Квантово изчисляване: Истинският играч за игра

Образни кредити: синхронизиран преглед на среден

Квантовите изчисления се превръщат в една от най-обсъжданите за новите технологии, въпреки че все още не съществува напълно.
Технологиите значително напреднаха през последните години, нашите мобилни телефони станаха по-мощни от компютъра, използван от НАСА за пускане на човек на Луната и тя става по-добра с всеки изминал ден.

В най-близко бъдеще квантовите компютри биха променили драстично нашия свят.
Така че защо днес трябва да уча за това? Отговорът ми е прост, това ще бъде голям смяна на игри в света на изчислителната техника, както го познаваме, изследователската лаборатория на Microsoft прогнозира, че квантовите компютри ще започнат да заменят класическите ни компютри в следващите 10-15 години. Под класически компютри имам предвид електронни устройства като нашите лаптопи, телефони и т.н.

В тази статия бих се опитал да отговоря на 4 основни въпроса, зададени при появата на темата за квантовите изчисления.
1. Какво е квантов компютър?
2. Какви области биха повлияли квантовите компютри какво правим?
3. Съществуват ли квантови компютри днес?
4. Какви са наличните инструменти за квантовите изчисления днес?

Бих избегнал да използвам някои големи терминологии на физиката в тази статия и ще се опитам да обясня с прости думи, така че нека да стигнем до това.

Какво е квантов компютър?

Квантовите изчисления са изчисления, използвайки квантово-механични явления, като суперпозиция и заплитане. Wikipedia

Това определение също ме обърка, така че нека се опитам да го напиша собствените си думи.

За да определим квантов компютър, нека първо разберем какви са класическите компютри. На основното ниво всички квантови компютри използват транзистор, транзисторът може да бъде в едно от двете състояния; състоянието на включване или изключване, в компютърно отношение ще кажем 1 или 0, тази информация за състоянието е това, което наричаме малко (най-малката единица информация вътре в компютъра). За да функционира класическият компютър, ние трябва да комбинираме различни битове (съществуващи в състояние на включване или изключване) и транзистори заедно. Увеличението на броя битове в компютър означава увеличаване на информацията, която компютърът може да обработва. Много транзистори са събрани, за да образуват това, което наричаме компютърни чипове, които съставляват градивните елементи на класическите компютри, каквито го познаваме днес.

Квантовите компютри не използват бит, както видяхме по-горе, основната единица на квантовия компютър е известна като кубит, което е кратка форма за квантов бит. Следвайте ме внимателно сега, докато малко може да съществува само в състояние на включване или изключване, кубит може да съществува в едно от състоянията, а именно: включен, изключен или и двете включени и изключени. По същество един кубит може да представлява и обработва повече от едно състояние едновременно, това го прави по-бърз и по-ефективен.

Аналогията на лабиринта кредитира Чък Бейтс

Нека помислим за преминаването на лабиринт, използвайки концепцията за квантов и класически компютър.

Когато решава пъзела с лабиринт с помощта на класически компютър, компютърът се рестартира, за да обработва информацията отново, когато попадна в задънена улица, това е така, защото битът може да съществува само в едно състояние в даден момент. Изображението по-долу показва как класически компютър би решил пъзела на лабиринта.

Как класически компютър би решил лабиринт пъзел

От друга страна, квантовият компютър би решил лабиринта, следвайки всички възможни пътища едновременно, това е така, защото кубитът може да съществува едновременно в състояние на включване и изключване.

Как квантовият компютър би решил пъзел с лабиринт

Кубитът мащабира доста добре, процесорната мощност на 64 бита при класическата ще изисква само 4 кубита от квантовата страна, тя се мащабира толкова високо, че 300 кубита биха дали около 2 X 10⁹⁰ бита.

Какви области биха повлияли квантовите компютри какво правим?

Квантовите компютри биха повлияли на много от това, което знаем в света на компютърните технологии днес, бих посочила само няколко. Обхватът на тази статия наистина няма да навлиза в дълбочина как ще се случи това.

Машинно обучение: Квантовото машинно обучение (QML) би внедрило по-сложни алгоритми като класификация на данни, разпознаване на модели, сортиране, разпознаване и др. Работата на детективски организации като ФБР, ЦРУ би била много по-лесна, тъй като квантовите компютри биха дали огромна изчислителна мощ за да получите необходимата информация, това е само един случай на използване.

Сигурност и криптография: Публичният и частният ключ са свързани математически, че публичният ключ може да бъде произведен лесно с помощта на частен ключ, но обратното става толкова трудно, че се оказа, че е функция за защита. Това позволява шифрована комуникация по интернет, предвижда се, че квантовият компютър ще може да обърне това действие, така че с публичен ключ да може да се получи частен ключ, тъй като може да сканира комбинации много по-бързо.
Преди да се втурнете да затворите всичките си онлайн акаунти, имайте предвид, че предстоят изследвания, за да се коригира това основно предложено нарушение, то е известно като пост квантова криптография. Това ще помогне за сигурността на нашите приложения в бъдеще.

Фондови пазари / Форекс търговия: Предвиждам първият набор от хора, използващи квантови компютри на фондовата борса да правят много пари, това е така, защото те ще имат достъп до по-точна информация с малко място за грешки с мощността, която идва с квантовата компютри.

Блок верига: Някои казват, че квантовите компютри биха били край на блокчейн технологията. Честно казано мисля, че има възможност това да се случи, може би няма да мога да говоря много за това тук. Shaan Ray се опитва да отговори на тези въпроси в своя среден пост тук, може би искате да разгледате тази невероятна публикация в hackernoon.

Изкуствен интелект: Ако смятате, че AI е мощен с класически изчислителен мозък, просто си представете неговите възможности с квантов мозък.

Списъкът е безкраен, бихме могли да продължим и как ще се отрази това, медицината, науката и изследванията, финансовия пазар, разработката на софтуер, облачните изчисления и т.н.

Квантовите компютри съществуват ли днес?

Да, така е, но те не са напълно оптимизирани за лична употреба, има някои компании, които ги използват днес предимно за изследователски цели. Стартиране като Rigetti използва квантови изчисления, за да захранва облачните си услуги.
Големи имена като Google, IBM и Microsoft не остават без внимание, всъщност Google притежава 72-кубитна квантова машина (най-голямата в света към момента на написването на този текст.
Но трябва да кажа, че по-голямата част от работата, извършена с квантовите компютри, е в неговата изследователска фаза и тези компании влагат средства, за да направят това в индустриален мащаб, светът чака да види кой направи първия голям пробив с тази технология.

Какви са наличните инструменти за Quantum Computing днес?

Има различни инструменти, които може да използвате, за да започнете с квантовите изчисления днес. Regetti има онлайн общност от физици и разработчици, които си сътрудничат за разработване на квантови програми и приложения, слабият канал е невероятно място и там съм срещал наистина светли умове. Вижте подробности за общността Regetti тук.

Един от най-интересните инструменти, налични днес е комплектът за разработка на софтуер за Microsoft Quantum, който е свободно достъпен и има три компонента; Q # език за програмиране, квантов симулатор и уроци, примери и каталози.
Q # е специално създаден за квантови изчисления и се управлява от Microsoft, работи добре на визуално студио.
Квантовият симулатор може да работи на вашата локална машина или на облак Azure, той позволява на разработчиците да тестват, стартират и отстраняват грешки от квантовите алгоритми, може да се изтегли тук.

Ръководствата и примерите на Microsoft са отворен код на GitHub тук.

Надявам се, че сте намерили тази статия проницателна, благодаря за четенето.