A kvantumszámítástechnika a kvantummechanika segítségével hatalmas mennyiségű információt dolgoz fel hihetetlenül nagy sebességgel. Néhány perctől több óráig tart, amíg egy kvantumszámítógép megold egy olyan problémát, amelyet egy asztali számítógépnek évekig vagy évtizedekig tartana megoldani.
A kvantumszámítógép a szuperszámítógépek új generációjának alapja. Ezek a kvantumszámítógépek várhatóan felülmúlják a meglévő technológiát olyan területeken, mint a modellezés, logisztika, trendelemzés, kriptográfia és mesterséges intelligencia.
A kvantumszámítás magyarázata
A kvantumszámítás ötletét először az 1980-as évek elején Richard Feynman és Yuri Manin képzelte el. Feynman és Manin úgy gondolta, hogy a kvantumszámítógép olyan módon képes szimulálni az adatokat, ahogyan az asztali számítógépek nem. A kutatók csak az 1990-es évek végén építették meg az első kvantumszámítógépeket.
A kvantumszámítástechnika kvantummechanikát, például szuperpozíciót és összefonódást használ a számítások elvégzéséhez. A kvantummechanika a fizika egyik ága, amely rendkívül kicsi, elszigetelt vagy hideg dolgokat vizsgál.
A kvantumszámítás elsődleges feldolgozóegysége a kvantumbitek vagy qubitek. A qubiteket a kvantumszámítógépben az egyes atomok, szubatomi részecskék vagy szupravezető elektromos áramkörök kvantummechanikai tulajdonságainak felhasználásával hozzák létre.
A qubitek hasonlóak az asztali számítógépek által használt bitekhez, mivel a qubitek 1-es vagy 0-s kvantumállapotban lehetnek. A qubitek abban különböznek egymástól, hogy az 1 és 0 állapotok szuperpozíciójában is lehetnek, ami azt jelenti, hogy a qubitek egyszerre jelenthetik az 1-et és a 0-t is.
Amikor a qubitek szuperpozícióban vannak, két kvantumállapot összeadódik, és egy másik kvantumállapotot eredményez. A szuperpozíció azt jelenti, hogy egyszerre több számítást dolgoznak fel. Tehát két qubit négy számot jelenthet egyszerre. A normál számítógépek a két lehetséges állapot közül csak az egyikben dolgozzák fel a biteket, az 1-es vagy a 0-s, és a számításokat egyenként dolgozzák fel.
A kvantumszámítógépek összefonódást is használnak a qubitek feldolgozására. Amikor egy qubit összefonódik, annak a qubitnek az állapota egy másik qubit állapotától függ, így az egyik qubit felfedi a nem megfigyelt párjának állapotát.
A kvantumprocesszor a számítógép magja
A qubitek létrehozása nehéz feladat. Fagyott környezet kell ahhoz, hogy egy qubitet bármennyi ideig fenntartsunk. A qubit létrehozásához szükséges szupravezető anyagokat abszolút nullára kell hűteni (kb. mínusz 272 Celsius). A qubiteket védeni kell a háttérzajtól is, hogy csökkentsük a számítási hibákat.
A kvantumszámítógép belseje úgy néz ki, mint egy díszes aranycsillár. És igen, valódi arannyal készült. Ez egy hígítóhűtő, amely lehűti a kvantumchipeket, így a számítógép az információ elvesztése nélkül tud szuperpozíciókat létrehozni és qubiteket összekuszálni.
A kvantumszámítógép ezeket a qubiteket bármilyen anyagból készíti, amely szabályozható kvantummechanikai tulajdonságokat mutat. A kvantumszámítási projektek különböző módokon hoznak létre qubiteket, például szupravezető huzal hurkolását, elektronok forgatását, valamint ionok vagy fotonimpulzusok befogását. Ezek a qubitek csak a hígítóhűtőben létrehozott fagypont alatti hőmérsékleten léteznek.
A kvantumszámítási programozási nyelv
A kvantum algoritmusok elemzik az adatokat, és szimulációkat kínálnak az adatok alapján. Ezek az algoritmusok kvantumközpontú programozási nyelven vannak megírva. Számos kvantumnyelvet fejlesztettek ki kutatók és technológiai cégek.
Íme néhány a kvantumszámítási programozási nyelvek közül:
- QISKit: Az IBM Quantum Information Software Kit egy full-stack könyvtár kvantumprogramok írásához, szimulálásához és futtatásához.
- Q: A Microsoft Quantum Development Kitben található programozási nyelv. A fejlesztőkészlet kvantumszimulátort és algoritmuskönyvtárakat tartalmaz.
- Cirq: A Google által kifejlesztett kvantumnyelv, amely Python könyvtárat használ az áramkörök írásához, és ezeknek az áramköröknek a futtatásához kvantumszámítógépekben és szimulátorokban.
- Forest: A Rigetti Computing által létrehozott fejlesztői környezet, amely kvantumprogramokat ír és futtat.
Felhasználás a kvantumszámításhoz
Az elmúlt néhány évben elérhetővé váltak a valódi kvantumszámítógépek, és csak néhány nagy technológiai vállalat rendelkezik kvantumszámítógéppel. E technológiai cégek közé tartozik a Google, az IBM, az Intel és a Microsoft. Ezek a technológiai vezetők gyártókkal, pénzügyi szolgáltató cégekkel és biotechnológiai cégekkel dolgoznak együtt számos probléma megoldásán.
A kvantumszámítógépes szolgáltatások elérhetősége és a számítási teljesítmény fejlődése új eszközöket ad a kutatóknak és tudósoknak, hogy megoldást találjanak olyan problémákra, amelyeket korábban lehetetlen volt megoldani. A kvantumszámítás csökkentette a hihetetlen mennyiségű adat elemzéséhez, az adatokkal kapcsolatos szimulációk létrehozásához, megoldások kidolgozásához és a problémákat megoldó új technológiák létrehozásához szükséges időt és erőforrásokat.
Az üzlet és az ipar a kvantumszámítástechnikát használja az üzleti tevékenység új módjainak felfedezésére. Íme néhány a kvantumszámítási projektek közül, amelyek az üzleti élet és a társadalom javára válhatnak:
- A repülőgépipar kvantumszámítástechnikát használ a légi forgalom kezelésének jobb módjainak vizsgálatára.
- A pénzügyi és befektetési cégek azt remélik, hogy kvantumszámítógépet használhatnak a pénzügyi befektetések kockázatának és megtérülésének elemzésére, a portfólióstratégiák optimalizálására és a pénzügyi átállások rendezésére.
- A gyártók a kvantumszámítástechnikát alkalmazzák ellátási láncaik fejlesztése, gyártási folyamataik hatékonyságának növelése és új termékek fejlesztése érdekében.
- A biotechnológiai cégek olyan módszereket keresnek, amelyekkel felgyorsíthatják az új gyógyszerek felfedezését.
Keressen kvantumszámítógépet, és kísérletezzen a kvantumszámítógéppel
Egyes informatikusok módszereket fejlesztenek ki a kvantumszámítás asztali számítógépeken történő szimulálására.
A világ legnagyobb technológiai vállalatai közül sok kínál kvantumszolgáltatásokat. Asztali számítógépekkel és rendszerekkel párosítva ezek a kvantumszolgáltatások olyan környezetet teremtenek, ahol az asztali számítógépekkel végzett kvantumfeldolgozás összetett problémákat old meg.
- Az IBM Q környezetet kínál számos valódi kvantumszámítógéphez és szimulációhoz, amelyeket a felhőn keresztül használhat.
- Az Alibaba Cloud egy kvantumszámítógép-felhőplatformot kínál, ahol egyedileg épített kvantumkódokat futtathat és tesztelhet.
- A Microsoft egy kvantumfejlesztő készletet kínál, amely tartalmazza a Q programozási nyelvet, a kvantumszimulátorokat és a használatra kész kód fejlesztői könyvtárait.
- A Rigetti rendelkezik egy kvantum-első felhőplatformmal, amely jelenleg bétaverzióban van. Platformjuk előre konfigurálva van a Forest SDK-val.
A kvantumszámítástechnikai hírek a jövőben
Az álom az, hogy a kvantumszámítógépek olyan problémákat oldanak meg, amelyek jelenleg túl nagyok és túl bonyolultak ahhoz, hogy szabványos hardverrel megoldják – különösen a környezeti modellezés és a betegségek elleni küzdelem terén.
Az asztali számítógépeken nincs elegendő hely ezeknek az összetett számításoknak és ennek a hihetetlen mennyiségű adatelemzésnek a végrehajtására. A kvantumszámítás veszi fel a legnagyobb nagy adatgyűjtést, és ezeket az információkat az asztali számítógépekhez szükséges idő töredéke alatt dolgozza fel. Az olyan adatok feldolgozása és elemzése, amelyek feldolgozása és elemzése asztali számítógépen több évbe telne, egy kvantumszámítógépnek mindössze néhány napot vesz igénybe.
A kvantumszámítás még gyerekcipőben jár, de képes fénysebességgel megoldani a világ legbonyolultabb problémáit. Azt, hogy a kvantumszámítástechnika meddig fog növekedni, és a kvantumszámítógépek elérhetőségét, bárki találgathatja.
