Kvantandmetöötlus kasutab kvantmehaanikat tohutute teabehulkade töötlemiseks uskumatult suure kiirusega. Kvantarvutil kulub mõnest minutist mitme tunnini, et lahendada probleem, mille lahendamiseks lauaarvutil kuluks aastaid või aastakümneid.
Kvantandmetöötlus loob aluse uue põlvkonna superarvutitele. Eeldatakse, et need kvantarvutid ületavad olemasolevat tehnoloogiat sellistes valdkondades nagu modelleerimine, logistika, trendianalüüs, krüptograafia ja tehisintellekt.
Kvantarvutite selgitused
Kvantarvutite ideed kujutasid esmakordselt ette 1980. aastate alguses Richard Feynman ja Juri Manin. Feynman ja Manin uskusid, et kvantarvuti suudab andmeid simuleerida viisil, mida lauaarvuti ei suuda. Alles 1990. aastate lõpus ehitasid teadlased esimesed kvantarvutid.
Kvantarvutus kasutab arvutuste tegemiseks kvantmehaanikat, nagu superpositsioon ja põimumine. Kvantmehaanika on füüsika haru, mis uurib asju, mis on äärmiselt väikesed, isoleeritud või külmad.
Kvantarvutuse esmane töötlemisüksus on kvantbitid või kubitid. Kvantarvutis luuakse kubitid, kasutades üksikute aatomite, subatomiliste osakeste või ülijuhtivate elektriahelate kvantmehaanilisi omadusi.
Kubiidid on sarnased lauaarvutites kasutatavate bittidega, kuna kubitid võivad olla kvantolekus 1 või 0. Kubitid erinevad selle poolest, et need võivad olla ka olekute 1 ja 0 superpositsioonis, mis tähendab, et kubitid võivad samaaegselt esindada nii 1 kui 0.
Kui kubitid on superpositsioonis, liidetakse kaks kvantolekut ja tulemuseks on teine kvantolek. Superpositsioon tähendab, et korraga töödeldakse mitut arvutust. Seega võivad kaks kubitti esindada korraga nelja numbrit. Tavalised arvutid töötlevad bitte ainult ühes kahest võimalikust olekust, 1 või 0, ja arvutusi töödeldakse ükshaaval.
Kvantarvutid kasutavad kubittide töötlemiseks ka põimumist. Kui kubit on takerdunud, sõltub selle kubiidi olek teise kubiidi olekust, nii et üks kubit näitab oma vaatlemata paari oleku.
Kvantprotsessor on arvuti tuum
Kubittide loomine on keeruline ülesanne. Kubiti säilitamiseks mis tahes aja jooksul on vaja külmunud keskkonda. Kubiti loomiseks vajalikud ülijuhtivad materjalid tuleb jahutada absoluutse nullini (umbes miinus 272 Celsiuse järgi). Samuti peavad kubitid olema kaitstud taustmüra eest, et arvutusvigu vähendada.
Kvantarvuti sisemus näeb välja nagu uhke kuldlühter. Ja jah, see on valmistatud ehtsast kullast. See on lahjenduskülmik, mis jahutab kvantkiipe, nii et arvuti saab luua superpositsioone ja mässida kubite ilma teavet kaotamata.
Kvantarvuti teeb neid kubite mis tahes materjalist, millel on kvantmehaanilised omadused, mida saab juhtida. Kvantarvutusprojektid loovad kubiteid erineval viisil, näiteks ülijuhtiva traadi silmuse loomine, elektronide pöörlemine ja footonite ioonide või impulsside püüdmine. Need kubitid eksisteerivad ainult lahjenduskülmikus loodud külmumistemperatuuridel.
Kvantarvuti programmeerimiskeel
Kvantalgoritmid analüüsivad andmeid ja pakuvad andmete põhjal simulatsioone. Need algoritmid on kirjutatud kvantkeskses programmeerimiskeeles. Teadlased ja tehnoloogiaettevõtted on välja töötanud mitmeid kvantkeeli.
Need on mõned kvantarvutuste programmeerimiskeeled:
- QISKit: IBM-i Quantum Information Software Kit on täispuit kvantprogrammide kirjutamiseks, simuleerimiseks ja käitamiseks.
- Q: Microsoft Quantum Development Kit'is sisalduv programmeerimiskeel. Arenduskomplekt sisaldab kvantsimulaatorit ja algoritmide teeke.
- Cirq: Google'i välja töötatud kvantkeel, mis kasutab ahelate kirjutamiseks ja kvantarvutites ja simulaatorites nende ahelate käitamiseks Pythoni raamatukogu.
- Forest: Rigetti Computingu loodud arendajakeskkond, mis kirjutab ja käitab kvantprogramme.
Kasutusalad kvantarvutuseks
Päris kvantarvutid on muutunud kättesaadavaks viimastel aastatel ja ainult mõnel suurel tehnoloogiaettevõttel on kvantarvuti. Mõned neist tehnoloogiaettevõtetest on Google, IBM, Intel ja Microsoft. Need tehnoloogialiidrid teevad koostööd tootjate, finantsteenuste ettevõtete ja biotehnoloogiaettevõtetega, et lahendada mitmesuguseid probleeme.
Kvantarvutiteenuste kättesaadavus ja arvutusvõimsuse areng annavad teadlastele ja teadlastele uusi vahendeid, et leida lahendusi probleemidele, mida varem oli võimatu lahendada. Kvantandmetöötlus on vähendanud aega ja ressursse, mis kulub uskumatute andmemahtude analüüsimiseks, nende andmete kohta simulatsioonide loomiseks, lahenduste väljatöötamiseks ja probleemide lahendamiseks uute tehnoloogiate loomiseks.
Ettevõtlus ja tööstus kasutavad uute äritegevuse viiside avastamiseks kvantarvutit. Siin on mõned kvantarvutusprojektid, mis võivad ärile ja ühiskonnale kasu tuua:
- Lennukitööstus kasutab kvantarvutust, et uurida paremaid viise lennuliikluse juhtimiseks.
- Finants- ja investeerimisühingud loodavad kasutada kvantarvutust finantsinvesteeringute riski ja tulu analüüsimiseks, portfellistrateegiate optimeerimiseks ja finantsüleminekute lahendamiseks.
- Tootjad võtavad kasutusele kvantandmetöötluse, et parandada oma tarneahelaid, suurendada tootmisprotsesside tõhusust ja töötada välja uusi tooteid.
- Biotehnoloogiaettevõtted uurivad võimalusi, kuidas kiirendada uute ravimite avastamist.
Leidke kvantarvuti ja katsetage kvantarvutiga
Mõned arvutiteadlased töötavad välja meetodeid kvantarvutite simuleerimiseks lauaarvutis.
Paljud maailma suurimad tehnoloogiaettevõtted pakuvad kvantteenuseid. Kui need on seotud lauaarvutite ja süsteemidega, loovad need kvantteenused keskkonna, kus kvanttöötlus – lauaarvutitega – lahendab keerulisi probleeme.
- IBM pakub IBM Q keskkonda juurdepääsuga mitmele tõelisele kvantarvutile ja simulatsioonile, mida saate kasutada pilve kaudu.
- Alibaba Cloud pakub kvantandmetöötluse pilveplatvormi, kus saate käitada ja testida kohandatud kvantkoode.
- Microsoft pakub kvantarenduskomplekti, mis sisaldab Q programmeerimiskeelt, kvantsimulaatoreid ja kasutusvalmis koodi arendusteeke.
- Rigettil on kvant-esimene pilveplatvorm, mis on praegu beetaversioonis. Nende platvorm on Foresti SDK-ga eelkonfigureeritud.
Kvantarvutite uudised tulevikus
Unistus seisneb selles, et kvantarvutid lahendavad probleeme, mis on praegu liiga suured ja liiga keerulised, et neid standardse riistvaraga lahendada – eriti keskkonna modelleerimiseks ja haiguste ohjeldamiseks.
Lauaarvutitel pole ruumi nende keerukate arvutuste tegemiseks ja selle uskumatu hulga andmeanalüüsi tegemiseks. Kvantarvuti võtab kõige suuremad andmekogud ja töötleb seda teavet murdosa ajast, mis kuluks lauaarvuti jaoks. Andmed, mille töötlemiseks ja analüüsimiseks kuluks lauaarvutil mitu aastat, kulub kvantarvutil vaid paar päeva.
Kvantandmetöötlus on alles lapsekingades, kuid sellel on potentsiaali lahendada kõige keerulisemaid maailmaprobleeme valguse kiirusel. Seda, kui kaugele kvantarvutite arendamine ja kvantarvutite kättesaadavus kasvab, võib igaüks arvata.
