Квантовые вычисления в 2023 году: как они изменят обработку данных? Квантовые вычисления, область, в которой за последние годы произошли значительные успехи, готовы произвести революцию в способах обработки данных.
В основе этой технологии лежат квантовые биты, или кубиты, которые могут принимать значение единицы и нуля одновременно благодаря квантовому явлению, известному как суперпозиция. Эта уникальная характеристика позволяет квантовым компьютерам обрабатывать информацию способами, недоступными классическим компьютерам, открывая новые возможности для приложений, особенно при моделировании естественного мира.
Что такое квантовые вычисления?
Квантовые вычисления — это тип вычислений, который использует принципы квантовой механики для выполнения вычислений. В отличие от классических вычислений, которые используют биты для представления 0 или 1, квантовые вычисления используют квантовые биты или кубиты. Кубит может существовать в суперпозиции состояний, что позволяет ему представлять как 0, так и 1 одновременно.
Ключевыми принципами, которые делают эту новую технологию уникальной, являются суперпозиция, запутанность и квантовые вентили. Суперпозиция обеспечивает параллелизм на уровне кубитов, что означает, что квантовый компьютер может исследовать несколько решений одновременно. Запутанность позволяет коррелировать друг с другом запутанным кубитам; изменение состояния одного мгновенно влияет на состояние другого, независимо от расстояния, разделяющего их. Квантовые вентили преобразуют входные данные кубитов в другие выходные данные кубитов, изменяя вероятности состояний кубитов.
Благодаря этим свойствам квантовые компьютеры обладают потенциалом решать определенные задачи гораздо быстрее, чем классические компьютеры. Например, они могли бы преуспеть в задачах оптимизации, разложении на множители и моделировании квантовых систем. Однако создание практичного, масштабируемого квантового компьютера является серьезной инженерной задачей из-за таких проблем, как стабильность кубитов (декогеренция) и частота ошибок.
Инвестиции
IBM, Google, Microsoft и Amazon входят в число ведущих компаний, вкладывающих значительные средства в квантовые вычисления. IBM была на переднем крае со своей IBM Q Network, сообществом компаний из списка Fortune 500, академических институтов и исследовательских лабораторий, работающих в области квантовых вычислений.
Google, с другой стороны, заявила о “квантовом превосходстве” в 2019 году, когда ее квантовый компьютер за 200 секунд решил задачу, на решение которой суперкомпьютеру потребовалось бы 10 000 лет. Microsoft разрабатывает топологический кубит, который мог бы сделать квантовые компьютеры более стабильными и простыми в управлении. Amazon, тем временем, предлагает квантовые вычисления в качестве сервиса через свою облачную платформу AWS.
В прошлом интерес к квантовым компьютерам был в основном ограничен экспериментальными лабораториями. Однако ландшафт кардинально изменился. Технологические гиганты, такие как IBM и Google, были на переднем крае разработки экспериментальных квантовых компьютеров. IBM, например, анонсировала 433-кубитный процессор Osprey в ноябре 2022 года. D-Wave Systems, еще один пионер в этой области, может похвастаться квантовым компьютером с более чем 5000 кубитами.
Доступность через облачный доступ
Но эта новая мощная технология предназначена не только для технологических гигантов. Облачный доступ к квантовой компьютерной обработке данных теперь доступен у таких крупных поставщиков, как Microsoft Azure и Amazon Web Services, которые сотрудничают с пионерами квантового оборудования. Это демократизировало доступ к новейшим технологиям, позволив более широкому кругу исследователей и разработчиков экспериментировать с этой передовой технологией.
Несмотря на эти достижения, квантовые компьютеры не предназначены для замены классических компьютеров. Вместо этого они предлагают новый способ запуска приложений, особенно тех, которые имитируют мир природы. Это связано с тем, что квантовые компьютеры могут обрабатывать огромные объемы данных одновременно, что делает их идеальными для задач, требующих сложных вычислений.
Квантовые вычисления в 2023 году
Однако квантовые вычисления не лишены своих проблем. Кубиты очень чувствительны к шуму окружающей среды или несовершенствам компонентов, что может привести к ошибкам в результатах. Чтобы преодолеть это, пионеры квантовой физики работают над усовершенствованием существующих кубитных технологий, улучшением квантовой коррекции ошибок и разработкой новых кубитных технологий. IBM и Google, например, сообщили о прогрессе в области квантовой коррекции ошибок и манипулирования шумом.
Сверхпроводящие кубиты
Для создания квантовых состояний материи для вычислений используются различные методы. К ним относятся сверхпроводящие кубиты, захваченные железные кубиты, фотонные кубиты и кремниевые спиновые кубиты. Intel даже выпустила новый 12-кубитный квантовый исследовательский кремниевый чип под названием Tunnel Falls, который доступен для исследований университетам и федеральным лабораториям. Другие разрабатываемые технологии включают кубиты с нейтральными атомами и топологические кубиты, основанные на нулевых режимах Майораны.
Microsoft, со своей стороны, сосредоточена на разработке топологических кубитов и опубликовала экспериментальные данные и моделирование своих топологических квантовых устройств. Azure Quantum от Microsoft также поддерживает более широкую экосистему квантовых вычислений, предоставляя онлайн-ресурсы для изучения квантовых компьютеров и программирования.
Приложения
Интерес к потенциальным приложениям крупномасштабных отказоустойчивых квантовых компьютеров растет. Такие организации, как DARPA и правительство Австралии, предоставляют финансирование для дальнейшего изучения этих возможностей. Прогнозируется, что крупномасштабный отказоустойчивый квантовый компьютер будет создан в ближайшие 10 лет. Такой компьютер можно было бы использовать для таких задач, как молекулярное моделирование, чтобы улучшить наше понимание химии и материаловедения.
В быстро развивающейся области, где достигаются значительные успехи как в аппаратном, так и в программном обеспечении. Несмотря на сохраняющиеся проблемы, потенциал этой технологии для революционизирования вычислительной техники неоспорим. По мере продвижения вперед мы можем ожидать, что эта мощная технология станет все более важной частью нашего цифрового ландшафта. Чтобы узнать больше о прогрессе квантовых вычислений и о том, как IBM продвигает технологию вперед, перейдите на официальный сайт.
