V današnjem času so standardni računalniki nedvomno naprednejši v primerjavi s tistimi, ki smo jih lahko imeli pred nekaj desetletji. Kljub temu, kako hitri in raznoliki so zdaj računalniki, si je težko predstavljati kaj, kar bi lahko bilo še boljše. Vnesite kvantno računalništvo. Cilj tega področja znanosti je uporaba zakonov vesolja za doseganje neverjetnih ciljev.
Torej, kaj točno je kvantno računalništvo in kako bo vplivalo na naš svet v prihodnosti?
Kaj je kvantno računalništvo?
Čeprav se dinamika kvantnega računalništva preučuje še danes, se je prvotno pojavil v osemdesetih letih prejšnjega stoletja s strani fizika Paula Benioffa. Takrat je Benioff predlagal kvantni računalniški model Turingovega stroja. Po tem so naslednji posamezniki pomagali razviti teorijo in uporabo kvantnega računalništva, vključno z Isaacom Chuangom in Neilom Gershenfeldom.
Opredelitev kvantnega računalništva se nekoliko razlikuje glede na spletno mesto, ki ga obiščete. Njegova najosnovnejša oblika je neke vrste računalništvo, ki se za svoje delovanje opira na kvantno mehaniko. Medtem ko so bili kvantni računalniki nekoč le teorija na papirju, zdaj oživljajo.
Torej, s kakšnimi kvantnimi računalniki imamo danes opravka?
Kvantno računalništvo je še zelo v razvoju. To je neverjetno zapleteno področje, ki se je umaknilo številnim prototipnim modelom, kot je Googlov kvantni računalnik Sycamore. Leta 2019 je Google objavil, da je Sycamore potreboval nekaj minut, da je rešil izračun, za katerega bi superračunalnik potreboval 10.000 let. Toda kaj je drugače pri kvantnih računalnikih? Kako lahko izvajajo tako velike podvige?
Osnove kvantnega računalništva
Tipičen računalnik za delovanje uporablja enote, znane kot biti. Bit lahko in bo imel samo eno od dveh vrednosti: nič ali ena. Ti biti se uporabljajo za pisanje binarne kode, ki je absolutna stalnica v računalniškem svetu.
Po drugi strani pa je nekaj, kar je znano kot kvantni bit (qubit), najosnovnejša enota kvantnih računalnikov. Prav te enote potrebujejo kvantni računalniki za shranjevanje podatkov in izvajanje funkcij. Kubit lahko prenaša informacije v kvantnem stanju in se lahko ustvari na več načinov, na primer z vrtenjem elektrona.
Kubiti imajo lahko tudi poljubno število oblik, kot je foton ali ujeti ion. To so neskončno majhni delci, ki tvorijo osnovo našega vesolja.
Qubiti imajo veliko potenciala. Trenutno se uporabljajo v kvantnih računalnikih za reševanje večdimenzionalnih kvantnih algoritmov in izvajanje kvantnih modelov. Pri kubitih je neverjetno, da lahko obstajajo v več stanjih hkrati. To pomeni, da so lahko hkrati nič, ena ali karkoli vmes.
Zaradi te lastnosti lahko kubiti upoštevajo več možnosti hkrati, kar daje kvantnim računalnikom možnost izvajanja izračunov, preden postane stanje objekta merljivo. To kvantnim računalnikom omogoča veliko hitrejše reševanje kompleksnih problemov kot navadni računalniki.
Prednosti kvantnih računalnikov
Največja prednost kvantnih računalnikov je hitrost, s katero lahko izvajajo izračune. Takšna tehnologija lahko zagotovi računalniške hitrosti, ki jih tradicionalni računalniki nikoli ne bodo mogli doseči. Kvantni računalniki so tudi veliko bolj sposobni reševati bolj zapletene probleme kot običajni računalniki in lahko izvajajo zelo zapletene simulacije.
Ta napredna sposobnost, ki jo hranijo kvantni računalniki, se včasih imenuje "kvantna superiornost,« saj imajo potencial daleč od računalnikov ali celo naprednih superračunalnikov, bi lahko dosegli v naslednjih nekaj letih ali desetletjih. Toda kvantni računalniki nikakor niso popolni. Ti stroji imajo nekaj slabosti, ki lahko vplivajo na njihov prihodnji uspeh.
Slabe strani kvantnih računalnikov
Ker so kvantni računalniki še vedno v fazi prototipa, je treba premagati še veliko težav.
Prvič, kvantni računalniki potrebujejo ekstremna okolja za delovanje. Pravzaprav morajo ti stroji obstajati pri temperaturah okoli 450 stopinj Fahrenheita. Zaradi tega večina podjetij in javnost težko dostopa do kvantnih računalnikov. Poleg tega so kvantni računalniki v primerjavi z današnjimi standardnimi modeli zelo veliki, podobno kot je bil velik prvi računalnik. Čeprav se bo to v prihodnosti verjetno spremenilo, bo prispevalo k nedostopnosti te tehnologije za običajne ljudi v zgodnjih fazah razvoja.
Kvantni računalniki se prav tako še vedno ukvarjajo s previsokimi stopnjami napak. Za uspešno integracijo v različne industrije moramo biti prepričani, da ti stroji zagotavljajo visoko stopnjo uspešnosti, da se je nanje mogoče zanesti.
Zdaj, ko razumemo osnove kvantnega računalništva ter njegove prednosti in slabosti, poglejmo, kako je mogoče to tehnologijo uporabiti v različnih panogah.
Uporaba kvantnega računalništva
Ker je kvantno računalništvo še nekoliko v zgodnjih razvojnih fazah, se pojavljajo številne zamisli o tem, kaj bi nekoč lahko naredilo. Obstaja veliko napačnih predstav o kvantnih računalnikih, ki so večinoma posledica nesporazumov o tehnologiji. Nekateri ljudje predlagajo, da bi kvantne računalnike uporabili za vstop v vzporedna vesolja ali celo za simulacijo potovanja skozi čas.
Čeprav teh možnosti ni mogoče natančno izključiti, se moramo osredotočiti na bolj realistične aplikacije kvantnega računalništva, ki jih lahko dosežemo v naslednjih nekaj desetletjih. Pa pojdimo k aplikacijam kvantnega računalništva.
1. Umetna inteligenca in strojno učenje
Umetna inteligenca in strojno učenje sta dve drugi tehnologiji, ki se zdita skoraj futuristični, a z leti postajata vse naprednejši. Z razvojem teh tehnologij se bomo morda morali premakniti s standardnih računalnikov. Tu bi lahko nastopili kvantni računalniki s svojim ogromnim potencialom za hitro obdelavo funkcij in reševanje izračunov.
2. Spletna varnost
Ker kibernetski kriminalci postajajo vse bolj izpopolnjeni, se povečuje naša potreba po visoki ravni kibernetske varnosti. danes, kibernetski kriminal je zaskrbljujoče pogost, pri čemer je mesečno ciljnih na tisoče ljudi.
Z uporabo kvantnega računalništva bomo morda nekega dne lahko lažje razvili visokokakovostne protokole kibernetske varnosti, ki se bodo lahko spopadli tudi z najbolj sofisticiranimi napadi.
Kvantno računalništvo ima tudi možnost, da pomaga pri kriptografiji, zlasti na področju, znanem kot kvantna kriptografija. To raziskuje dejanje izkoriščanja kvantne mehanike za izvajajo kriptografske funkcije.
3. Razvoj zdravil
Sposobnost kvantnih računalnikov, da predvidijo izid situacij, jih lahko naredi učinkovite pri razvoju zdravil. Kvantni računalnik bo morda nekega dne pomagal napovedati, kako določene molekule delujejo v določenih scenarijih. Na primer, kvantni računalnik bi lahko napovedal, kako se bo zdravilo obnašalo v telesu osebe.
Ta povišana raven raziskav bi lahko precej olajšala obdobje poskusov in napak pri razvoju zdravil.
Pomisleki v zvezi s kvantnim računalništvom
Ko se razvija nova vrsta tehnologije, je naravno, da se ljudje počutijo nekoliko zaskrbljeni. Torej, ali bi nas moralo kvantno računalništvo skrbeti?
O kibernetski varnosti je bilo veliko govora tveganja, ki jih predstavljajo kvantni računalniki. Čeprav lahko kvantni računalniki pomagajo doseči višjo raven digitalne varnosti, bi stvari lahko šle v drugo smer. Čeprav je ta grožnja trenutno hipotetična, obstaja možnost, da bi se razvila v vprašanje v prihodnjih letih, zlasti ko bodo kvantni računalniki dostopni širši javnosti prebivalstvo. Nekatera podjetja že ponujajo "kvantno odporen VPN"Služb v pričakovanju.
Ker lahko kvantni računalniki rešujejo zelo zapletene probleme, je njihov potencial za učinkovitejše vdiranje gesel in dešifriranje podatkov poveča. Medtem ko se celo superračunalniki trudijo najti velike ključe za dešifriranje, bodo morda kvantni računalniki nekega dne lahko zlahka dešifrirali občutljive podatke, kar bi bila zelo dobra novica za zlonamerne akterje.
Kvantno računalništvo nas bo potisnilo v prihodnost
Možnosti, ki jih ponuja kvantno računalništvo, niso nič drugega kot neverjetne in bodo nekega dne dosegljive. Čeprav je kvantno računalništvo še v zgodnjih fazah, nas lahko nadaljnji napredek na tem področju pripelje do ogromnih tehnoloških podvigov. Samo čas bo pokazal s tem!
