noastre astăzi; computerele cuantice ar trebui să ruleze instrucțiunile unui program linie cu linie, așa cum ar trebui să facă un computer clasic. Suprapunerea nu ajută în general să facă acest lucru mai rapid.

Este de conceput că, după ce fizicienii și chimiștii au descoperit un supraconductor la temperatura camerei, acestea ar putea fi făcute suficient de mici pentru a se încadra în servere de rețea sau computere de acasă, dar dacă vom folosi vreodată calculul cuantic în sarcinile noastre de calcul de zi cu zi, este mai probabil că computerul nostru clasic a atins un punct într-un program care necesită tipul de sarcină care este cel mai bine gestionat de un computer cuantic, cum ar fi factorizarea unui număr întreg, și fie s-ar conecta la un computer cuantic bazat pe cloud pentru a procesa această problemă pentru un rezultat , sau utilizați un cip cuantic încorporat, un QPU, pentru a-l rezolva așa cum procesează grafica offshore a procesorului de azi către GPU.

Creșterea performanței de un milion de ori pe care unii o anticipează, deși se va întâmpla într-adevăr numai la programele slab scrise care se împotmolesc în mod repetat, realizând algoritmi inutili de complecși care sunt transferați către un QPU. Niciun program bine scris nu va implementa un algoritm de factorizare a forței brute în niciun program pe care oricare dintre noi este probabil să îl ruleze în viața noastră de zi cu zi.

Pur și simplu nu cunoaștem limitele algoritmilor cuantici

Acestea fiind spuse, nimeni nu credea că Mark 1 sau UNIVAC se vor transforma în nimic dincolo de un calculator de dimensiuni de cameră. Nu au putut prevedea tipurile de utilizări la care ar fi folosite aceste calcule.

Astăzi construim calculatoare cuantice de dimensiunea camerei și asta este tot ceea ce le putem vedea cu adevărat; cândva, cineva ne va arăta cum ne gândeam mult prea mic. La urma urmei, abia dacă dezvoltatorii limbajului BASIC au inclus o comandă INPUT în timpul celei de-a treia revizii a limbilor, oricine și-a dat seama că poate scrie acum un program care funcționa ca un joc și îl poate rula pe un computer mainframe.

Chiar și cele mai avansate jocuri video sau doar 1s și 0s. Algoritmii și dispozitivele I / O, cum ar fi monitoarele și tastaturile, fac acele valori 1 și 0 mai mult decât simple calcule.

În cele din urmă, este prea devreme să știi ceva sigur fără să arăți ca un idiot peste 10 ani. Informaticienii și matematicienii teoretici, care dezvoltă adesea algoritmii care se încorporează în programele pe care le folosim în viața noastră de zi cu zi, încep acum doar să exploreze ce tipuri de algoritmi cuantici pot rula pe un computer cuantic. După ce le vor dezvolta, va rămâne la latitudinea celorlalți să implementeze acei noi algoritmi cuantici în diferite tipuri de programare.

Totuși, ceea ce putem spune este că lucrurile voi schimbarea cu calculul cuantic și dezvoltarea ulterioară a algoritmilor cuantici avansați și că această schimbare va veni în curând.


Priveste filmarea: Supremația cuantică a fost atinsă! (Octombrie 2021).