Napjainkban a szabványos számítógépek kétségtelenül fejlettek ahhoz képest, amit néhány évtizeddel ezelőtt összegyűjthettünk. Azonban a számítógépek jelenlegi gyorsaságával és változatosságával nehéz elképzelni, hogy bármi is lehetne még jobb. Lépjen be a kvantumszámításba. Ennek a tudományterületnek az a célja, hogy az univerzum törvényeit felhasználva hihetetlen célokat érjen el.
Szóval, mi is pontosan a kvantumszámítás, és hogyan érinti a világunkat a jövőben?
Mi az a kvantumszámítás?
Bár a kvantumszámítás dinamikáját még ma is tanulmányozzák, eredetileg az 1980-as években bukkant fel Paul Benioff fizikus. Ebben az időben Benioff a Turing-gép kvantumszámítási modelljét javasolta. Ezt követően a következő személyek segítettek a kvantumszámítás elméletének és alkalmazásának kidolgozásában, köztük Isaac Chuang és Neil Gershenfeld.
A kvantumszámítás definíciója kissé eltér a meglátogatott webhelytől függően. A legalapvetőbb formája egyfajta számítástechnika, amely a kvantummechanikára támaszkodik. Míg a kvantumszámítógépek egykor csak elméletek voltak papíron, most életre kelnek.
Tehát milyen kvantumszámítógépekkel van dolgunk ma?
A kvantumszámítás még nagyon fejlesztés alatt áll. Ez egy hihetetlenül összetett terület, amely számos prototípus modellnek adott helyet, mint például a Google Sycamore kvantumszámítógépe. 2019-ben a Google bejelentette, hogy a Sycamore percek alatt megoldotta azt a számítást, amely egy szuperszámítógépnek 10 000 évig tartana. De miben más a kvantumszámítógép? Hogyan tudnak ilyen hatalmas bravúrokat végrehajtani?
A kvantumszámítás alapjai
Egy tipikus számítógép biteknek nevezett egységeket használ működéséhez. A bitnek csak két értéke lehet és lesz is: nulla vagy egy. Ezeket a biteket bináris kód írására használják, ami abszolút alapelem a számítástechnikai világban.
Másrészt a kvantumbit (qubit) néven ismert dolog a kvantumszámítógépek legalapvetőbb egysége. A kvantumszámítógépeknek ezekre az egységekre van szükségük az adatok tárolására és a funkciók végrehajtására. A qubit kvantumállapotú információt hordozhat, és számos módon előállítható, például egy elektron spinjén keresztül.
A kubitok is számos formát ölthetnek, például fotonként vagy csapdába esett ionként. Ezek végtelenül kicsi részecskék, amelyek világegyetemünk alapját képezik.
A Qubitban sok lehetőség rejlik. Jelenleg kvantumszámítógépekben használják többdimenziós kvantumalgoritmusok megoldására és kvantummodellek futtatására. Ami egészen hihetetlen a qubitekben, az az, hogy egyszerre több állapotban is létezhetnek. Ez azt jelenti, hogy egyszerre lehetnek nullák, egyek vagy bármi a kettő között.
Ennek a tulajdonságnak köszönhetően a qubitek egyszerre több lehetőséget is figyelembe vehetnek, ami lehetővé teszi a kvantumszámítógépek számára, hogy számításokat hajtsanak végre, mielőtt egy objektum állapota mérhetővé válna. Ez lehetővé teszi, hogy a kvantumszámítógépek sokkal gyorsabban oldják meg az összetett problémákat, mint a hagyományos számítógépek.
A kvantumszámítógépek előnyei
A kvantumszámítógépek legnagyobb előnye a számítások elvégzésének sebessége. Az ilyen technológia olyan számítási sebességet biztosíthat, amelyet a hagyományos számítógépek soha nem fognak tudni elérni. A kvantumszámítógépek sokkal összetettebb problémák megoldására is alkalmasak, mint a tipikus számítógépek, és rendkívül összetett szimulációkat is futtathatnak.
Ezt a kvantumszámítógépekben rejlő fejlett képességet néha ""kvantumfölény", mivel a potenciáljuk messze meghaladja a számítógépekét, sőt fejlett szuperszámítógépek, amit a következő néhány évben vagy évtizedben elérhetnek. De a kvantumszámítógépek korántsem tökéletesek. Ezeknek a gépeknek van néhány hátránya, amelyek befolyásolhatják jövőbeli sikerüket.
A kvantumszámítógépek hátrányai
Mivel a kvantumszámítógépek még mindig a prototípus stádiumában vannak, sok problémát még le kell küzdeni.
Először is, a kvantumszámítógépeknek extrém környezetekre van szükségük a működésükhöz. Valójában ezeknek a gépeknek 450 Fahrenheit-fok körüli hőmérsékleten kell létezniük. Ez megnehezíti a kvantumszámítógépek elérését a legtöbb vállalat és a nyilvánosság számára. Ráadásul a kvantumszámítógépek nagyon nagyok a mai szabványos modellekhez képest, hasonlóan az első számítógép méretéhez. Bár ez valószínűleg változni fog a jövőben, ez hozzájárul ahhoz, hogy ez a technológia elérhetetlenné váljon a rendszeres emberek számára a fejlesztés korai szakaszában.
A kvantumszámítógépek még mindig túl magas hibaarányokkal küzdenek. A különféle iparágakba való sikeres integráció érdekében biztosnak kell lennünk abban, hogy ezek a gépek magas sikerarányt biztosítanak, hogy megbízhatóak legyenek.
Most, hogy megértjük a kvantumszámítás alapjait és előnyeit és hátrányait, nézzük meg, hogyan alkalmazható ez a technológia a különböző iparágakban.
A kvantumszámítástechnika felhasználási területei
Mivel a kvantumszámítástechnika még mindig a fejlődés korai szakaszában tart, sok ötlet kering arról, hogy egy napon mire is képes. Nagyon sok tévhit kering a kvantumszámítógépekkel kapcsolatban, ami nagyrészt a technológiával kapcsolatos félreértéseknek köszönhető. Vannak, akik azt javasolják, hogy a kvantumszámítógépeket párhuzamos univerzumokba való belépésre, vagy akár az időutazás szimulálására használják majd.
Bár ezeket a lehetőségeket nem lehet pontosan kizárni, a kvantumszámítás reálisabb alkalmazásaira kell összpontosítanunk, amelyek a következő néhány évtizedben megvalósulhatnak. Tehát térjünk be a kvantumszámítás alkalmazásaiba.
1. Mesterséges intelligencia és gépi tanulás
A mesterséges intelligencia és a gépi tanulás két másik technológia, amelyek szinte futurisztikusnak tűnnek, de az évek múlásával egyre fejlettebbek. Ahogy ezek a technológiák fejlődnek, előfordulhat, hogy át kell lépnünk a szabványos számítógépekről. Itt léphetnek be a kvantumszámítógépek, amelyek hatalmas lehetőségeket kínálnak a függvények feldolgozására és a számítások gyors megoldására.
2. Kiberbiztonság
Ahogy a kiberbűnözők egyre kifinomultabbak, úgy növekszik az igényünk a magas szintű kiberbiztonságra. Ma, a kiberbűnözés aggasztóan gyakori, havonta több ezer embert céloznak meg.
A kvantumszámítógép segítségével egy napon könnyebben kifejleszthetünk olyan magas szintű kiberbiztonsági protokollokat, amelyek a legkifinomultabb támadásokat is képesek leküzdeni.
A kvantumszámításnak megvan a lehetősége arra is, hogy segítséget nyújtson a kriptográfiában, különösen az ún kvantumkriptográfia. Ez feltárja a kvantummechanika kihasználásának tényét titkosítási funkciókat lát el.
3. Gyógyszerfejlesztés
A kvantumszámítógépek azon képessége, hogy előre jelezzék a helyzetek kimenetelét, hatékonysá teheti őket a gyógyszerfejlesztésben. Egy kvantumszámítógép egy napon segíthet megjósolni, hogyan működnek bizonyos molekulák bizonyos forgatókönyvekben. Például egy kvantumszámítógép előre jelezheti, hogyan viselkedik egy gyógyszer az ember testében.
Ez a magas szintű kutatás sokkal könnyebbé teheti a gyógyszerfejlesztés próba-szerencse időszakát.
A kvantumszámítástechnikával kapcsolatos aggályok
Amikor egy újfajta technológia fejlődik, természetes, hogy az emberek egy kicsit félnek. Tehát a kvantumszámításnak kell-e aggodalomra ad okot?
Sok szó esett a kiberbiztonságról a kvantumszámítógépek jelentette kockázatok. Bár a kvantumszámítógépek segíthetnek a digitális biztonság magasabb szintjének elérésében, a dolgok másfelé is menhetnek. Bár ez a fenyegetés jelenleg hipotetikus, fennáll annak az esélye, hogy kialakulhat belőle kérdés az elkövetkező években, különösen akkor, amikor a kvantumszámítógépek szélesebb körben hozzáférhetővé válnak népesség. Egyes cégek már kínálnak "kvantumbiztos VPN"szolgáltatások előre.
Mivel a kvantumszámítógépek rendkívül összetett problémákat tudnak megoldani, lehetőségük van a hatékonyabb jelszófeltörésre és adatok visszafejtése növeli. Míg még a szuperszámítógépek is küzdenek a nagy dekódoló kulcsok megtalálásáért, a kvantumszámítógépek egy napon képesek lesznek könnyen visszafejteni az érzékeny adatokat, ami nagyon jó hír lenne a rosszindulatú szereplők számára.
A kvantumszámítástechnika a jövőbe visz bennünket
A kvantumszámítás kínálta lehetőségek hihetetlenek, és egy napon elérhetőek lesznek. Bár a kvantumszámítás még korai szakaszában jár, az ezen a területen végbemenő folyamatos fejlődés hatalmas technológiai bravúrokhoz vezethet. Ezt csak az idő fogja eldönteni!