Nėra jokių abejonių, kad kompiuteriai padėjo žmonijai judėti į priekį rekordiniu greičiu. Ir dauguma žmonių – įskaitant mane – neįsivaizduoja pasaulio be jų.
Kompiuteriai leido mums vienu mygtuko paspaudimu bendrauti su žmonėmis, nepaisant to, kurioje pasaulio vietoje jie yra; jie leido mums padaryti proveržį mokslo ir medicinos srityse, padėdami mums analizuoti duomenų kiekį, kurio be jų būtų neįmanoma, be to, jie taip pat tiesiogine prasme įdėjo pasaulį į mūsų kišenę. Aplink mus daugėjant humanoidinių kompiuterių programų ir robotų – pagalvokite Sophia, pirmoji JTVP robotų inovacijų ambasadorė ir „Open AI“ „ChatGPT“ – taip pat sunku įsivaizduoti, kad kompiuteriai tikrai turi savo ribas.
Tačiau kai kuriais atvejais klasikiniai kompiuteriai, kuriuos visada žinojome, tiesiog nepasitenka. Tai ypač pasakytina apie sudėtingas problemas. Jie apimaPavyzdžiui, nustatyti optimalius tanklaivių maršrutus pasauliniame laivybos tinkle – sudėtinga problema, atsižvelgiant į daugybę kintamųjų, tokių kaip oro sąlygos ir eismas, į kuriuos turi atsižvelgti bet koks sprendimas, ir modeliuoti pasaulinio atšilimo poveikį klimato ir aplinkos sąlygoms aplink. pasaulis.
Kvantinė kompiuterija yra palyginti nauja ir sparčiai besivystanti sritis, kuria siekiama panaudoti iš pažiūros keistus kvantinės mechanikos – fizikos šakos, nagrinėjančios materijos ir energijos elgseną atominiu ir subatominiu lygmenimis – principus, kad būtų galima lengvai atlikti skaičiavimus, kurie arba neįmanomi. , arba labai sunku, klasikiniuose kompiuteriuose. Kvantiniai kompiuteriai gali tai padaryti, nes jie saugo ir apdoroja duomenis iš esmės kitaip nei klasikinės mašinos. Kai klasikiniai kompiuteriai naudoja dvejetainius skaitmenis arba bitus, kurie gali turėti tik vieną iš dviejų būsenų – 0 arba 1, kad atvaizduotų ir apdorotų informaciją; kvantiniai kompiuteriai naudoja kvantinius bitus arba kubitus, kurie neturi šio apribojimo ir gali egzistuoti 1 arba 0, arba superpozicijos būsenoje, kuri leidžia jiems vienu metu būti abiejose būsenose.
Be kelių būsenų, kubitai taip pat gali susipainioti – koreliuoti taip, kad vieno būsena priklauso nuo kitų kubitų būsenos, nepaisant juos skiriančio atstumo. Dėl to neįmanoma nustatyti vieno kubito būsenos nepažeidžiant kito kubito būsenos.
Šios kvantinių sistemų savybės gali leisti atlikti tokius skaičiavimus kaip kvantinė teleportacija — kvantinės informacijos perdavimo iš siuntėjo į tam tikrą atstumą esantį gavėją metodas ir kvantinė kriptografija – leidžia užšifruoti duomenis neįveikiamu būdu, o tai neįmanoma klasikiniuose kompiuteriuose.
Jie taip pat leidžia kvantiniams kompiuteriams saugoti daugiau duomenų ir tuo pačiu metu pateikti bei apdoroti kelias informacijos dalis, todėl jie gali atlikti sudėtingus skaičiavimus eksponentiškai greičiau nei klasikiniai kompiuteriai, taip pat atlikti kai kuriuos, kurių klasikiniams kompiuteriams atlikti tiesiog neįmanoma. Tai apima klasikines problemas, tokias kaip Šoro algoritmas, skirtas didelių sveikųjų skaičių faktoriavimui, šifravimo nutraukimas ir kvantinis modeliavimas, ty kvantinių sistemų, tokių kaip atomai ir molekulės, modeliavimas, kurio klasikiniai kompiuteriai negali atlikti efektyviai. Dėl to kvantiniai kompiuteriai yra vertingi įvairioms pramonės šakoms, pavyzdžiui, finansams, sveikatos priežiūrai ir energetikai.
Tačiau principai, dėl kurių kvantinis skaičiavimas yra toks naudingas kai kurioms programoms, taip pat labai apsunkina. Dėl pačios kvantinės mechanikos prigimties kubitų elgesį sunku kontroliuoti ir stabilizuoti, be to, jie yra labai jautrūs aplinkai, todėl kvantiniai kompiuteriai turi būti eksploatuojami itin švariose erdvėse. temperatūra šiek tiek viršija absoliutų nulį. Kvantines sistemas taip pat sunku išplėsti, nes didėjantis kubitų skaičius taip pat padidina sistemos polinkį į klaidas.
„Pagrindinė „Google“ įsipainiojusių kubitų problema yra ta, kad jie nėra „atsparūs gedimams“. „Sycamore“ procesorius padarys klaidą vidutiniškai kas tūkstantį žingsnių. Tačiau įprastam eksperimentui reikia daug daugiau nei tūkstančio žingsnių, todėl, norėdami gauti reikšmingų rezultatų, mokslininkai turi paleisti tą pačią programą dešimtis tūkstančių kartų, tada naudoti signalų apdorojimo metodus, kad iš daugybės duomenų patobulintų nedidelį kiekį vertingos informacijos. . Padėtis gali pagerėti, jei programuotojai galėtų patikrinti kubitų būseną procesoriui veikiant, tačiau matuojant superpozicinį kubitą jis priverčia įgyti tam tikrą reikšmę, todėl skaičiavimas pablogėja. Tokių „matavimų“ nebūtina atlikti sąmoningam stebėtojui; bet koks sąveikos su aplinka skaičius sukels tą patį žlugimą. „Ramios, šaltos ir tamsios vietos kubitams gyventi yra esminė kvantinio skaičiavimo mastelio tobulinimo dalis“, – sakė Giustina. „Google“ procesoriai kartais sugenda, kai susiduria su spinduliuote iš už mūsų saulės sistemos ribų. — „New Yorker“.
Nepaisant šių iššūkių, tyrėjai ir mokslininkai daro didelę pažangą šioje srityje. Kuriami nauji metodai, skirti kontroliuoti ir stabilizuoti kubitus kartu su technologijomis, tokiomis kaip kvantinių klaidų taisymo kodai, kurie leis padidinti kvantinių sistemų mastelį.
Taigi, nors kvantinė kompiuterija vis dar yra šiek tiek pradinė sritis, ar galiausiai ji visiškai pakeis klasikinius kompiuterius? Nebūtinai. Pradedantiesiems daug kas, ką gali padaryti kvantiniai kompiuteriai, vis dar yra teorinė. Antra, atsižvelgiant į ekstremalias mašinų veikimo sąlygas, mažai tikėtina, kad jos kada nors bus nešiojamos ir tikriausiai bus dažniausiai nuotoliniu būdu naudojamos akademikų ir įmonių specializuotoms programoms. Juos taip pat sunku valdyti – geriausi šiuo metu kvantiniai kompiuteriai turi 50 kubitųkurių pakanka, kad jie būtų itin galingi, nes kiekvienas kubitas padidina apdorojimo pajėgumą, tačiau tai taip pat reiškia, kad dėl jau aptartų priežasčių šiuo metu jų klaidų lygis yra labai didelis.
Galiausiai ir, ko gero, svarbiausia, jūsų senas geras nešiojamasis kompiuteris vis dar puikiai tinka daugeliui dalykų – kvantinėms sistemoms sekasi tik geriau nei klasikinėms, kai reikia išspręsti ypač sudėtingas problemas, priskiriamas nepolinominis, arba NP – skaičiavimo problemų klasė kurios šiuo metu neturi veiksmingo algoritminio sprendimo. Labiausiai tikėtinas scenarijus yra toks, kad klasikiniai ir kvantiniai kompiuteriai egzistuos kartu ir papildys vienas kitą, todėl į įrankių rinkinį galime įtraukti dar vieną įrankį sudėtingoms problemoms spręsti.