A kvantumfizika már jelentősen befolyásolta az életünket. A lézer és a tranzisztor találmányai valójában a kvantumelmélet következményei - és mivel mindkét komponens az minden mai elektronikus eszköz alapvető építőköve, aminek tanúja lehet, alapvetően „a kvantummechanika akció".
Ennek ellenére a kvantumipar most forradalmasítja a számítástechnikai világot, miközben jelentős erőfeszítéseket tesznek a valódi erő kiaknázására a kvantum területén. A kvantumszámítástechnika különböző ágazatokban találhat alkalmazásokat, mint például a biztonság, az egészségügy, az energiaügy és még a szórakoztatóipar is.
Quantum vs. Klasszikus számítógépek
A kvantumelmélet története több mint egy évszázadra nyúlik vissza. A jelenlegi kvantumlendülés azonban a legújabb kutatási eredményeknek tudható be, amelyek bizonytalanságra, an a kvantumrészecskék eredendő tulajdonsága erős fegyverként szolgálhat a kvantum megvalósításához lehetséges.
Mint az elmélet állítja, látszólag lehetetlen megismerni az egyes kvantumrészecskék (azaz elektronok vagy fotonok) minden tulajdonságát. Vegyünk egy példát egy klasszikus GPS-re, ahol pontosan meg tudja jósolni a mozgás sebességét, helyét és irányát az Ön számára, miközben a kívánt célba ér.
A kvantum GPS azonban nem tudja pontosan meghatározni a kvantumrészecske összes fenti tulajdonságát, mivel a kvantumfizika törvényei ezt nem teszik lehetővé. Ez inkább egy valószínűségi nyelvet eredményez a kvantumvilágban, mint a bizonyosság klasszikus nyelvét.
Ebben az esetben a valószínűségi nyelv azt jelenti, hogy a valószínűségeket a kvantum különböző tulajdonságaihoz rendeljük olyan részecskék, mint a sebesség, a helyzet és a mozgás iránya, amelyek látszólag nehezen állapíthatók meg bizonyosság. A kvantumrészecskék ilyen valószínűségi jellege lehetőséget teremt arra, hogy bármi és minden megtörténhessen bármely pillanatban.
A számítás fényében a bináris 0-k és 1-ek, amelyek qubitként (kvantumbitek) vannak ábrázolva, azzal a tulajdonsággal bírnak, hogy az idő bármely pillanatában 1 vagy 0 legyenek.
A fenti ábrázolás keserű ízt hagy a szájban, mivel a klasszikus gépekben a 0-as és az 1-es a kapcsolókhoz és áramkörökhöz kapcsolódik, amelyek különböző pillanatokban be- és kikapcsolnak. Ennélfogva a pontos állapotuk nem ismerete (azaz be vagy ki) nem tűnik ésszerűnek a számítási kontextusban.
Valódi értelemben számítási hibákat okozhat. Az információfeldolgozás a kvantumvilágban azonban a kvantumbizonytalanság fogalmára támaszkodik - ahol a 0 és 1 „szuperpozíciója” nem hiba, hanem jellemző. Gyorsabb adatfeldolgozást és gyorsabb kommunikációt tesz lehetővé.
Olvass tovább: Hogyan működnek az optikai kvantumszámítógépek
A kvantumszámítás csúcsán
A kvantumelmélet valószínűségi tulajdonságának következménye, hogy a kvantuminformációk pontos másolása látszólag lehetetlen. Biztonsági szempontból ez jelentős, mivel a számítógépes bűnözők, akik kvantumkulcsokat akarnak másolni az üzenetek titkosítása és elküldése érdekében, végül kudarcot vallanának, még akkor is, ha kvantum számítógépekhez jutnak.
Fontos itt kiemelni, hogy ilyen csúcskategóriás titkosítás (azaz kifinomult módszer a titkos adatok vagy kulcsok konvertálására kód, amely megakadályozza az illetéktelen hozzáférést) a fizika törvényeinek és nem a ma használt matematikailag szkriptelt algoritmusoknak az eredménye. A matematikai titkosításokat nagy számítógépek segítségével lehet feltörni, azonban a kvantumtitkosítás feltörése a fizika alapvető törvényeinek átírását igényli.
Mivel a kvantum titkosítás eltér a jelenlegi titkosítási technikáktól, hasonlóan a kvantum számítógépek nagyon alapvető szinten különböznek a klasszikusaktól. Vegyük fontolóra egy autó és egy bullock kocsi analógiáját. Itt egy autó betartja a fizika bizonyos törvényeit, amelyek a megfelelőhöz képest gyorsan elérik a kívánt célt. Ugyanez a filozófia érvényes a kvantum számítógépre és a klasszikus számítógépre is.
A kvantumszámítógép a kvantumfizika valószínűségi jellegét felhasználja a számítások elvégzéséhez és az adatok egyedi módon történő feldolgozásához. Sokkal gyorsabb ütemben képes elvégezni a számítási feladatokat, és ugrást enged olyan hagyományosan lehetetlen koncepciókba, mint a kvantumteleportálás. Ez az adatátviteli forma utat nyithat a jövő internetéhez, azaz a kvantum internethez.
Mire lehetne ma felhasználni egy kvantum számítógépet?
A kvantum számítógépek hasznosak lehetnek a K + F szervezetek, a kormányzati hatóságok és az akadémikusok számára intézmények számára, mivel segíthetnek olyan összetett problémák megoldásában, amelyek a jelenlegi számítógépek számára kihívást jelentenek kezelni.
Az egyik jelentős alkalmazás a gyógyszerfejlesztésben lehet, ahol zökkenőmentesen szimulálhatja és elemezze a vegyi anyagokat és a molekulákat, amikor a molekulák ugyanazon a kvantumfizikai törvényen működnek, mint a kvantum számítógépek. Továbbá hatékony kvantumkémiai szimuláció lehetséges, mivel a leggyorsabb szuperszámítógépek ma nem tudják elérni a célt.
A kvantum számítógépek képesek megoldani az összetett optimalizálási problémákat, és elősegíthetik a nem rendezett adatok gyors keresését. Számos alkalmazás van ebben a tekintetben, a látszólag dinamikusnak tűnő éghajlati, egészségügyi vagy pénzügyi adatok válogatásától kezdve a logisztika vagy a forgalom áramlásának optimalizálásáig.
A kvantum számítógépek szintén jól ismerik fel az adatok mintáit, például a gépi tanulási problémákat. Ezenkívül a kvantumszámítógépek döntő szerepet játszhatnak a jövőt előrejelző modellek kidolgozásában, például az időjárás-előrejelzésben.
Felkészülés a kvantum jövőjére
Mivel a kvantum jövőért folytatott verseny a középpontba kerül, a befektetők és a kormányzati szervek dollármilliárdokat táplálnak a kvantum K + F-ben. Már megvalósult egy globális kommunikációs hálózat, amely műholdas kvantumkulcs-elosztást alkalmaz, meghatározva a további fejlesztések útját.
Az olyan vállalatok, mint a Google, az Amazon, a Microsoft, az IBM és mások, komoly beruházásokat hajtanak végre a kvantumszámítási erőforrások, azaz a hardver és a szoftver fejlesztésében.
Alapján Világegyetem, egy kutatócsoport Kínában egy kvantumszámítógépet épített, amely befejezte a komplex számítást alig több mint 60 perc, amelyhez legalább 8 vagy több év kellett volna egy klasszikus számítógép eléréséhez teljes.
Ez kiemeli az elmúlt két évben lezajlott kvantumszámítási fejlesztéseket. Úgy gondolják, hogy a tudományos közösség végre elérte a megfoghatatlan „kvantumelőnyt” - ahol a kvantumszámítás található abban a helyzetben, hogy megoldja a legkifinomultabb problémát, amelyre a klasszikus számítástechnika szó szerint gyakorlatias időt vehet igénybe.
A kvantum mérföldkövet a Google először 2019-ben érte el ahol a számításokhoz áramot használó qubiteket használtak. Később, 2020-ban, a kínai csapat fotonikus qubiteket használt fel a folyamat felgyorsítására. 2021-ben egy másik kínai csapat (Jian-Wei Pan vezetésével a Sanghaji Kínai Tudományos és Technológiai Egyetemen) ismét felülmúlta a Google-t.
Ban ben az ArXiv nyomtatás előtti kiszolgálón megjelent kutatási cikkA közreműködő kutatócsoport feltárta a kvantumelőnyre vonatkozó megállapításait, ahol szupravezető kviteket használtak egy Zuchongzhi néven ismert kvantumprocesszoron, amely 66 kvibitből áll. A csapat bebizonyította, hogy Zuchongzhi képes volt 56 qubit manipulálására a számítógépes teljesítmény tesztelését célzó számítási probléma kezelésére.
A bizonytalanság felkarolása
Az elmúlt öt év gyors ütemű fejlődése a kvantumtechnika világában elég izgalmas volt. Alapján A Quantum Daily, a kvantumipar várhatóan 20 milliárd végére többmilliárd dolláros értékelést fog elérni. Az ilyen nagy kiterjedésű telepítés előtt számos gyakorlati kihívást kell leküzdeni, a jövő mégis fényesnek tűnik.
Szerencsére a kvantumelmélet rávilágít a „kiszámíthatatlanság” fényesebb oldalára. Az elmélet szerint két qubit egymáshoz zárható, annak valószínűségével, hogy mindegyik qubit marad egyedileg nem határozható meg, de egységként nézve szinkronban van a másikkal - ami azt jelenti, hogy mindkettő igen 0 vagy 1.
Ezt az egyéni kiszámíthatatlanságot és együttes bizonyosságot „összefonódásnak” nevezzük - ez egy praktikus eszköz manapság a legtöbb kvantumszámítási algoritmus számára. Ezért a bizonytalanság óvatos kezelésével a szervezetek formába lendülhetnek, hogy befogadják a kvantum jövőt.
A számítógépek egyre kisebbek, de vajon lesznek-e valaha olyan kicsiek, hogy szabad szemmel láthatatlanok?
Olvassa el a következőt
- Technológia magyarázata
- Quantum Computing
Iratkozzon fel hírlevelünkre
Csatlakozzon hírlevelünkhöz, amely műszaki tippeket, véleményeket, ingyenes e-könyveket és exkluzív ajánlatokat tartalmaz!
Még egy lépés…!
Kérjük, erősítse meg e-mail címét az imént elküldött e-mailben.