Квантно рачунарство – одговори на сва најчешћа питања

Пуно је буке око квантног рачунарства – о томе како је то узбудљиво поље и револуционисање начина на који решавамо сложене проблеме у различитим индустријама. Обе тврдње су истините јер квантно рачунарство представља нови начин обраде информација.

Организације широм света посвећују значајне ресурсе развоју квантних рачунарских технологија због њихове способности да размотре многе могућности и понуде потенцијална решења за сложене проблеме.

Шта је квантно рачунарство?

Квантно рачунарство је област рачунарства заснована на принципу квантне физике (проучавање о томе како атомске честице постоје и међусобно делују). Објашњава понашање материје и енергије на атомском и субатомском нивоу.

Квантни рачунари користе квантне битове или кубите (изговаране цуе-битове), који могу постојати истовремено у више стања. Ово својство омогућава квантним рачунарима да решавају проблеме за које би конвенционалним рачунарима требало непрактично време или рачунске ресурсе.

Како функционише квантно рачунарство?

Квантно рачунарство користи кубите за развој квантних рачунара који се састоје од квантних система као што су фотони и електрони. Често се користе за извођење прорачуна који би обично били непрактични за класичне рачунаре. Поред тога, квантно рачунарство користи квантне логичке капије за манипулисање кубитима и извођење прорачуна.

Квантне капије су аналогне логичким капијама које се користе у класичним рачунарима, али раде на квантним битовима – истраживачи их користе за креирање и манипулацију суперпозицијама и запетљавањем кубита.

Настоји да унапреди рачунарске способности и реши сложене проблеме које данашњи класични рачунари не могу да реше због свог бинарног приступа и ограниченог постојања у два стања – 0 и 1, док квантно рачунарство може да претпостави оба стања истовремено.

Разлика између квантног рачунарства и класичног рачунарства

Разлике у квантном рачунарству и класичном рачунарству леже у њиховим рачунарским способностима и начину на који функционишу. Док је квантно рачунарство засновано на квантној теорији.

Класично рачунарство се заснива на бинарним цифрама или битовима, који могу да поприме вредност 0 или 1. Квантни рачунари користе кубите као јединицу података. Квантно рачунарство може истовремено да преузме обе вредности (0с и 1с) — овај чин је познат као суперпозиција. Својство које омогућава квантним рачунарима да преузму два стања одједном.

Када је реч о снази, класично рачунарство има мању рачунарску моћ од квантног рачунарства јер се његова снага повећава на основу односа 1:1 са доступним транзисторима. За квантно рачунарство, снага се значајно повећава на основу броја кубита.

За разлику од класичног рачунарства, које се може имплементирати помоћу кодова написаних у програмским језицима као што су Јава, СКЛ, ПХП, Ц#, Ц++ и Питхон, између осталог, квантно рачунарство комбинује код, математику, физику и алгоритме да би служило својој специфичној сврси.

  20 апт наредба коју треба знати као сисадмин за управљање Убунту или Дебиан пакетима

Због своје сложене архитектуре, крхкости и високих трошкова развоја и имплементације, квантно рачунарство није креирано као машина опште намене за јавну употребу, већ је дизајнирано за одређену намену и случај употребе. С друге стране, класични рачунари су широко распрострањени и лако доступни.

Квантни рачунари имају веће стопе грешака од класичног рачунарства и захтевају додатну пажњу, као што је држање у ултра хладној просторији ради регулисања топлоте. Насупрот томе, класични рачунари могу да функционишу на собној температури.

У погледу употребљивости, квантно рачунарство је погодно за сложене задатке као што су симулација, оптимизација, машинско учење и друге операције које захтевају велике ресурсе. Класично рачунарство је погодно за задатке попут обраде текста, прорачуна у табелама и других задатака који не захтевају велике ресурсе.

Предности квантног рачунарства

Предности квантног рачунарства су огромне када се правилно користе. У наставку смо анализирали највеће заслуге.

  • Брзина: Могу да обрађују податке хиљаду пута брже од конвенционалних рачунара.
  • Безбедност: Његов алгоритам се може користити за побољшање дигиталног шифровања и заштиту ИТ инфраструктуре организације.
  • Способност решавања сложених проблема: Гоогле је 2019. тврдио да је његов Сицаморе – процесор од 54 кубита – извршио прорачун за који би најбржем суперкомпјутеру на свету требало 10.000 година да се заврши за 200 секунди.
  • Побољшајте откривање превара: финансијске институције могу да користе квантно рачунарство за креирање бољих симулатора трговања, дизајнирање ефикасних инвестиционих портфеља и побољшање откривања превара.
  • Истраживање: Помаже научницима да развију боље моделе и приступе решавању проблема у различитим индустријама, као што су истраживање лекова у здравству и откриће хемикалија у производњи.

Карактеристике квантног рачунарства

Следе кључне карактеристике квантног рачунарства.

Суперпозиција

Способност квантних система да постоје истовремено у бројним стањима позната је као суперпозиција. Класични рачунари могу постојати само у једном стању (0 или 1), што значи да немају могућност суперпозиције.

Ентанглемент

Преплитање настаје када су два кубита повезана заједно, а стање једне честице утиче на другу, иако су километрима удаљене. Често се користи за стварање квантне мреже, омогућавајући квантним рачунарима да деле информације.

Интерференција У квантним системима, интерференција је нуспроизвод суперпозиције. То је таласни феномен који се јавља када субатомске честице ступају у интеракцију и утичу.

Може бити или конструктиван (када се таласи међусобно појачавају или појачавају прави одговор) или деструктиван (када се међусобно поништавају).

Декохеренција

Квантни системи су крхки и осетљиви на околину; сметње из њиховог окружења могу узроковати распад квантног понашања кубита – због чега губе своје квантне способности.

На пример, бука може проузроковати да кубити испадну из суперпозиције. И не само то, чак и промене температуре могу утицати на његове перформансе. Отуда потреба да се то држи у високо регулисаном и контролисаном окружењу.

Ограничења и изазови квантног рачунарства

Иако квантно рачунарство нуди многе предности, оно има и неке недостатке које вреди поменути.

  • Декохеренција: За разлику од класичних рачунара, квантни рачунари су осетљиви на буку. Поремећај може довести до тога да испадне из суперпозиције пре него што заврши своје задатке.
  • Захтева специјалисте: Због своје сложености, захтева разноврстан скуп квантних стручњака.
  • Квантна корекција грешака: Грешке ће се вероватно десити током рачунарских операција, што доводи до сумњивих излаза. Потребан је квантни систем отпоран на грешке да би издржао сметње из околине.
  Како играти Гунфире Реборн на Линуку

Примене у стварном животу и употреба квантног рачунарства

#1. Финансијско моделирање

Финансијско тржиште је нестабилно и веома непредвидиво. Са квантним рачунарством, финансијске организације могу симулирати финансијске системе и користити технологију за моделирање инвестиција на основу очекиваних приноса.

Такође се може користити у аспектима оптимизације портфолија, смањења ризика и управљања, плус одређивање цена опција. Они који обављају велике трансакције могу да искористе квантно рачунарство за предвиђање тржишта и анализу глобалне финансијске економије.

#2. Оптимизација логистике

Квантни рачунари су одлични када је у питању прикупљање података у реалном времену ради оптимизације логистике ланца снабдевања, залиха и транспорта. Организације треба да континуирано израчунавају и прерачунавају оптималне руте управљања саобраћајем, операцијама флоте, контроле ваздушног саобраћаја, терета и дистрибуције – то је изводљиво са класичним рачунарством.

Али за велике организације са сложеним потребама ланца снабдевања, овај процес може постати интензиван ресурсима, а квантно рачунарство може бити у стању да спасе ситуацију.

#3. Боље батерије

Пошто електрична возила (ЕВ) постају уобичајена у нашем друштву, произвођачи користе способност квантног рачунарства да симулирају понашање молекула и материјала и разумеју једињења литијума и хемију батерија како би оптимизовали животни век батерија.

Поред електричних возила, квантно рачунарство такође има апликације за складиштење обновљиве енергије и мобилне уређаје.

#4. Мануфацтуринг

Квантно рачунарство се користи за побољшање многих аспеката производње. Стручни увид који је објавио ИБМ Институте фор Бусинесс Валуе поделио је случајеве употребе квантног рачунарства у производњи у четири категорије.

Откријте

  • хемија
  • Наука о материјалима
  • Физика кондензоване материје

Дизајн

  • Анализа коначних разлика
  • Структурна анализа Хидро/аеродинамика

Контрола

  • Оптимизација
  • Машинско учење
  • Класификација

Снабдевање

  • Ланац набавке
  • оптимизација
  • Моделирање ризика

Они који усвоје квантно рачунарство у овим кључним областима добиће одлучујућу предност, јер ће помоћи у смањењу трошкова производње и повећању брзине производње.

#5. Развој климатских модела

Квантно рачунарство може помоћи у решавању упорних проблема одрживости попут климатских промена. Према извештају Међувладиног панела за климатске промене (ИПЦЦ), емисије гасова стаклене баште морају бити значајно смањене пре 2025. како би се избегле велике климатске катастрофе. Квантно рачунарство се може користити за смањење утицаја на климу.

Производња амонијака доприноси између 1 и 2% глобалне емисије угљен-диоксида — квантно рачунарство може помоћи у развоју алтернативне чисте енергије, као што су боље батерије за електрична возила, соларна енергија и још много тога, како би се олакшао процес декарбонизације земље. Такође може олакшати побољшања модела у климатским и временским прогнозама, као и управљање мрежом.

#6. Аутомобилска индустрија

Аутомобилска индустрија убрзано усваја технологију квантне рачунарства, што је очигледно у партнерствима између компанија за квантно рачунарство и произвођача аутомобила, укључујући Д-Ваве Системс и Волксваген; Запата Цомпутинг и Босцх; па чак и ИБМ Куантум и Мерцедес-Бенз.

  Како променити редослед икона проширења на Цхроме траци са алаткама

Произвођачи оригиналне опреме (ОЕМ) желе да искористе квантно рачунарство за оптимизацију руте и побољшају издржљивост материјала.

#7. Развој авиона

Ваздушне компаније могу да искористе квантно рачунарство за многе процесе, од оптимизације плана лета до моделирања авиона и дигитализације. Ербас, ваздухопловна корпорација која дизајнира, производи и продаје комерцијалне авионе, инвестирала је у ИонК, К-ЦТРЛ и КЦ Варе како би искористила квантне технологије у развоју сложених модела авиона.

#8. Развој лекова

Класични рачунари се тренутно користе за покретање стотина милиона молекуларних симулација, али постоји ограничење величине молекула које могу да израчунају. Квантно рачунарство омогућава истраживање и развој да симулира велике и сложене молекуле како би се побољшало компјутерски потпомогнуто откривање лекова (ЦАДД).

МцКинсеи & Цомпани је 2021. године известила да фармација троши око 15 процената своје продаје на истраживање и развој, што чини преко 20 процената укупне потрошње на истраживање и развој у свим индустријама широм света.

Ова инвестиција, делимично, помаже фармацеутској индустрији да пронађе ефикасне начине за развој микромолекула и макромолекула који ће помоћи у лечењу болести и болести. Са квантним рачунарством, истраживачи могу брзо пропасти и убрзати развој лекова са већим шансама за успех.

#9. Машинско учење

Способност квантних рачунара да обрађују велике и сложене податке чини их добрим кандидатом за машинско учење. Квантно машинско учење је област проучавања која интегрише квантне алгоритме са програмима машинског учења.

Квантни алгоритми могу имати полиномско или супер-полиномско (експоненцијално) убрзање, што побољшава брзину рачунара. Са квантним машинским учењем, практичари података могу да развију брже и напредније алгоритме, решавају сложене обрасце података и унапреде развој апликација за компјутерски вид и учење са појачањем.

Ресурси за учење: Квантно рачунарство

За даље учење препоручујемо следеће ресурсе.

#1. Плес са Кубитима

Аутора Роберта С. Сутора, ова књига објашњава како квантно рачунарство функционише и примењује се на научно рачунарство и АИ. Данцинг витх Кубитс покрива разлике између класичног и квантног рачунарства и описује случајеве његове употребе у различитим индустријама.

Читаоци ће такође научити концепте као што су суперпозиција, заплетање и сметње, као и кола и алгоритми. Овај ресурс ће вас научити о основама и основама квантног рачунарства.

#2. Квантно рачунарство: примењени приступ

Написао извршни директор компаније СандбокАК (Јацк Д. Хидари), компаније за квантне технологије – овај материјал комбинује теорију и практичност квантног рачунарства, укључујући практични код.

Књига има три дела: Први део покрива основе квантног рачунарства и квантних кола, други део објашњава алгоритме квантног рачунарства и даје код о актуелним методама квантног рачунарства, а трећи део покрива математичке аспекте квантног рачунарства.

#3. Квантно рачунарство за све

Почетницима који траже свеобухватан материјал овај ресурс ће бити од користи. Покрива основе квантног рачунарства и објашњава његове кључне компоненте, као што су кубити, заплетање и квантна телепортација.

Аутор ове књиге, Крис Бернхард, поједностављује математику која стоји иза квантног рачунарства и такође објашњава како се квантни рачунари граде, олакшавајући онима који су нови у квантним рачунарима да разумеју процес развоја система.

Закључак

Компаније попут Гоогле-а, ИБМ-а и Мицрософт-а предњаче у иновацијама квантних рачунарских решења — универзитети такође нису заостали. Недостатак стручњака за квантно рачунарство доприноси његовом спором напретку, плус трошкови изградње квантног рачунара су високи, а нема много организација које имају ресурсе потребне да га направе.

Иако квантно рачунарство има многа обећања, још увек није ту. Биће потребно неколико година да остваре свој пуни потенцијал и постану уобичајени попут класичних рачунара.

Такође можете читати о рачунарству за маглу.