Мы долгое время считали квантовые вычисления продуктом завтрашнего мира, который никогда не станет реальностью. Это звучало как научно-фантастическое будущее невероятно высокопроизводительных вычислений, которое на самом деле так и не наступило. Но квантовые вычисления определенно больше не фантастика.
Сегодня предприятия могут арендовать квантовое вычислительное время у таких компаний, как Amazon и Microsoft. Компания Intel, которая, вероятно, производит процессоры для ноутбуков, стоящих на вашем столе, разрабатывает собственные квантовые процессоры.
Что означает доступность этого невероятно мощного оборудования? Заменим ли мы все наши компьютеры квантовыми компьютерами? Что такое квантовый компьютер и как он работает? Мы ответим вам на все эти и другие вопросы.
Когда речь идет о квантовых вычислениях, простых терминов не существует. Это сложная технология, которая принимает множество форм. Но основное резюме таково:
Традиционные компьютеры обрабатывают информацию с помощью битов. Биты можно рассматривать как выключатели света. Они бывают открытыми и закрытыми. В компьютере эти два состояния представлены как 0 или 1. Каждый фрагмент данных, хранящийся на вашем устройстве, будь то документ Word или видео YouTube, можно свести к единицам и нулям.
Квантовые компьютеры работают иначе. Вместо битов они используют кубиты, которые могут находиться в двух состояниях одновременно, подобно выключателю света, который может быть одновременно включен и выключен. Чтобы сделать ситуацию еще более ошеломляющей, квантовые компьютеры могли бы использовать такие явления, как запутанность, для выполнения вычислений. Запутанность — это таинственная связь между двумя или более кубитами, состояния которых взаимосвязаны, даже если они физически удалены друг от друга.
Это открывает как большие возможности, так и пугающие риски. С другой стороны, квантовые компьютеры могли бы лучше справляться с такими задачами, как поиск лекарства от рака. Эти концепции невероятно трудны для понимания. Но по сути это дает квантовым компьютерам огромное преимущество в обработке данных по сравнению с традиционными вычислительными чипами. Потому что они могут решать проблемы гораздо быстрее, чем обычные компьютеры или серверы.
Недостатком является то, что квантовые компьютеры нелегко построить. Хотя сегодня квантовые компьютеры уже используются в промышленности и академических кругах, мы находимся на самых ранних стадиях их разработки. При масштабировании до десятков кубитов эти устройства могут стать нестабильными. Они приводят к ошибкам, которые не всегда легко обнаружить.
7 лучших альтернативных чат-ботов ChatGPT, которые вы должны попробовать прямо сейчас
Что на самом деле делают квантовые компьютеры?
Квантовые компьютеры отлично справляются с действительно сложными вычислительными задачами, которые предполагают высокую степень сложности, неопределенности или случайности. Они не ускорят работу Excel и не обеспечат дополнительную графическую производительность в играх. Но они хорошо справляются с масштабными задачами, которые обычно поручаются суперкомпьютеру или кластеру облачных вычислений.
Способность квантовых вычислений факторизовать большие числа представляет собой серьезный риск. Это может полностью подорвать технологии шифрования, которые сегодня лежат в основе всех наших финансовых транзакций и безопасных коммуникаций. Эта ситуация таит в себе как большие возможности, так и пугающие опасности.
С другой стороны, квантовые компьютеры могли бы лучше справляться с такими задачами, как поиск лекарства от рака. Можно сделать гораздо более точные прогнозы относительно того, как будет мутировать опухоль, что значительно улучшит результаты лечения пациентов. Они хорошо подходят для моделирования поведения атомов, молекул и других природных структур.
Это может помочь нам лучше понять, как устроена Вселенная, или ускорить наше понимание изменения климата и найти более эффективные способы борьбы с ним. Существует множество более обыденных задач и видов деятельности, где превосходная вычислительная мощность может обеспечить колоссальные преимущества. Например, среди них можно назвать логистику, финансовое моделирование, а также машинное обучение и искусственный интеллект, которые являются наиболее популярными темами вычислительной техники в последнее время.
Криптография работает по принципу, что вычислительная мощность слишком ограничена для взлома паролей. Однако, согласно недавнему отчету IBM, квантовые вычисления могут представлять угрозу существованию классических протоколов компьютерного шифрования. Таким образом, он способен за короткое время взломать даже самые стойкие стандарты шифрования.
Поэтому такие компании, как Google, пытаются устранить эту угрозу, работая над «Квантовыми программными ключами безопасности». Правительство США также стремится защитить свои федеральные системы от того дня, когда квантовые компьютеры смогут взломать шифрование (Q-Day), с помощью Закона о готовности к кибербезопасности квантовых вычислений. Предполагается, что такая ситуация может возникнуть через несколько лет.
Вас может заинтересовать:
8 лучших приложений для создания изображений на базе искусственного интеллекта
Когда квантовые компьютеры станут доступны?
Квантовые компьютеры в настоящее время существуют и используются. Но вы не найдете их там, как в обычном магазине техники. Существует несколько различных типов квантовых компьютеров, построенных на разных технологиях. На самом краю спектра находятся огромные монстры размером со склад, которых приходится хранить в гигантских холодильниках, чтобы не допустить перегрева.
Однако квантовые компьютеры начинают появляться и в более традиционных формах. Например, в прошлом году Министерство обороны США получило свой первый квантовый компьютер. Это была модель ORCA Computing PT-1, высота которой составляет около 5 футов, она помещается в обычную 19-дюймовую серверную стойку и не требует специального охлаждающего оборудования, поскольку может работать при комнатной температуре.
На первый взгляд вам может быть трудно отличить его от обычного сервера, который можно встретить в любом бизнесе. Так же, как вы можете приобрести обычную вычислительную мощность в облаке, вы также можете приобрести вычислительную мощность квантовых вычислений по требованию. Компании Amazon и Microsoft арендуют время на квантовых компьютерах, а также на традиционных серверах, что позволяет как ученым, так и предприятиям начать осваивать квантовые вычисления, не неся значительных затрат на приобретение собственного оборудования.
Квантовые компьютеры, несомненно, получат более широкое распространение по мере развития технологии и повышения ее доступности. Как мы уже упоминали ранее, гигант по производству микросхем Intel увидел надвигающуюся угрозу своему традиционному бизнесу по производству микросхем. Он разработал собственный квантовый исследовательский чип под названием Tunnel Falls, который он предоставил образовательным учреждениям, чтобы они могли начать создавать собственные квантовые компьютеры.
Однако маловероятно, что в ближайшее время вы замените свой ПК с Windows или Mac на квантовый компьютер. Даже если он начинает появляться в традиционных формах, он все еще довольно дорог. Даже если бы вы могли себе позволить такой бюджет, все равно не было бы никакого потребительского программного обеспечения, которое бы работало на этом устройстве. Технология квантовых вычислений может однажды выйти на потребительский рынок. Но вы не сможете ощутить качественный скачок в своем доме за несколько лет. Да, в далеком будущем эта технология заменит наши традиционные компьютеры.
