Що таке квантові комп’ютери? Скоро вони будуть у вас?

IBM і Google змагаються, щоб створити справді діючий квантовий комп’ютер. Ось що відрізняє квантові комп’ютери від звичайних і як вони змінять наше майбутнє.

Google, IBM і декілька стартапів готуються до створення наступного покоління суперкомп’ютерів. Квантові комп’ютери, якщо вони коли-небудь почнуть працювати, допоможуть нам вирішити проблеми, такі як моделювання складних хімічних процесів, яких наші існуючі комп’ютери не можуть навіть торкнутися поверхнево.

Але квантове майбутнє не так просто досягти, і немає зараз розуміння, як воно буде виглядати, коли прийде. На даний момент компанії та дослідники використовують декілька різних підходів, щоб спробувати побудувати найпотужніші комп’ютери, які коли-небудь бачив у світі. Ось все, що потрібно знати про майбутню квантову революцію:

Що таке квантові обчислення?

Квантові обчислення користуються перевагою здатності субатомних частинок існувати в більш ніж одному стані в будь-який час. Завдяки тому, як поводяться найдрібніші частинки, операції можна робити набагато швидше і використовувати менше енергії, ніж це роблять класичні комп’ютери.

У класичному обчисленні біт – це єдина частина інформації, яка може існувати в двох станах – 1 або 0. Квантові обчислення використовують квантові біти, або “qubits”. Це квантові системи з двома станами. Однак, на відміну від звичайного біта, вони можуть зберігати набагато більше інформації, ніж тільки 1 або 0, оскільки вони можуть існувати в будь-якій суперпозиції цих значень.

кубіт і квантовий компютер

Кубіти

Кубіт можна розглядати як уявну сферу. Тоді як класичний біт може бути у двох станах – у будь-якому з двох полюсів сфери – кубіт може бути будь-якою точкою сфери. Це означає, що комп’ютер, що використовує ці біти, може зберігати величезну кількість інформації, використовуючи менше енергії, ніж класичний комп’ютер.

Як далеко зайшли квантові комп’ютери?

До недавнього часу, здавалося, що Google був лідером цієї сфери, коли справа доходить до створення квантового комп’ютера, який може перевершити можливості звичайних комп’ютерів. У березні 2017 року пошуковий гігант виклав амбітні плани комерціалізації квантової технології протягом наступних п’яти років. Незабаром після цього Google заявив, що до кінця 2017 року має на меті досягти чогось, що він називає “квантовим верховенством” з 49-кубітним комп’ютером.

Лідерство Google в цій сфері підірвала IBM, яка в листопаді 2017 року оголосила про створення квантового комп’ютера на 50 кубітів. Проте їх компютер був далеко не стабільним, оскільки система могла утримувати свій квантовий мікро стан лише 90 мікросекунд, що є рекордним, але далеким від часу, необхідного для того, щоб зробити квантові обчислення практично життєздатними. Просто тому, що IBM побудувала 50-кубітну систему, не обов’язково означає, що вони стали лідерами і, безумовно, не означають, що вони створили квантовий комп’ютер, який майже готовий до практичного використання.

Там, де IBM пішла далі, ніж компанія Google – вони зробили комп’ютери комерційно доступними. В 2016 році компанія запропонував дослідникам можливість провести експерименти на п’ятикубітному квантовому комп’ютері через хмару.

Але квантові обчислення аж ніяк не є перегонами двох компаній. Каліфорнійський стартап Rigetti зосереджує увагу на стабільності власних систем, а не тільки на кількості кубітів, і він може бути першим, хто створить квантовий комп’ютер, який люди можуть реально використовувати. Компанія D-Wave, що базується у Ванкувері, Канада, вже створила те, що вона називає системою 2000 кубітів, хоча багато дослідників не вважають системи D-wave справжніми квантовими комп’ютерами. Intel теж бере участь у грі. У лютому 2018 року компнія повідомила, що вона знайшла спосіб виготовлення квантових чіпів з кремнію, що значно полегшить виготовлення чіпів з використанням існуючих методів виробництва.

Що можуть зробити квантові комп’ютери, що звичайні не можуть?

Квантові комп’ютери працюють на абсолютно різних принципах ніж існуючі комп’ютери, що робить їх придатними для вирішення окремих математичних задач, таких як пошук дуже великих простих чисел. Оскільки прості числа настільки важливі в криптографії, ймовірно, що квантові комп’ютери швидко зможуть зламати багато систем, які забезпечують безпеку нашої онлайнової інформації. Внаслідок цих ризиків дослідники вже намагаються розробити технологію, стійку до квантового злому, і, навпаки, можливо, що квантові криптографічні системи будуть набагато безпечнішими, ніж їхні звичайні аналоги.

Дослідники також схвильовані перспективою використання квантових комп’ютерів для моделювання складних хімічних реакцій, завдання, яке звичайні суперкомп’ютери роблять не дуже добре. У липні 2016 року інженери Google вперше використали квантовий пристрій для моделювання молекули водню, і з тих пір їм вдалося моделювати поведінку ще більш складних молекул. Зрештою, дослідники сподіваються, що вони зможуть використовувати квантове моделювання для розробки абсолютно нових молекул для використання в медицині. Але святий грааль для квантових хіміків – здатність моделювати процес Хабер-Бош – спосіб штучного виробництва аміаку, який все ще є відносно неефективним. Дослідники сподіваються, що якщо вони зможуть використовувати квантову механіку, щоб розібратися в тому, що відбувається всередині цієї реакції, вони можуть відкрити нові способи зробити процес набагато ефективнішим.

Джерело: www.wired.co.uk/

Подібні новини