Tänapäeval on standardarvutid kahtlemata arenenud võrreldes sellega, mida saime koguda paarkümmend aastat tagasi. Arvestades aga seda, kui kiired ja mitmekesised arvutid praegu on, on raske ette kujutada midagi, mis võiks olla veelgi parem. Sisestage kvantarvutus. Selle teadusvaldkonna eesmärk on kasutada universumi seadusi uskumatute eesmärkide saavutamiseks.

Niisiis, mis täpselt on kvantandmetöötlus ja kuidas see meie maailma tulevikus mõjutab?

Mis on kvantarvuti?

Pildi krediit: IBM Research/Flickr

Kuigi kvantarvutite dünaamikat uuritakse tänapäevalgi, tekkis see algselt 1980. aastatel füüsik Paul Benioffi poolt. Sel ajal pakkus Benioff välja Turingi masina kvantarvutusmudeli. Pärast seda aitasid järgmised isikud, sealhulgas Isaac Chuang ja Neil Gershenfeld, arendada kvantarvutite teooriat ja rakendust.

Kvantarvutite määratlus erineb pisut olenevalt teie külastatavast saidist. Selle kõige elementaarsem vorm on omamoodi andmetöötlus, mis tugineb kvantmehaanikale. Kui kunagi olid kvantarvutid vaid teooria paberil, siis nüüd ärkavad nad ellu.

instagram viewer

Niisiis, milliste kvantarvutitega me täna tegeleme?

Kvantarvuti on veel väga arenemisjärgus. See on uskumatult keeruline valdkond, mis on andnud teed paljudele prototüüpmudelitele, nagu Google'i kvantarvuti Sycamore. 2019. aastal teatas Google, et Sycamore võttis minuteid, et lahendada arvutus, mille jaoks kulub superarvutil 10 000 aastat. Aga mis on kvantarvutite puhul teistmoodi? Kuidas nad suudavad nii suuri tegusid teha?

Kvantarvutite põhitõed

Tüüpiline arvuti kasutab toimimiseks ühikuid, mida nimetatakse bittideks. Bitil võib ja saab olema ainult üks kahest väärtusest: null või üks. Neid bitte kasutatakse kahendkoodi kirjutamiseks, mis on arvutusmaailma absoluutne põhielement.

Teisest küljest on midagi, mida tuntakse kvantbitina (qubit), kvantarvutite kõige põhilisem ühik. Just neid ühikuid vajavad kvantarvutid andmete salvestamiseks ja funktsioonide täitmiseks. Kubit võib kanda teavet kvantolekus ja seda saab genereerida mitmel viisil, näiteks elektroni spinni kaudu.

Kubitid võivad olla ka mis tahes kujul, näiteks footon või lõksus ioon. Need on lõpmatult väikesed osakesed, mis moodustavad meie universumi aluse.

Qubitidel on palju potentsiaali. Praegu kasutatakse neid kvantarvutites mitmemõõtmeliste kvantalgoritmide lahendamiseks ja kvantmudelite käitamiseks. Kubitite puhul on üsna uskumatu see, et need võivad eksisteerida korraga mitmes olekus. See tähendab, et need võivad samaaegselt olla null, üks või midagi vahepealset.

Selle omaduse tõttu saavad kubitid kaaluda mitut võimalust korraga, mis annab kvantarvutitele võimaluse teha arvutusi enne, kui objekti olek muutub mõõdetavaks. See võimaldab kvantarvutitel lahendada keerulisi probleeme palju kiiremini kui tavalised arvutid.

Kvantarvutite plussid

Kvantarvutite suurim eelis on kiirus, millega nad saavad arvutusi teha. Selline tehnoloogia võib pakkuda arvutuskiirust, mida traditsioonilised arvutid kunagi saavutada ei suuda. Kvantarvutid on ka palju võimekamad lahendama keerukamaid probleeme kui tavalised arvutid ja suudavad käivitada väga keerulisi simulatsioone.

Seda kvantarvutite arenenud võimet nimetatakse mõnikord "kvantülemus”, kuna nende potentsiaal on palju suurem kui arvutitel või isegi täiustatud superarvutid, võib saavutada järgmise paari aasta või aastakümne jooksul. Kuid kvantarvutid pole sugugi täiuslikud. Nendel masinatel on mõned varjuküljed, mis võivad mõjutada nende edasist edu.

Kvantarvutite miinused

Kuna kvantarvutid on alles prototüübi staadiumis, tuleb veel lahendada palju probleeme.

Esiteks vajavad kvantarvutid toimimiseks äärmuslikke keskkondi. Tegelikult peavad need masinad eksisteerima temperatuuril umbes 450 kraadi Fahrenheiti. Seetõttu on enamikul ettevõtetel ja avalikkusel raske juurdepääsu kvantarvutitele. Lisaks on kvantarvutid võrreldes tänapäevaste standardmudelitega väga suured, sarnaselt esimese arvuti suurusele. Kuigi see tõenäoliselt tulevikus muutub, aitab see kaasa selle tehnoloogia kättesaamatuks muutumisele tavaliste inimeste jaoks arenduse varases faasis.

Kvantarvutid tegelevad endiselt ka liiga kõrge veamääraga. Edukaks integreerimiseks erinevatesse tööstusharudesse peame olema kindlad, et need masinad tagavad suure edukuse, et neid saaks usaldada.

Nüüd, kui me mõistame kvantarvutite põhitõdesid ning selle plusse ja miinuseid, uurime, kuidas seda tehnoloogiat erinevates tööstusharudes rakendada.

Kvantarvutite kasutusalad

Kuna kvantandmetöötlus on veel mõnevõrra varajases arengustaadiumis, on palju ideid selle kohta, mida see kunagi teha võiks. Kvantarvutite kohta on palju väärarusaamu, mis on suuresti tingitud arusaamatustest tehnoloogia kohta. Mõned inimesed teevad ettepaneku kasutada kvantarvuteid paralleeluniversumitesse sisenemiseks või isegi ajas rändamise simuleerimiseks.

Kuigi neid võimalusi ei saa täpselt välistada, peame keskenduma kvantarvutite realistlikumatele rakendustele, mida võidakse järgmise paarikümne aasta jooksul saavutada. Niisiis, tutvume kvantarvutite rakendustega.

1. Tehisintellekt ja masinõpe

Tehisintellekt ja masinõpe on kaks teist tehnoloogiat, mis tunduvad peaaegu futuristlikud, kuid muutuvad aastate möödudes üha arenenumaks. Nende tehnoloogiate arenedes peame võib-olla standardarvutitelt edasi minema. Siin võiksid sekkuda kvantarvutid, millel on tohutu potentsiaal funktsioonide töötlemiseks ja arvutuste kiireks lahendamiseks.

2. Küberturvalisus

Kuna küberkurjategijad muutuvad keerukamaks, suureneb meie vajadus kõrgetasemelise küberturvalisuse järele. Täna küberkuritegevus on murettekitavalt levinud, kus iga kuu sihitakse tuhandeid inimesi.

Kvantarvutit kasutades saame ehk ühel päeval hõlpsamini välja töötada kõrgetasemelisi küberturvaprotokolle, mis suudavad võidelda ka kõige keerukamate rünnakutega.

Kvantarvutitel on ka potentsiaali aidata krüptograafias, eriti valdkonnas, mida nimetatakse kvantkrüptograafia. See uurib kvantmehaanika võimendamist täitma krüptograafilisi funktsioone.

3. Ravimiarendus

Kvantarvutite võime ennustada olukordade tulemusi võib muuta need ravimite väljatöötamisel tõhusaks. Kvantarvuti võib ühel päeval aidata ennustada, kuidas teatud molekulid teatud stsenaariumides toimivad. Näiteks võib kvantarvuti ennustada, kuidas ravim inimese kehas käitub.

See kõrgendatud teadusuuringute tase võib muuta ravimite väljatöötamise katse-eksituse perioodi palju lihtsamaks.

Kvantarvutit ümbritsevad mured

Kui areneb uut tüüpi tehnoloogia, on loomulik, et inimesed tunnevad end veidi kartlikult. Niisiis, kas kvantarvutus peaks meile muret valmistama?

Küberturvalisusest on palju räägitud kvantarvutitest tulenevad riskid. Kuigi kvantarvutid võivad aidata saavutada kõrgemat digitaalse turvalisuse taset, võivad asjad minna teisiti. Kuigi see oht on praegu hüpoteetiline, on võimalus, et see võib areneda probleem lähiaastatel, eriti kui kvantarvutid muutuvad laiemale kättesaadavaks elanikkonnast. Mõned ettevõtted juba pakuvad "kvantkindel VPN"teenuste ootuses.

Kuna kvantarvutid suudavad lahendada väga keerulisi probleeme, on nende potentsiaal tõhusamaks paroolimurdmiseks ja andmete dekrüpteerimine suureneb. Kui isegi superarvutid näevad vaeva suurte dekrüpteerimisvõtmete leidmisega, siis kvantarvutitel võib ühel päeval olla võimalus tundlikke andmeid kergesti dekrüpteerida, mis oleks pahatahtlikele tegutsejatele väga hea uudis.

Kvantarvuti lükkab meid tulevikku

Kvantarvutite pakutavad võimalused pole midagi muud kui uskumatud ja on ühel päeval saavutatavad. Kuigi kvantarvuti on alles algusjärgus, võivad jätkuvad edusammud selles valdkonnas viia meid tohutute tehnoloogiliste saavutusteni. Seda näitab ainult aeg!