Упс! Не вдала спроба:(
Будь ласка, спробуйте ще раз.

Як скоро квантові комп’ютери матимуть практичне застосування?

Олександр Тартачний
Олександр Тартачний журналіст
28 березня 2024 7 хвилин читання

Про квантові комп’ютери багато говорять, але чому вони досі не змінили життя людства? Адам Лоу викладач Школи комп’ютерних наук і цифрових технологій Університету Астон у статті для The Conversation розповідає, які можливості мають ці пристрої, чому ми поки що не можемо скористатись їх перевагами. 

XPRIZE Quantum Applications шукає рішення для практичного застосування квантових комп'ютерів XPRIZE Quantum Applications шукає рішення для практичного застосування квантових комп'ютерів

$5 млн за прогрес у квантових комп’ютерах 

Google і XPrize Foundation запустили конкурс на суму $5 млн на розробку реальних програм для квантових комп’ютерів, які принесуть користь суспільству – наприклад, шляхом прискорення прогресу в досягненні однієї з Цілей сталого розвитку ООН. Згідно з принципами квантової фізики квантові комп’ютери можуть виконувати дуже швидкі обчислення та можуть застосовуватись там, де це матиме перевагу над звичайними комп’ютерами.

Більшість законів природи з якими ми зустрічаємось у повсякденному житті описуються класичною фізикою. Але природа поводиться зовсім по-іншому на крихітних квантових масштабах – розміром менше атома.

Змагання за використанням квантових технологій можна розглядати як нову промислову революцію. Вчені десятиліттями намагалися розробити нові технології, використовуючи ці властивості.

Нам часто кажуть, що квантові технології змінять наше життя. Однак, попри численні приклади успішного використання квантових властивостей у людства поки що відсутній прогрес в розробці квантових комп’ютерів, які перевершують своїх класичних попередників.

Чому квантові комп’ютери поки не замінили класичні

Основним вузьким місцем, що затримує цю розробку, є те, що програмне забезпечення, яке використовує квантові алгоритми, має продемонструвати перевагу над комп’ютерами, заснованими на класичній фізиці. Це широко відомо як «квантова перевага» .

Одним з найвідоміших прикладів демонстрації квантової переваги став експеримент компанії Google у 2019 році. Вони заявили, що їхній квантовий процесор Sycamore зміг вирішити спеціалізоване обчислювальне завдання приблизно за 200 секунд — завдання, для вирішення якого найпотужніший на той час класичний суперкомп'ютер Summit від IBM потребував би приблизно 10 тис. років.

Ключова відмінність квантових обчислень від класичних полягає у використанні властивості, відомої як «заплутаність».

Коротко кажучи, заплутаність — це коли кілька об’єктів, наприклад пара електронів або фотонів, мають один квантовий стан. Подібно до ниток у клубку пряжі, заплутані об’єкти не можна описати як незалежні сутності.

Класичні обчислення використовують «біти» для представлення інформації. Ці біти складаються з одиниць і нулів, і все, що робить комп’ютер, складається з рядків цих одиниць і нулів. Але квантові обчислення дозволяють цим бітам бути в «суперпозиції» одиниць і нулів. Іншими словами, ці одиниці та нулі з’являються одночасно у квантовому біті або кубіті.

Саме ця властивість дозволяє виконувати всі обчислювальні завдання одночасно. Звідси віра в те, що квантові обчислення можуть запропонувати значну перевагу над класичними обчисленнями, оскільки вони здатні виконувати багато обчислювальних завдань одночасно.

Які квантові алгоритми швидші, ніж класичні комп’ютери

Хоча виконання багатьох завдань одночасно має призвести до підвищення продуктивності порівняно з класичними комп’ютерами, реалізувати це на практиці виявилося складніше, ніж передбачає теорія. Насправді існує лише кілька помітних квантових алгоритмів, які можуть виконувати свої завдання краще, ніж ті, що використовують класичну фізику.

Найбільш помітними є протокол BB84, розроблений у 1984 році, та алгоритм Шора, розроблений у 1994 році, обидва з яких використовують заплутаність, щоб перевершити класичні алгоритми в конкретних завданнях.

Протокол BB84 — це криптографічний протокол — система для забезпечення безпечного приватного зв’язку між двома чи більше сторонами, яка вважається більш безпечною, ніж аналогічні класичні алгоритми, оскільки його неможливо перехопити без виявлення.

Алгоритм Шора використовує заплутаність, щоб продемонструвати, як поточні класичні протоколи шифрування можуть бути зламані, оскільки вони засновані на факторизації дуже великих чисел. Також є докази того, що він може виконувати певні обчислення швидше, ніж аналогічні алгоритми, розроблені для звичайних комп’ютерів.

Попри перевагу цих двох алгоритмів над звичайними, з’явилося небагато вигідних квантових алгоритмів. Однак дослідники не полишали спроб їх розробити. Зараз можна виділити кілька основних напрямків досліджень.

Потенційні переваги квантових комп’ютерів

По-перше, це використання квантової механіки для допомоги в тому, що називається великомасштабними завданнями оптимізації. Оптимізація — пошук найкращого чи найефективнішого способу вирішення конкретного завдання. Це життєво важлива в повсякденному житті річ і використовується в управлінні потоком трафіку, в керуванні процесами на заводських конвеєрах та стримінгових сервісах, які вирішують, що рекомендувати кожному користувачеві. 

Якби ми змогли скоротити обчислювальний час, необхідний для виконання оптимізації, це могло б заощадити енергію, зменшити вуглецевий слід багатьох комп’ютерів, які зараз виконують ці завдання по всьому світу та центрів обробки даних, які їх підтримують.

Ще одна розробка, яка може запропонувати широкі переваги, полягає у використанні квантових обчислень для моделювання систем, таких як комбінації атомів, які поводяться відповідно до квантової механіки. Розуміння та передбачення того, як квантові системи працюють на субатомному рівні, може, наприклад, призвести створення кращих ліків.

Квантові системи також можуть привести до вдосконалення електронних пристроїв. У міру того, як комп’ютерні чіпи стають меншими, починаються квантові ефекти, потенційно знижуючи продуктивність пристроїв. Краще фундаментальне розуміння квантової механіки може допомогти уникнути цього.

Товщина сучасних транзисторів в мікропроцесорах Товщина сучасних транзисторів в мікропроцесорах

Всупереч значним інвестиціям у створення квантових комп’ютерів, менше уваги приділялося тому, щоб вони приносили пряму користь суспільству. Однак тепер, схоже, це змінюється.

Чи будемо мати квантові комп’ютери в наших домівках протягом наступних 20 років, залишається сумнівним. Але, враховуючи поточні фінансові стимули, зробити квантові обчислення практичною реальністю, здається ймовірним. Яку саме форму це матиме? На кону 5 мільйонів доларів, щоб дізнатися. Конкурс XPRIZE Quantum Applications триватиме наступні три роки. 

0
Прокоментувати
Інші матеріали

Minecraft з’явився у «пасхалках» Google-пошуку

Олеся Дерзська 17 травня 2024 14:27

Чому Google конкурує з OpenAI?

Олеся Дерзська 16 травня 2024 20:25

Оновлення Gemini та інші ШІ-продукти від Google — головне з Google I/O 2024

Олександр Тартачний 15 травня 2024 17:05

Google натякнув на AR-окуляри

Олеся Дерзська 15 травня 2024 16:24

Google презентував нові Astra, Gemini та Veo

Олеся Дерзська 14 травня 2024 21:11