Kvantinė kompiuterija yra studijų sritis, orientuota į kompiuterinių technologijų kūrimą remiantis kvantinės teorijos principais.
Į Quantum technologijas investuojama dešimtys milijardų viešojo ir privataus kapitalo. Šalys visame pasaulyje suprato, kad kvantinės technologijos gali labai sutrikdyti esamą verslą.
Klasikinio ir kvantinio skaičiavimo palyginimas
Klasikinis skaičiavimas savo galutiniu lygmeniu remiasi Būlio algebra išreikštais principais. Duomenys turi būti apdorojami išskirtinėje dvejetainėje būsenoje bet kuriuo metu arba tai, ką mes vadiname bitais. Nors laikas, kurio kiekvienam tranzistoriui arba kondensatoriui turi būti 0 arba 1, kol bus perjungtos būsenos, dabar išmatuojamas milijardinėmis sekundės dalimis, vis dar yra riba, kaip greitai šiuos įrenginius galima perjungti.
Kai pereiname prie mažesnių ir greitesnių grandinių, pradedame pasiekti fizines medžiagų ribas ir slenkstį, kai reikia taikyti klasikinius fizikos dėsnius. Be to, kvantinis pasaulis perima viršų, o kvantiniame kompiuteryje daugybė elementinių dalelių, tokių kaip elektronai ar fotonai, gali būti panaudotos mokestis arba poliarizacija veikia kaip 0 ir (arba) 1. Kiekviena iš šių dalelių yra žinoma kaip kvantinis bitas arba kubitas, šių dalelių prigimtis ir elgsena sudaro kvantinio skaičiavimo pagrindą. Klasikiniuose kompiuteriuose tranzistoriai naudojami kaip fiziniai logikos blokai, o kvantiniai kompiuteriai gali naudoti įstrigusius jonus, superlaidžias kilpas, kvantinius taškus arba laisvas vietas deimante.
Kvantinės kompiuterijos iššūkiai
Kvantinio skaičiavimo iššūkiai yra šie:
-
Keičiamos ir stabilios kvantinės aparatinės įrangos kūrimas: Vienas iš pagrindinių kvantinio skaičiavimo iššūkių yra sukurti įrenginį, kuris galėtų apdoroti daug kubitų, išlaikant stabilumą ir nuoseklumą.
-
Triukšmo ir klaidų sprendimas kvantinėse sistemose: Kvantinės sistemos yra labai jautrios triukšmui ir klaidoms, dėl kurių gali sutrikti skaičiavimas ir gauti netikslūs rezultatai.
-
Veiksmingų kvantinio skaičiavimo algoritmų kūrimas: plečiantis kvantinių kompiuterių galimybėms, didėja poreikis naujų algoritmų, kurie galėtų pasinaudoti unikaliomis kvantinių sistemų savybėmis.
-
Klaidų taisymo ir klaidų mažinimo metodų įgyvendinimas: Klaidų taisymas ir klaidų mažinimas yra labai svarbūs kuriant naudingą kvantinį kompiuterį, tačiau tam naudojami metodai vis dar yra ankstyvosiose kūrimo stadijose.
-
Kvantinės komunikacijos ir tinklų kūrimas ir įgyvendinimas: Kvantinės komunikacijos ir tinklų technologijos, tokios kaip kvantinio rakto paskirstymas ir kvantinė teleportacija, vis dar yra ankstyvosiose kūrimo stadijose, todėl norint jas įgyvendinti plačiu mastu, reikia įveikti daugybę iššūkių.
-
Kvalifikuotų specialistų trūkumo sprendimas: Kvantinio skaičiavimo sritis yra gana nauja ir trūksta specialistų, turinčių reikiamų įgūdžių ir žinių dirbti su kvantiniais įrenginiais ir programine įranga.
-
Kvantinės technologijos ir klasikinių technologijų integravimo trūkumo sprendimas: Vis dar sunku sklandžiai integruoti kvantinę technologiją su esama klasikine technologija, todėl sunku naudoti kvantinį skaičiavimą praktiniams tikslams.
-
Tvirtas programinės įrangos ir programavimo kalbų kūrimas kvantiniam skaičiavimui: šiuo metu yra nedaug programinės įrangos ir programavimo kalbų, kurios gali būti naudojamos kvantiniam skaičiavimui, ir jos vis dar yra ankstyvosiose kūrimo stadijose.
-
Standartizacijos trūkumo problemos sprendimas: Šiuo metu kvantinio skaičiavimo srityje trūksta standartizacijos, todėl sunku palyginti skirtingus įrenginius ir technologijas.
-
Kvantinio skaičiavimo ekonomiškumo problemos sprendimas: Kvantinio kompiuterio kūrimas ir valdymas vis dar yra labai brangus, ir tai yra pagrindinė kliūtis plačiai taikyti kvantinį skaičiavimą.
Kvantinės kompiuterijos tendencijos
Naujausios kvantinio skaičiavimo tendencijos yra šios:
-
Didėjantis kubitų skaičius ir darnos laikas kvantiniuose įrenginiuose: kubitų (kvantinių bitų) skaičius kvantiniame kompiuteryje yra svarbi jo galios metrika. Didėjant kubitų skaičiui, didėja ir įrenginio skaičiavimo galia. Darnos laikai nurodo, kiek laiko kubitai gali išlaikyti savo kvantinę būseną prieš dekoheravimą, o ilgesni koherencijos laikai leidžia atlikti sudėtingesnius skaičiavimus.
-
Naujų kvantinių algoritmų ir optimizavimo metodų kūrimas. Plečiantis kvantinių kompiuterių galimybėms, plėtojami nauji algoritmai ir metodai, siekiant pasinaudoti unikaliomis kvantinio skaičiavimo savybėmis. Tai apima kvantinį mašininį mokymąsi, kvantinių klaidų taisymą ir kvantinio optimizavimo algoritmus.
-
Kvantinių įkvėptų klasikinių algoritmų ir aparatinės įrangos atsiradimas: mokslininkai tiria kvantinių sistemų savybes, kad sukurtų naujus klasikinius algoritmus ir aparatinę įrangą, imituojančią kai kuriuos kvantinio skaičiavimo pranašumus.
-
Didėjantis pramonės ir vyriausybės susidomėjimas ir investicijos į kvantinį skaičiavimą: Kadangi galimos kvantinio skaičiavimo taikymo galimybės tampa vis akivaizdesnės, didėja pramonės ir vyriausybės susidomėjimas ir investicijos į šią sritį.
-
Didesnis bendradarbiavimas ir dalijimasis ištekliais tarp kvantinių tyrimų institucijų ir įmonių: Kadangi kvantinis skaičiavimas tampa vis svarbesnis, kvantinių tyrimų institucijos ir įmonės vis dažniau bendradarbiauja ir dalijasi ištekliais.
-
Kvantinio mašininio mokymosi ir kvantinio dirbtinio intelekto naudojimas: mokslininkai tiria kvantinio skaičiavimo panaudojimą, kad sukurtų naujus mašininio mokymosi ir dirbtinio intelekto algoritmus, kurie galėtų pasinaudoti unikaliomis kvantinių sistemų savybėmis.
-
Kvantinių debesų paslaugų augimas: didėjant kubitų skaičiui ir nuoseklumo laikui, daugelis įmonių dabar siūlo vartotojams kvantinių debesų paslaugas, kurios leidžia jiems naudotis kvantinio skaičiavimo galia nekuriant savo kvantinio kompiuterio.
-
Kvantinės klaidų taisymo pažanga: norint, kad kvantinis kompiuteris būtų praktiškai naudingas, būtina turėti kvantinių klaidų taisymo metodus, kad būtų sumažintos skaičiavimo metu atsirandančios klaidos. Šiam tikslui pasiekti kuriama daug naujų technikų.
Kokia kvantinio skaičiavimo ateitis?
Tikėtina, kad artimiausiu metu kvantinis kompiuteris ir toliau bus kuriamas konkrečioms programoms, tokioms kaip optimizavimas, mašininis mokymasis ir kriptografija. Tyrėjai taip pat dirba kurdami stabilesnius ir patikimesnius kubitus, kurie yra kvantinių kompiuterių sudedamosios dalys. Technologijoms bręstant ir tampant prieinamesnei, tikimasi, kad ji vis dažniau bus naudojama tokiose pramonės šakose kaip finansai ir sveikatos priežiūra, kur bus galima analizuoti didelius duomenų kiekius ir daryti tikslesnes prognozes.
Ilgainiui kvantinė kompiuterija gali padaryti revoliuciją daugelyje pramonės šakų ir pakeisti mūsų gyvenimo bei darbo būdą. Tačiau tai vis dar gana nauja technologija, todėl reikia daug mokslinių tyrimų ir plėtros, kad ją būtų galima visiškai realizuoti.