Mūsdienās standarta datori neapšaubāmi ir uzlaboti salīdzinājumā ar to, ko mēs varējām izveidot pirms dažām desmitgadēm. Tomēr, ņemot vērā to, cik ātri un daudzveidīgi ir datori, ir grūti iedomāties kaut ko, kas varētu būt vēl labāks. Ievadiet kvantu skaitļošanu. Šīs zinātnes jomas mērķis ir izmantot Visuma likumus, lai sasniegtu neticamus mērķus.
Tātad, kas īsti ir kvantu skaitļošana un kā tā ietekmēs mūsu pasauli nākotnē?
Kas ir kvantu skaitļošana?
Lai gan kvantu skaitļošanas dinamika joprojām tiek pētīta šodien, to sākotnēji 1980. gados atklāja fiziķis Pols Beniofs. Šajā laikā Benioffs ierosināja Tjūringa mašīnas kvantu skaitļošanas modeli. Pēc tam nākamie cilvēki, tostarp Īzaks Čuangs un Nīls Geršenfelds, palīdzēja izstrādāt kvantu skaitļošanas teoriju un pielietojumu.
Kvantu skaitļošanas definīcija nedaudz atšķiras atkarībā no jūsu apmeklētās vietnes. Tās visvienkāršākā forma ir sava veida skaitļošana, kuras darbība balstās uz kvantu mehāniku. Lai gan kvantu datori kādreiz bija tikai teorija uz papīra, tagad tie atdzīvojas.
Tātad, ar kādiem kvantu datoriem mēs šodien nodarbojamies?
Kvantu skaitļošana joprojām ir ļoti attīstības stadijā. Tā ir neticami sarežģīta joma, kas ir devusi vietu daudziem prototipu modeļiem, piemēram, Google kvantu datoram Sycamore. 2019. gadā Google paziņoja, ka Sycamore prasīja minūtes, lai atrisinātu aprēķinu, kas prasīs superdatoram 10 000 gadu. Bet ar ko atšķiras kvantu datori? Kā viņi var paveikt tik milzīgus varoņdarbus?
Kvantu skaitļošanas pamati
Tipisks dators izmanto vienības, kas pazīstamas kā biti, lai darbotos. Bitam var būt un vienmēr būs tikai viena no divām vērtībām: nulle vai viena. Šie biti tiek izmantoti, lai rakstītu bināro kodu, kas ir absolūts pamatelements skaitļošanas pasaulē.
No otras puses, kaut kas pazīstams kā kvantu bits (kubits) ir kvantu datoru visvienkāršākā vienība. Tieši šīs vienības ir nepieciešamas kvantu datoriem, lai uzglabātu datus un veiktu funkcijas. Kubits var pārnēsāt informāciju kvantu stāvoklī, un to var ģenerēt vairākos veidos, piemēram, izmantojot elektrona spinu.
Kubitiem var būt arī dažādas formas, piemēram, fotons vai iesprostots jons. Tās ir bezgala mazas daļiņas, kas veido mūsu Visuma pamatu.
Kubitiem ir liels potenciāls. Pašlaik tos izmanto kvantu datoros, lai atrisinātu daudzdimensiju kvantu algoritmus un palaistu kvantu modeļus. Diezgan neticami kubitos ir tas, ka tie var pastāvēt vairākos stāvokļos vienlaikus. Tas nozīmē, ka tie vienlaikus var būt nulle, viens vai jebkas pa vidu.
Šīs īpašības dēļ kubiti var vienlaikus apsvērt vairākas iespējas, kas dod kvantu datoriem iespēju veikt aprēķinus, pirms objekta stāvoklis kļūst izmērāms. Tas ļauj kvantu datoriem atrisināt sarežģītas problēmas daudz ātrāk nekā parastie datori.
Kvantu datoru priekšrocības
Kvantu datoru lielākā priekšrocība ir ātrums, ar kādu tie var veikt aprēķinus. Šāda tehnoloģija var nodrošināt tādus skaitļošanas ātrumus, kādus tradicionālie datori nekad nespēs sasniegt. Kvantu datori spēj arī daudz vairāk atrisināt sarežģītākas problēmas nekā parastie datori un var veikt ļoti sarežģītas simulācijas.
Šo progresīvo spēju, ko nodrošina kvantu datori, dažreiz sauc par "kvantu pārākums”, jo to potenciāls ir daudz lielāks par datoru vai pat progresīvie superdatori, varētu sasniegt tuvāko gadu vai desmitgažu laikā. Bet kvantu datori nekādā gadījumā nav ideāli. Šīm mašīnām ir daži trūkumi, kas var ietekmēt to turpmākos panākumus.
Kvantu datoru negatīvās puses
Tā kā kvantu datori joprojām ir prototipa stadijā, daudzas problēmas joprojām ir jāpārvar.
Pirmkārt, kvantu datoriem ir nepieciešama ekstrēma vide, kurā darboties. Faktiski šīm mašīnām ir jāpastāv temperatūrā, kas ir aptuveni 450 grādi pēc Fārenheita. Tas apgrūtina piekļuvi kvantu datoriem lielākajai daļai uzņēmumu un sabiedrībai. Turklāt kvantu datori ir ļoti lieli salīdzinājumā ar mūsdienu standarta modeļiem, līdzīgi tam, cik liels bija pirmais dators. Lai gan nākotnē tas, visticamāk, mainīsies, tas veicinās šīs tehnoloģijas nepieejamību parastajiem cilvēkiem attīstības sākumposmā.
Arī kvantu datori joprojām saskaras ar pārāk augstu kļūdu līmeni. Lai veiksmīgi integrētos dažādās nozarēs, mums ir jābūt pārliecinātiem, ka šīs iekārtas nodrošina augstu panākumu līmeni, lai uz tām varētu paļauties.
Tagad, kad esam izpratuši kvantu skaitļošanas pamatus un to plusus un mīnusus, pievērsīsimies tam, kā šo tehnoloģiju var izmantot dažādās nozarēs.
Kvantu skaitļošanas izmantošana
Tā kā kvantu skaitļošana joprojām ir zināmā mērā agrīnā attīstības stadijā, tiek piedāvātas daudzas idejas par to, ko tā kādreiz varētu darīt. Ir daudz nepareizu priekšstatu par kvantu datoriem, kas lielā mērā ir saistīts ar pārpratumiem par tehnoloģiju. Daži cilvēki ierosina, ka kvantu datori tiks izmantoti, lai iekļūtu paralēlos visumos vai pat simulētu ceļošanu laikā.
Lai gan šīs iespējas nevar precīzi izslēgt, mums ir jākoncentrējas uz reālistiskākiem kvantu skaitļošanas lietojumiem, kas var tikt sasniegti nākamajās desmitgadēs. Tātad, pievērsīsimies kvantu skaitļošanas lietojumiem.
1. Mākslīgais intelekts un mašīnmācīšanās
Mākslīgais intelekts un mašīnmācīšanās ir divas citas tehnoloģijas, kas šķiet gandrīz futūristiskas, taču, gadiem ejot, kļūst arvien progresīvākas. Attīstoties šīm tehnoloģijām, mums, iespējams, vajadzēs pāriet no standarta datoriem. Šeit varētu iedarboties kvantu datori ar to milzīgo potenciālu apstrādāt funkcijas un ātri atrisināt aprēķinus.
2. Kiberdrošība
Tā kā kibernoziedznieki kļūst arvien sarežģītāki, mūsu vajadzība pēc augsta līmeņa kiberdrošības palielinās. Šodien kibernoziedzība ir satraucoši izplatīta parādība, kurā katru mēnesi tiek atlasīti tūkstošiem cilvēku.
Izmantojot kvantu skaitļošanu, mēs, iespējams, kādu dienu varēsim vieglāk izstrādāt augstas kvalitātes kiberdrošības protokolus, kas spēj pārvarēt pat vismodernākos uzbrukumus.
Kvantu skaitļošanai ir arī potenciāls palīdzēt kriptogrāfijā, jo īpaši jomā, kas pazīstama kā kvantu kriptogrāfija. Tas pēta kvantu mehānikas piesaistes darbību veikt kriptogrāfijas funkcijas.
3. Narkotiku attīstība
Kvantu datoru spēja prognozēt situāciju iznākumu var padarīt tos efektīvus zāļu izstrādē. Kvantu dators kādu dienu var palīdzēt paredzēt, kā noteiktas molekulas darbojas noteiktos scenārijos. Piemēram, kvantu dators varētu paredzēt, kā zāles izturēsies cilvēka ķermenī.
Šis paaugstinātais pētījumu līmenis varētu ievērojami atvieglot zāļu izstrādes izmēģinājumu un kļūdu periodu.
Bažas par kvantu skaitļošanu
Kad attīstās jauna veida tehnoloģija, ir dabiski, ka cilvēki jūtas nedaudz nobažījušies. Tātad, vai kvantu skaitļošanai mums vajadzētu rūpēties?
Ir daudz runāts par kiberdrošību riskus, ko rada kvantu datori. Lai gan kvantu datori var palīdzēt sasniegt augstāku digitālās drošības līmeni, lietas var notikt citā virzienā. Lai gan pašlaik šie draudi ir hipotētiski, pastāv iespēja, ka tie var attīstīties problēma nākamajos gados, jo īpaši, kad kvantu datori kļūs pieejami plašākai sabiedrībai populācija. Daži uzņēmumi jau piedāvā "kvantu drošs VPN"pakalpojumus gaidot.
Tā kā kvantu datori var atrisināt ļoti sarežģītas problēmas, to potenciāls efektīvākai paroļu uzlaušanai un datu atšifrēšana palielinās. Lai gan pat superdatori cīnās, lai atrastu lielas atšifrēšanas atslēgas, kvantu datori kādu dienu var viegli atšifrēt sensitīvus datus, kas būtu ļoti labas ziņas ļaunprātīgiem dalībniekiem.
Kvantu skaitļošana mūs virzīs nākotnē
Kvantu skaitļošanas piedāvātās iespējas nav nekas cits kā neticami, un kādu dienu tās būs sasniedzamas. Lai gan kvantu skaitļošana joprojām ir agrīnā stadijā, nepārtraukti sasniegumi šajā jomā var mūs novest pie milzīgiem tehnoloģiskiem varoņdarbiem. To rādīs tikai laiks!