Hvordan Quantum Computing kan forandre verden

Kvantefysikk har allerede påvirket livene våre betydelig. Oppfinnelsene av laseren og transistoren er faktisk en konsekvens av kvanteteorien - og siden begge disse komponentene er en grunnleggende byggestein for alle elektroniske enheter rundt i dag, det du er vitne til er i utgangspunktet, ”kvantemekanikk i handling".

Når det er sagt, er kvanteindustrien nå satt til å revolusjonere databehandlingen ettersom det gjøres store anstrengelser for å utnytte den virkelige kraften fra kvanteområdet. Quantum computing kan finne applikasjoner i forskjellige sektorer som sikkerhet, helsetjenester, energi og til og med underholdningsindustrien.

Kvantum vs. Klassiske datamaskiner

Kvanteteoriens historie går tilbake over et århundre. Imidlertid skyldes den nåværende kvantesummen nyere forskningsresultater som antyder usikkerhet, en iboende egenskap av kvantepartikler, kan tjene som et kraftig våpen for å realisere kvanten potensiell.

Som teorien sier, er det tilsynelatende umulig å kjenne hver eneste egenskap til individuelle kvantepartikler (dvs. elektroner eller fotoner). Tenk på et eksempel på en klassisk GPS, der den nøyaktig kan forutsi hastighet, plassering og retning for bevegelsen din for deg mens du kommer til ønsket destinasjon.

Imidlertid kan en kvante-GPS ikke presist bestemme alle ovennevnte egenskaper for en kvantepartikkel, ettersom lovene i kvantefysikk ikke tillater deg å gjøre det. Dette gir opphav til et sannsynlig språk i kvanteverdenen i stedet for det klassiske sikkerhetsspråket.

I dette tilfellet innebærer sannsynlighetsspråk å tildele sannsynligheter til forskjellige egenskaper for kvante partikler som hastighet, posisjon og bevegelsesretning som tilsynelatende er vanskelige å si med sikkerhet. Denne sannsynlige naturen til kvantepartikler gir mulighet for at alt og alt kan skje når som helst.

I lys av databehandling har binære 0 og 1 representert som qubits (kvantebiter) egenskapen til å være 1 eller 0 når som helst i tid.

Ovennevnte representasjon etterlater en bitter smak i munnen, siden 0 og 1 er i klassiske maskiner knyttet til brytere og kretser som slås av og på i forskjellige øyeblikk. Å ikke vite deres eksakte tilstand (dvs. på eller av) vil derfor ikke virke fornuftig i databehandling.

I reell forstand kan det forårsake beregningsfeil. Imidlertid er informasjonsbehandling i kvanteverden avhengig av begrepet kvanteusikkerhet - hvor "superposisjon" på 0 og 1 ikke er en feil, men en funksjon i stedet. Det muliggjør raskere databehandling og muliggjør raskere kommunikasjon.

Les mer: Hvordan fungerer optiske kvantedatamaskiner

På slutten av Quantum Computing

Konsekvensen av kvanteteoriens sannsynlige egenskap er at presis kopiering av kvanteinformasjon tilsynelatende er umulig. Fra sikkerhetssynpunkt er dette viktig da nettkriminelle som har til hensikt å kopiere kvantenøkler for å kryptere og sende meldinger til slutt mislykkes, selv om de får tilgang til kvantecomputere.

Det er viktig å fremheve her at en slik avansert kryptering (dvs. sofistikert metode for å konvertere hemmelige data eller nøkler til en kode som forhindrer uautorisert tilgang) er et resultat av fysikklover og ikke de matematisk skriptede algoritmene som brukes i dag. Matematiske krypteringer kan knekkes ved hjelp av kraftige datamaskiner, men sprengning av kvantekryptering krever omskriving av fysikkens grunnleggende lover.

Ettersom kvantekryptering skiller seg fra gjeldende krypteringsteknikker, skiller kvantemaskiner seg fra klassiske på et veldig grunnleggende nivå. Tenk på en analogi av en bil og en oksevogn. Her overholder en bil visse fysikklover som får deg til ønsket destinasjon på kort tid sammenlignet med motstykket. Den samme filosofien gjelder for en kvantecomputer og en klassisk datamaskin.

En kvantecomputer benytter kvantfysikkens sannsynlighet til å utføre beregninger og behandle data på en unik måte. Det kan utføre databehandlingsoppgaver i et mye raskere tempo og også ta et sprang inn i tradisjonelt umulige konsepter som kvanteteleportering. Denne formen for dataoverføring kan bane vei for fremtidens internett, dvs. kvanteinternett.

Hva kan en kvantecomputer brukes i dag?

Kvantumaskiner kan være nyttige for FoU-organisasjoner, offentlige myndigheter og akademikere institusjoner som de kunne hjelpe til med å løse komplekse problemer som nåværende datamaskiner synes er utfordrende for ta hånd om.

En viktig applikasjon kan være innen medisinutvikling, der den sømløst kan simulere og analysere kjemikalier og molekyler ettersom molekylene fungerer på de samme lovene i kvantefysikk som kvante datamaskiner. Videre kan effektiv kvantekjemi-simulering være mulig da de raskeste superdatamaskiner ikke klarer å oppnå målet i dag.

Kvantumaskiner kan også løse komplekse optimaliseringsproblemer og hjelpe til med rask søk ​​av usorterte data. Det er mange applikasjoner i denne forbindelse, alt fra sortering av tilsynelatende dynamiske klimatiske, helse- eller økonomiske data, til optimalisering av logistikk eller trafikkflyt.

Kvantumaskiner er også flinke til å gjenkjenne mønstre i data som for eksempel maskinlæringsproblemer. I tillegg kan kvantedatamaskiner spille en avgjørende rolle i utviklingen av modeller for å forutsi fremtiden, for eksempel i værvarsling.

Giring for Quantum Future

Ettersom løpet for en kvantefremtid er i sentrum, driver investorer og offentlige organer med milliarder av dollar i kvante FoU. Et globalt kommunikasjonsnettverk som benytter satellittbasert distribusjon av kvantenøkler er allerede implementert, og legger veien for videre utvikling.

Bedrifter som Google, Amazon, Microsoft, IBM og andre gjør store investeringer i utvikling av kvante databehandlingsressurser, dvs. maskinvare og programvare.

I følge Kosmos, bygde et team av forskere i Kina en kvantecomputer som fullførte en kompleks beregning i litt over 60 minutter som ville tatt minst 8 år eller mer for en klassisk datamaskin fullstendig.

Det er et høydepunkt i utviklingen av kvanteberegning som har skjedd de siste to årene. Det antas at det vitenskapelige samfunnet endelig har oppnådd den unnvikende "kvantefordelen" - der kvanteberegning er i en posisjon til å løse det mest sofistikerte problemet at klassisk databehandling bokstavelig talt kan ta upraktisk tid å forstå.

Kvantemilepælen ble først oppnådd av Google i 2019 der de brukte qubits som brukte strøm til å utføre beregninger. Senere i 2020 brukte kinesiske team fotoniske qubits for å øke hastigheten på prosessen. Nå i 2021 har et annet kinesisk team (ledet av Jian-Wei Pan ved University of Science and Technology i Kina i Shanghai) overgått Google igjen.

I et forskningspapir publisert på pre-utskriftsserveren ArXiv, det medvirkende forskerteamet avslørte sine funn for kvantefordel der de brukte superledende qubits på en kvanteprosessor kalt Zuchongzhi som består av 66 qubits. Teamet demonstrerte at Zuchongzhi var i stand til å manipulere 56 qubits for å håndtere et beregningsproblem som hadde som mål å teste kraften til datamaskinene.

Omfavne usikkerheten

Den raske utviklingen i quantum tech-verdenen de siste fem årene har vært ganske spennende. I følge The Quantum Daily, forventes kvanteindustrien å ha en verdi på flere milliarder dollar innen utgangen av 2030. Selv om det er forskjellige praktiske utfordringer å overvinne før en slik storskala utrulling, men fremtiden virker lys.

Heldigvis kaster kvanteteori lys på den lysere siden av "uforutsigbarhet". Som teorien går, kan to qubits låses med hverandre med en sannsynlighet for at hver qubit forblir ubestemt hver for seg, men er synkronisert med den andre når man ser på det som en enhet - antyder at begge er 0 eller 1.

Denne individuelle uforutsigbarheten og kombinert sikkerhet kalles "sammenfiltring" - et praktisk verktøy for de fleste kvanteberegningsalgoritmer i dag. Derfor, ved å håndtere usikkerhet forsiktig, kan organisasjoner komme i form for å omfavne kvantefremtiden.

Nanocomputing: Kan datamaskiner virkelig være mikroskopiske?

Datamaskiner blir mindre, men vil de noen gang være så små at de er usynlige for det blotte øye?

Les Neste

Om forfatteren

Utvid til Les hele historien