Квантовый компьютер: что это такое?

Содержание:

• Что такое квантовый компьютер
• Какие задачи решает квантовый компьютер?
• Какой был первый квантовый компьютер?
• Области применения квантовых вычислений
• Лидеры в области квантовых компьютеров

Что такое квантовый компьютер?

Квантовый компьютер — машина, которая работает по принципу квантовой механики для обработки информации и выполнения вычислений. Наши привычные компьютеры работают единичными или нулевыми значениями. Их называют битами. Квантовые машины используют кубиты, которые могут находиться во всех возможных комбинациях нулей и единиц. Это явление называется суперпозиция. За счет него скорость и эффективность выполнения ряда задач становится намного выше.

Возможности квантовых технологий уже высоко оцениваются, поэтому фиксируется рост инвестиций в данную сферу. В 2018 году общий объем мирового рынка квантовых вычислений оценивался в $81,6 млн. Прогнозы аналитиков Market.us свидетельствуют о том, что ежегодно с 2019 года по 2026 год инвестиции в среднем будут расти на 21%, и к 2026 году объем рынка вырастет до $381,6 млн.

Вот как выглядит квантовый компьютер. Источник: IBM

Такой рост объясняется популярностью квантовой криптографии в сфере безопасности, а также активными инвестициями ключевых участников рынка. Согласно исследованию, опубликованному в журнале Nature, к началу года частные инвесторы уже вложили средства в более 50 компаний, которые занимаются квантовыми технологиями по всему миру. 

По теме: DeepTech в транспортной отрасли: кто инвестирует в наукоемкие стартапы 

Какие задачи решает квантовый компьютер?

Перед человечеством открываются новые возможности благодаря квантовому компьютеру, потому что в нем заложен новый подход к обработке информации. Он способен решать разные задачи. Ниже рассмотрим основные из них.

Моделирует квантовые системы

Квантовое моделирование похоже на классическое. В классическом моделировании ученые создают математическую модель из нулей и единиц (битов) и проверяют, насколько верно она предсказывает поведение отдельной системы. Если ожидание и реальность совпадают, то модель хорошая, и с ней можно работать дальше.

В квантовом компьютере все намного сложнее. Для моделирования используются кубиты. Их квантово-механические свойства позволяют моделировать квантовые системы без экспоненциального роста сложности вычислений. Сегодня на квантовом компьютере уже можно выполнить базовое моделирование. Например, модель квантовой системы, такой как молекула, отображается набором кубитов. Затем над набором выполняются операции, которые выдают решение, допустим, энергию, получаемую в результате химической реакции.

Обрабатывает данные на высоких скоростях

Компьютеры, работающие по принципу квантовой механики, обрабатывают данные быстрее, чем привычные нам вычислительные машины. Но еще их преимущество в том, что им под силу обработка больших объемов информации. Существует мнение, что именно скорость обработки данных поможет сделать большие открытия в области ИИ и машинного обучения.

Оптимизирует информацию

Задачи с большим количеством переменных или сложными взаимосвязями между ними для традиционных компьютеров являются практически нерешаемыми. Но квантовые компьютеры за счет своей специфики в будущем смогут легко помогать человечеству решать логистические задачи, составлять расписания и многое другое.

Шифрует данные

Квантовый компьютер может быть полезным инструментом для улучшения безопасности криптографических систем и защиты конфиденциальной информации.

Важно отметить, что квантовые компьютеры еще разрабатываются и с ними проводят эксперименты. Многие возможности квантовых компьютеров все еще находятся в процессе исследования. Выскажу лирическую мысль: потенциал, который они открывают, захватывает воображение. Во всяком случае, мое — точно.

Какой был первый квантовый компьютер?

Первый мощный квантовый компьютер создан в конце 1990-х годов командой под руководством Исаака Чуанга в Массачусетском технологическом институте. Он использовал ядра атомов в качестве кубитов и магнитные поля для манипулирования ими.

Области применения квантовых вычислений

Считается, что за квантовыми компьютерами стоит будущее вычислительной технологии. Квантовые вычисления будут использоваться в медицине для моделирования молекулярных структур, чтобы создавать новые лекарства. Кроме того, будут применяться для увеличения производительности и упрощения сложных систем в логистике и планировании, а также в высокопроизводительных вычислениях.

По теме: Квантовый компьютер Google смог мгновенно справиться с решаемой за 47 лет задачей 

Лидеры в области квантовых компьютеров

Лидерами в области квантовых компьютеров можно назвать IBM, Google и D-Wave. Например, Google Quantum AI — подразделение, которое работает над созданием квантовых компьютеров. Ведущий инженер компании Эрик Люсеро недавно сообщил, что в 2029 году компания намерена начать производство коммерческих версий квантовых компьютеров.

IBM — не менее важный игрок в области квантовых компьютеров. Их программа IBM Quantum предлагает образовательные ресурсы и доступ к квантовым компьютерам через облако. Компания работает над увеличением квантовых кубитов в своих компьютерах, что увеличивает их вычислительную мощность.

Microsoft тоже занимается квантовыми вычислениями, и у них также есть для этого отдельное направление — Microsoft Quantum. Для этого они используют уникальный подход — топологический. Если коротко: их разработка основана на топологических кубитах, которые, как предполагается, более помехоустойчивы, чем другие кубиты.

Что же касается китайских компаний, то Alibaba и Baidu также исследуют суть квантовых компьютеров. Правда, в конце прошлого года появилась новость, что Alibaba решили закрыть лабораторию из-за нехватки денег. Но ходят слухи, что после сворачивания лаборатории квантовых вычислений ее оборудование будет передано Чжэцзянскому научно-техническому университету в Ханчжоу.

Фото на обложке: nuraghies / Freepik