კვანტური გამოთვლა იყენებს კვანტურ მექანიკას უზარმაზარი ინფორმაციის დასამუშავებლად წარმოუდგენლად მაღალი სიჩქარით. კვანტურ კომპიუტერს სჭირდება რამდენიმე წუთიდან რამდენიმე საათამდე პრობლემის გადაჭრა, რომლის გადაჭრასაც დესკტოპ კომპიუტერს დასჭირდება წლები ან ათწლეულები.
კვანტური გამოთვლები ახალი თაობის სუპერკომპიუტერების საფუძველს ქმნის. მოსალოდნელია, რომ ეს კვანტური კომპიუტერები აჯობებენ არსებულ ტექნოლოგიას ისეთ სფეროებში, როგორიცაა მოდელირება, ლოჯისტიკა, ტენდენციების ანალიზი, კრიპტოგრაფია და ხელოვნური ინტელექტი.
კვანტური გამოთვლების ახსნა
კვანტური გამოთვლის იდეა პირველად წარმოიდგინეს 1980-იანი წლების დასაწყისში რიჩარდ ფეინმანმა და იური მანინმა.ფეინმანი და მანინი თვლიდნენ, რომ კვანტურ კომპიუტერს შეუძლია მონაცემების სიმულაცია ისე, როგორც დესკტოპ კომპიუტერს არ შეეძლო. 1990-იანი წლების ბოლოს მკვლევარებმა შექმნეს პირველი კვანტური კომპიუტერები.
კვანტური გამოთვლები გამოთვლების შესასრულებლად იყენებს კვანტურ მექანიკას, როგორიცაა სუპერპოზიცია და ჩახლართულობა. კვანტური მექანიკა არის ფიზიკის ფილიალი, რომელიც შეისწავლის საგნებს, რომლებიც ძალიან მცირეა, იზოლირებული ან ცივი.
კვანტური გამოთვლის პირველადი დამუშავების ერთეული არის კვანტური ბიტები ან კუბიტები. კუბიტები იქმნება კვანტურ კომპიუტერში ცალკეული ატომების, ქვეატომური ნაწილაკების ან სუპერგამტარი ელექტრული სქემების კვანტური მექანიკური თვისებების გამოყენებით.
კუბიტები მსგავსია დესკტოპის კომპიუტერების მიერ გამოყენებული ბიტებისა, რადგან კუბიტები შეიძლება იყოს 1 ან 0 კვანტურ მდგომარეობაში. კუბიტები განსხვავდებიან იმით, რომ ისინი ასევე შეიძლება იყვნენ 1 და 0 მდგომარეობების სუპერპოზიციაში, რაც იმას ნიშნავს, რომ კუბიტებს შეუძლიათ ერთდროულად წარმოადგინონ 1 და 0.
როდესაც კუბიტები სუპერპოზიციაშია, ორი კვანტური მდგომარეობა ემატება ერთმანეთს და იწვევს სხვა კვანტურ მდგომარეობას.სუპერპოზიცია ნიშნავს, რომ რამდენიმე გამოთვლა მუშავდება ერთდროულად. ასე რომ, ორი კუბიტი შეიძლება წარმოადგენდეს ოთხ რიცხვს ერთდროულად. ჩვეულებრივი კომპიუტერები ამუშავებენ ბიტებს ორი შესაძლო მდგომარეობიდან მხოლოდ ერთში, 1 ან 0, და გამოთვლები მუშავდება ერთდროულად.
კვანტური კომპიუტერები ასევე იყენებენ ჩახლართვას კუბიტების დასამუშავებლად. როდესაც კუბიტი ჩახლართულია, ამ კუბიტის მდგომარეობა დამოკიდებულია სხვა კუბიტის მდგომარეობაზე ისე, რომ ერთი კუბიტი ავლენს მისი დაუკვირვებადი წყვილის მდგომარეობას.
კვანტური პროცესორი არის კომპიუტერის ბირთვი
კუბიტების შექმნა რთული ამოცანაა. გაყინული გარემო სჭირდება კუბიტის შენარჩუნებას ნებისმიერი დროის განმავლობაში. კუბიტის შესაქმნელად საჭირო სუპერგამტარი მასალები უნდა გაცივდეს აბსოლუტურ ნულამდე (დაახლოებით მინუს 272 ცელსიუსი). კუბიტები ასევე დაცული უნდა იყოს ფონური ხმაურისგან, რათა შემცირდეს შეცდომები გამოთვლაში.
კვანტური კომპიუტერის შიდა ნაწილი ლამაზ ოქროს ჭაღს ჰგავს. და, დიახ, ის დამზადებულია ნამდვილი ოქროთი. ეს არის განზავების მაცივარი, რომელიც აგრილებს კვანტურ ჩიპებს ისე, რომ კომპიუტერმა შეძლოს სუპერპოზიციების შექმნა და კუბიტების ჩახლართული ინფორმაციის დაკარგვის გარეშე.
კვანტური კომპიუტერი ქმნის ამ კუბიტებს ნებისმიერი მასალისგან, რომელიც აჩვენებს კვანტურ მექანიკურ თვისებებს, რომელთა კონტროლიც შესაძლებელია. კვანტური გამოთვლითი პროექტები ქმნიან კუბიტებს სხვადასხვა გზით, როგორიცაა ზეგამტარი მავთულის მარყუჟი, ელექტრონების დატრიალება და იონების ან ფოტონების იმპულსების დაჭერა. ეს კუბიტები არსებობს მხოლოდ გაყინვის ქვეშ შექმნილ ტემპერატურაზე, რომელიც იქმნება განზავების მაცივარში.
კვანტური გამოთვლითი პროგრამირების ენა
კვანტური ალგორითმები აანალიზებენ მონაცემებს და გვთავაზობენ სიმულაციას მონაცემებზე დაყრდნობით. ეს ალგორითმები დაწერილია კვანტურზე ორიენტირებულ პროგრამირების ენაზე. რამდენიმე კვანტური ენა შეიმუშავეს მკვლევარებმა და ტექნოლოგიურმა კომპანიებმა.
ეს არის რამდენიმე კვანტური გამოთვლითი პროგრამირების ენა:
- QISKit: IBM-ის Quantum Information Software Kit არის სრული დასტა ბიბლიოთეკა კვანტური პროგრამების დასაწერად, სიმულაციისა და გასაშვებად.
- Q: პროგრამირების ენა, რომელიც შედის Microsoft Quantum Development Kit-ში. განვითარების ნაკრები მოიცავს კვანტურ სიმულატორს და ალგორითმის ბიბლიოთეკებს.
- Cirq: Google-ის მიერ შემუშავებული კვანტური ენა, რომელიც იყენებს პითონის ბიბლიოთეკას სქემების დასაწერად და ამ სქემების გასაშვებად კვანტურ კომპიუტერებსა და ტრენაჟორებში.
- Forest: დეველოპერული გარემო შექმნილი Rigetti Computing-ის მიერ, რომელიც წერს და აწარმოებს კვანტურ პროგრამებს.
გამოიყენება კვანტური გამოთვლისთვის
რეალური კვანტური კომპიუტერები ხელმისაწვდომი გახდა ბოლო რამდენიმე წლის განმავლობაში და მხოლოდ რამდენიმე მსხვილ ტექნოლოგიურ კომპანიას აქვს კვანტური კომპიუტერი. ზოგიერთი ტექნოლოგიური კომპანია მოიცავს Google, IBM, Intel და Microsoft. ეს ტექნოლოგიების ლიდერები მუშაობენ მწარმოებლებთან, ფინანსური მომსახურების ფირმებთან და ბიოტექნოლოგიურ კომპანიებთან სხვადასხვა პრობლემის გადასაჭრელად.
კვანტური კომპიუტერული სერვისების ხელმისაწვდომობა და გამოთვლითი სიმძლავრის წინსვლა მკვლევარებსა და მეცნიერებს აძლევს ახალ ინსტრუმენტებს იმ პრობლემების გადაწყვეტის მოსაძებნად, რომლებიც ადრე შეუძლებელი იყო.კვანტურმა გამოთვლებმა შეამცირა დროისა და რესურსების რაოდენობა, რომელიც საჭიროა მონაცემთა წარმოუდგენელი რაოდენობის გასაანალიზებლად, ამ მონაცემების სიმულაციების შესაქმნელად, გადაწყვეტილებების შემუშავებისა და პრობლემების გადასაჭრელად ახალი ტექნოლოგიების შესაქმნელად.
ბიზნესი და ინდუსტრია იყენებს კვანტურ გამოთვლებს ბიზნესის კეთების ახალი გზების შესასწავლად. აქ არის რამოდენიმე კვანტური გამოთვლითი პროექტი, რომელიც შეიძლება სასარგებლო იყოს ბიზნესისა და საზოგადოებისთვის:
- აეროკოსმოსური ინდუსტრია იყენებს კვანტურ გამოთვლებს საჰაერო მოძრაობის მართვის უკეთესი გზების გამოსაკვლევად.
- ფინანსური და საინვესტიციო ფირმები იმედოვნებენ, რომ გამოიყენებენ კვანტურ გამოთვლებს ფინანსური ინვესტიციების რისკისა და ანაზღაურების გასაანალიზებლად, პორტფელის სტრატეგიების ოპტიმიზაციისა და ფინანსური გადასვლების მოსაგვარებლად.
- მწარმოებლები იყენებენ კვანტურ გამოთვლებს, რათა გააუმჯობესონ მიწოდების ჯაჭვები, შექმნან ეფექტურობა მათი წარმოების პროცესებში და განავითარონ ახალი პროდუქტები.
- ბიოტექნოლოგიური ფირმები იკვლევენ გზებს ახალი წამლების აღმოჩენის დასაჩქარებლად.
იპოვნეთ კვანტური კომპიუტერი და სცადეთ კვანტური გამოთვლითი
ზოგიერთი კომპიუტერის მეცნიერი შეიმუშავებს მეთოდებს დესკტოპ კომპიუტერზე კვანტური გამოთვლის სიმულაციისთვის.
მსოფლიოს მრავალი უმსხვილესი ტექნოლოგიური კომპანია გთავაზობთ კვანტურ მომსახურებას. დესკტოპ კომპიუტერებთან და სისტემებთან დაწყვილებისას, ეს კვანტური სერვისები ქმნის გარემოს, სადაც კვანტური დამუშავება - დესკტოპ კომპიუტერებთან - წყვეტს რთულ პრობლემებს.
- IBM გთავაზობთ IBM Q გარემოს რამდენიმე რეალურ კვანტურ კომპიუტერზე წვდომით და სიმულაციებით, რომლებიც შეგიძლიათ გამოიყენოთ ღრუბლის საშუალებით.
- Alibaba Cloud გთავაზობთ კვანტური გამოთვლის ღრუბლოვან პლატფორმას, სადაც შეგიძლიათ გაუშვათ და შეამოწმოთ მორგებული კვანტური კოდები.
- Microsoft გთავაზობთ კვანტური განვითარების კომპლექტს, რომელიც მოიცავს Q პროგრამირების ენას, კვანტურ ტრენაჟორებს და მზა კოდის განვითარების ბიბლიოთეკებს.
- რიგეტის აქვს კვანტური პირველი ღრუბლოვანი პლატფორმა, რომელიც ამჟამად ბეტა რეჟიმშია. მათი პლატფორმა წინასწარ არის კონფიგურირებული მათი Forest SDK-ით.
კვანტური გამოთვლითი სიახლეები მომავალში
ოცნებაა, რომ კვანტური კომპიუტერები გადაჭრიან პრობლემებს, რომლებიც ამჟამად ძალიან დიდ და რთულს გადაჭრიან სტანდარტული აპარატურით - განსაკუთრებით გარემოს მოდელირებისა და დაავადებების შეკავებისთვის.
დესკტოპ კომპიუტერებს არ აქვთ სივრცე ამ რთული გამოთვლების გასატარებლად და მონაცემთა ამ წარმოუდგენელი რაოდენობის ანალიზისთვის. კვანტური გამოთვლა იღებს მონაცემთა უდიდეს კრებულს და ამუშავებს ამ ინფორმაციას იმ დროის უმცირეს ნაწილში, რაც დასჭირდება დესკტოპ კომპიუტერზე. მონაცემები, რომელთა დამუშავებას და ანალიზს დესკტოპ კომპიუტერს რამდენიმე წელი დასჭირდება, კვანტურ კომპიუტერს სულ რამდენიმე დღე სჭირდება.
კვანტური გამოთვლა ჯერ კიდევ საწყის ეტაპზეა, მაგრამ მას აქვს პოტენციალი გადაჭრას სამყაროს ყველაზე რთული პრობლემები სინათლის სიჩქარით. რამდენად გაიზრდება კვანტური გამოთვლები და კვანტური კომპიუტერების ხელმისაწვდომობა.
