Квантовыя вылічэнні: сапраўдны гульнявы ​​рэдактар

Імідж-крэдыты: сінхранізаваны агляд на сярэднім

Квантовыя вылічэнні становяцца адной з самых размоў пра новыя тэхналогіі, хоць яна яшчэ не існуе. Тэхналогія ў апошнія гады значна прасунулася, нашы мабільныя тэлефоны сталі больш магутнымі, чым кампутар, які NASA выкарыстоўваў, каб пасадзіць чалавека на Месяц, і з кожным днём ён становіцца лепш.

У найбліжэйшай будучыні квантавыя кампутары кардынальна змяняюць наш свет. Дык чаму я сёння нават пра гэта вучуся? Мой адказ просты: у свеце вылічальнай тэхнікі гэта будзе вялікі пераменчык гульняў, як мы ведаем, даследчая лабараторыя Microsoft прагназуе, што квантавыя кампутары ў бліжэйшыя 10-15 гадоў пачнуць замяняць нашы класічныя кампутары. Пад класічнымі кампутарамі я маю на ўвазе электронныя прылады, такія як нашы ноўтбукі, тэлефоны і г.д.

У гэтым артыкуле я хацеў бы паспрабаваць адказаць на 4 асноўныя пытанні, зададзеныя пры з'яўленні тэмы квантавых вылічэнняў. 1. Што такое квантавы кампутар? 2. У якіх сферах квантавыя кампутары паўплываюць на тое, што мы робім? 3. Ці існуюць сёння квантавыя кампутары? 4. Якія даступныя інструменты для квантавых вылічэнняў сёння?

Я б пазбегнуў выкарыстання некаторых вялікіх фізічных тэрміналогій у гэтым артыкуле і паспрабаваў бы растлумачыць простымі словамі, таму давайце да гэтага.

Што такое квантавы кампутар?

Квантовыя вылічэнні складаюцца з вылічэнняў з выкарыстаннем кванта-механічных з'яў, такіх як суперпазіцыі і заблытанасці. Вікіпедыя

Гэтае вызначэнне збянтэжыла і мяне, таму дазвольце мне паспрабаваць напісаць яго сваімі словамі.

Для вызначэння квантавага кампутара, давайце спачатку разбярэмся, што такое класічныя кампутары. На самым фундаментальным узроўні ўсе квантавыя кампутары выкарыстоўваюць транзістар, а транзістар можа знаходзіцца ў адным з двух станаў; у стане уключэння або выключэння, у кампутарным выразе мы скажам 1 або 0, гэтая інфармацыя пра стан - гэта тое, што мы называем крыху (найменшая адзінка інфармацыі ўнутры кампутара). Для таго, каб працаваць класічны кампутар, мы павінны аб'яднаць розныя біты (якія знаходзяцца ў стане уключэння і выключэння) і транзістары разам. Павелічэнне колькасці біт у кампутары азначае павелічэнне інфармацыі, якую кампутар можа апрацоўваць. Шмат транзістараў сабраны разам, каб утварыць тое, што мы называем кампутарныя мікрасхемы, і яны складаюць складальныя элементы класічных кампутараў, як мы яго ведаем сёння.

Квантовыя кампутары не выкарыстоўваюць біт, як мы бачылі вышэй, асноўны элемент квантавага кампутара вядомы як кубіт, які з'яўляецца кароткай формай для квантовага біта. Цяпер уважліва сочыце за мной, хоць трохі можа існаваць толькі ў стане уключэння і выключэння, кубіт можа існаваць у адным з дзяржаў, а менавіта: уключаны, выключаны або ўключаны і выключаны. Па сутнасці, кубіт можа прадстаўляць і апрацоўваць некалькі дзяржаў адначасова, гэта робіць яго больш хуткім і эфектыўным.

Аналогія лабірынта прыпісвае Чак Бейтс

Давайце разгледзім праходжанне лабірынта з выкарыстаннем паняцця квантавы і класічны камп'ютэр.

Пры развязанні галаваломкі лабірынта на класічным кампутары кампутар перазагружаецца для апрацоўкі інфармацыі зноў і зноў, калі трапляе ў тупік, гэта таму, што біт можа існаваць толькі ў адным стане ў дадзены момант. Здымак ніжэй паказвае, як класічны кампутар вырашае лабірынт галаваломкі.

Як класічны кампутар вырашыў лабірынт галаваломкі

З іншага боку, квантавы кампутар мог бы вырашыць лабірынт, ідучы па ўсіх магчымых шляхах адначасова, гэта таму, што кубіт можа існаваць адначасова ў стане уключэння і выключэння.

Як квантавы камп'ютэр вырашыў лабірынт

Кубіт маштабуецца даволі добра, для апрацоўкі 64-бітнай класічнай спатрэбіцца толькі 4 кубіта на квантавай баку, яна маштабуецца настолькі высока, што 300 кубітаў даюць каля 2 X 10⁹⁰ біт.

Якія раёны будуць ўплываць на тое, што мы робім?

Квантовыя кампутары паўплывалі б на многае з таго, што мы ведаем сёння ў свеце вылічальных тэхналогій, я б назваў толькі некалькі. Аб'ём гэтага артыкула не будзе паглыбляцца ў тое, як гэта адбудзецца.

Машыннае навучанне: Квантовае машыннае навучанне (QML) будзе рэалізаваць больш складаныя алгарытмы, такія як класіфікацыя дадзеных, распазнаванне ўзораў, сартаванне, распазнаванне і г.д. каб атрымаць неабходную інфармацыю, гэта толькі адзін выпадак выкарыстання.

Бяспека і крыптаграфія: дзяржаўны і прыватны ключ звязаны матэматычна, што адкрыты ключ можна лёгка вырабіць з дапамогай прыватнага ключа, але адваротнае становіцца настолькі складаным, што аказалася функцыяй бяспекі. Гэта дазваляе шыфраваць сувязь па Інтэрнэту, прагназуецца, што квантавы кампутар зможа змяніць гэта дзеянне такім чынам, што пры адкрытым ключы прыватны ключ можа быць выраблены, бо ён можа сканаваць камбінацыі значна хутчэй. Перш чым спяшацца закрыць усе свае акаўнты ў Інтэрнэце, звярніце ўвагу, што праводзяцца даследаванні, каб выправіць гэтае асноўнае прапанаванае парушэнне, вядомае як постквантная крыптаграфія. Гэта дапаможа забяспечыць нашы прыкладанні ў будучыні.

Фондавыя рынкі / Форекс: Я прадугледжваю, што першы набор людзей, якія выкарыстоўваюць квантавыя кампутары на фондавым рынку, зарабляе шмат грошай, гэта таму, што ў іх будзе доступ да больш дакладнай інфармацыі і мала месца для памылак з сілай, якая пастаўляецца з квантам кампутары.

Блок-ланцуг: Некаторыя кажуць, што квантавыя кампутары будуць канец тэхналогіі blockchain. Я шчыра думаю, што ёсць верагоднасць таго, што гэта можа адбыцца, я, магчыма, не змагу тут шмат пра што гаварыць. Шан Рэй спрабуе адказаць на гэтыя пытанні ў сваім сярэднім паведамленні тут, вы таксама можаце праверыць гэты дзіўны пост у хакерскі дзень.

Штучны інтэлект: калі вы лічыце, што AI з'яўляецца магутным пры класічным вылічальным мозгу, проста ўявіце яго магчымасці з квантавым мозгам.

Пералік бясконцы, мы можам працягваць і пра тое, як гэта паўплывае, медыцына, навука і даследаванні, фінансавы рынак, распрацоўка праграмнага забеспячэння, хмарныя вылічэнні і г.д.

Ці існуюць сёння квантавыя кампутары?

Так, яны ёсць, але яны не цалкам аптымізаваны для асабістага карыстання. Ёсць некаторыя кампаніі, якія сёння выкарыстоўваюць іх у асноўным для навуковых мэтаў. Стартап, як Rigetti, выкарыстоўвае квантовыя вылічэнні, каб забяспечыць харчаванне сваіх хмарных сэрвісаў. Такія вялікія імёны, як Google, IBM і Microsoft, па сутнасці, Google валодае 72-кубітнай квантавай машынай (самай вялікай у свеце на момант напісання артыкула. ​​Але, трэба сказаць, большасць работ, выкананых з квантам Кампутары знаходзяцца ў стадыі даследавання, і гэтыя кампаніі набіраюць фінансаванне, каб зрабіць гэта ў галіновым маштабе, свет чакае таго, хто зробіць першы вялікі прарыў з гэтай тэхналогіяй.

Якія сёння даступныя інструменты для квантавых вылічэнняў?

Сёння можна выкарыстоўваць розныя інструменты, каб пачаць працу з квантавымі вылічэннямі. Regetti мае інтэрнэт-супольнасць фізікаў і распрацоўнікаў, якія супрацоўнічаюць над распрацоўкай квантавых праграм і прыкладанняў. Адстойлівы канал - дзіўнае месца, і я сустрэў там сапраўды светлыя розумы. Праглядзець падрабязнасці супольнасці Regetti можна тут.

Адзін з самых цікавых інструментаў, даступных сёння, - гэта камплект Microsoft Quantum Software Development, які знаходзіцца ў вольным доступе і мае тры кампаненты; Мова праграмавання Q #, квантавы сімулятар і навучальныя дапаможнікі, прыклады і каталы. Q # быў спецыяльна створаны для квантавых вылічэнняў, і ім кіруе Microsoft, ён добра працуе ў візуальнай студыі. Квантавы сімулятар можа працаваць на вашай лакальнай машыне або ў воблаку Azure, ён дазваляе распрацоўшчыкам тэставаць, запускаць і адладжваць квантавыя алгарытмы, яго можна загрузіць тут.

Падручнікі і прыклады Microsoft з'яўляюцца адкрытымі крыніцамі на GitHub тут.

Я спадзяюся, што вы знайшлі гэты артыкул праніклівы, дзякуй за прачытанае.