Многие из нас слышали о квантовом компьютере, но не все знают, что это такое, а главное, какие проблемы можно решить с его помощью.
Квантовые компьютеры уже несколько лет активно изучаются лучшими умами мира; оно даже появилось на обложке журнала Time с подписью: «Оно обещает решить некоторые из самых сложных проблем человечества, но никто не знает, как оно работает на самом деле».
Сейчас компьютеры исследуют многие учёные и крупные компании, такие как Google, IBM, Microsoft и другие.
По их мнению, если такой компьютер все-таки удастся создать, это будет настоящий прорыв, сравнимый с открытием классических компьютеров.
Квантовый компьютер и непреодолимые трудности
Квантовый компьютер — это вычислительное устройство, работающее на принципах квантовой механики, которую по праву можно назвать самой сложной отраслью физики.Квантовая механика возникла в начале 20 века и изучает поведение квантовых систем и их элементов.
Квантовая частица может находиться в нескольких местах и состояниях одновременно, поэтому квантовая механика по определению полностью противоречит общей теории относительности.
Но не будем углубляться в науку, а вернемся к нашей основной теме – квантовому компьютеру.
В начале века стало ясно, что использование электрических схем для создания вычислительных устройств имеет свои пределы, и все они практически достигнуты.
Сейчас человечество сталкивается со все новыми и новыми проблемами, для решения которых классических компьютеров будет недостаточно.
Простейшим примером такой проблемы является факторизация больших чисел.
Большинство криптографических систем были созданы именно для этой цели.
Это может показаться тривиальным, но если бы кому-то удалось быстро разложить большое число на простые множители, то ему стали бы доступны операции во всех банках мира.
Другая не менее важная задача, с которой современные компьютеры никогда не смогут справиться, — моделирование квантовых систем и молекул ДНК.
На основании этого можно сделать вывод, что создание квантовых компьютеров — весьма перспективное решение, которое позволит решить эти и многие другие проблемы.
Как работает квантовый компьютер
Классический компьютер работает на транзисторах и кремниевых чипах, которые для обработки информации используют двоичный код из нулей и единиц.
Бит, как минимальная единица информации, имеет два основных состояния: 1 и 0. Изменениями этих состояний можно легко управлять: объекты могут либо находиться в определенном месте, либо нет. Именно поэтому многие физические объекты внешнего мира можно перенести в виртуальный мир с помощью сложных комбинаций битов.
Работа квантового компьютера будет основана на принципе суперпозиции, а вместо битов будут использоваться кубиты (квантовые биты), которые могут одновременно находиться во всевозможных состояниях (1 и 0 одновременно).
По мнению ученых, благодаря этому квантовые компьютеры для определенных классов задач будут в миллионы раз мощнее нынешних.
Десятки различных видов алгоритмы работы квантовый компьютер, даже разрабатываются специальные языки программирования.
По большому счету, мир уже давно использует квантовые технологии.
Лазеры, томографы и сверхчувствительные микроскопы основаны на массовых эффектах, создаваемых большими группами квантовых частиц или волн, подчиняющихся законам квантовой механики.
Основная задача — использовать эти эффекты для отдельных частиц, а не для групп в целом.
Для чего используется квантовый компьютер?
Пока ученые работают над созданием квантового компьютера, они также ищут ему применение.
Главным остается тот факт, что такой компьютер сможет мгновенно выполнять расчеты и работать с большими объемами данных.
С помощью квантовых компьютеров можно оптимизировать многие процессы: от медицины до машиностроения.
Например, люди смогут диагностировать рак на более ранних стадиях или создавать более сложные автопилоты.
Как говорилось ранее, с помощью квантового компьютера можно будет быстро факторизовать большие числа и моделировать молекулы ДНК.
Существует также теория, что квантовый компьютер справится с проблемами, которые обычный компьютер не сможет решить или на которые потратят тысячи лет вычислений.
Это, например, создание искусственного интеллекта или поиск во Вселенной разумных существ, кроме человека.
В любом случае все учёные сходятся во мнении, что создание такого компьютера станет настоящим прорывом, возможно, главным в истории человечества.
Исправление ошибок — главная проблема квантовых компьютеров
Ошибки в квантовых компьютерах можно разделить на два основных уровня.
Ошибки уровня 1 свойственны всем компьютерам, включая классические.
К таким ошибкам относятся непроизвольные изменения кубитов из-за внешнего шума (например: космических лучей или радиации).
Эта проблема была недавно решена справляться с специалисты Google. Чтобы решить эту проблему, группа учёных под руководством Джулиана Келли создала специальную квантовую схему из девяти кубитов, которая ищет ошибки в системе.
Остальные кубиты отвечают за хранение информации, сохраняя ее, таким образом, дольше, чем при использовании одного кубита.
Однако основная проблема не исчезла; остается второй уровень ошибок.
Кубиты по своей природе нестабильны; они мгновенно забывают информацию, которую вы хотите сохранить на квантовом компьютере.
Когда кубит подвергается воздействию окружающей среды, связь внутри квантовой системы нарушается (процесс декогеренции).
Чтобы избавиться от этого, квантовый процессор необходимо максимально изолировать от влияния внешних факторов.
Как это сделать? — пока остается загадкой.
По оценкам экспертов, 99% мощности такого компьютера будет потрачено на исправление ошибок, и всего 1% будет достаточно для решения каких-либо задач.
Конечно, полностью исключить ошибки невозможно, но если их свести к минимуму до определенного уровня, квантовый компьютер сможет работать.
Насколько человечество близко к созданию квантовых компьютеров?
Сейчас очень трудно, почти невозможно, ответить на этот вопрос.
Новости о прорывах в этой области появляются регулярно, но нельзя сказать, что они глобальные.
В создании квантовых компьютеров заинтересованы все: от военных до технологических компаний.
D-Wawe, активно сотрудничающая с Google и NASA, утверждает, что создала 84-кубитный процессор, но критики проанализировано Сообщалось, что он работает как классика.
IBM несколько лет назад объявила, что создала чип с тремя кубитами, а Microsoft с 2007 года серьезно занимается разработкой квантовых компьютеров.
По прогнозу исследователей из Cisco Systems, полноценный работающий квантовый компьютер появится к середине следующего десятилетия и будет сравним по мощности с человеческим мозгом.
В любом случае проблема разработки новых совершенных компьютеров будет актуальна до тех пор, пока человечество не научится исправлять квантовые ошибки второго уровня.
Если это когда-нибудь произойдет, то до создания работающего квантового компьютера останется всего несколько лет. Теги: #Квантовые технологии #Популярная наука #сервер #Хостинг #История ИТ #центр обработки данных #квантовый компьютер #Суперкомпьютеры
-
Фотомозаика Артистизм
19 Oct, 24 -
Замены Для Nginx (Веб-Сокеты)
19 Oct, 24 -
Звукозаписывающие Компании «Пробуют» Mp3
19 Oct, 24
