Քուբիթներ բիթերի փոխարեն. ի՞նչ ապագա են մեզ համար պատրաստել քվանտային համակարգիչները։

Մեր ժամանակների ամենամեծ գիտական ​​մարտահրավերներից մեկը առաջին օգտակար քվանտային համակարգչի ստեղծման մրցավազքն է։ Դրան մասնակցում են հազարավոր ֆիզիկոսներ և ինժեներներ։ IBM-ը, Google-ը, Alibaba-ն, Microsoft-ը և Intel-ը մշակում են իրենց սեփական հայեցակարգերը։ Ինչպե՞ս է հզոր հաշվողական սարքը փոխելու մեր աշխարհը, և ինչո՞ւ է այն այդքան կարևոր։

Մի պահ պատկերացրեք. ստեղծվել է լիարժեք քվանտային համակարգիչ։ Այն դարձել է մեր կյանքի ծանոթ և բնական տարր։ Դասական համակարգչային տեխնոլոգիաների մասին այժմ քննարկվում է միայն դպրոցում՝ պատմության դասերին։ Սառը նկուղների խորքում ինչ-որ տեղ հզոր մեքենաները գործարկում են քուբիթներ՝ արհեստական ​​բանականությամբ հագեցած ռոբոտների աշխատանքը ապահովելու համար։ Նրանք կատարում են բոլոր վտանգավոր և պարզապես միապաղաղ առաջադրանքները։ Այգում զբոսնելիս դուք շուրջը նայում եք և տեսնում եք ամեն տեսակի ռոբոտներ։ Մարդանման արարածները զբոսանքի են հանում շներին, վաճառում են պաղպաղակ, վերանորոգում են էլեկտրական լարերը, մաքրում տարածքը։ Որոշ մոդելներ փոխարինում են կենդանիներին։

Մեզ հնարավորություն է տրվել բացահայտել Տիեզերքի բոլոր գաղտնիքները և նայել մեր ներսը։ Բժշկությունը հասել է նոր մակարդակի՝ ամեն շաբաթ մշակվում են նորարարական դեղամիջոցներ։ Մենք կարող ենք կանխատեսել և որոշել, թե որտեղ են գտնվում սակավաթիվ ռեսուրսները, ինչպիսիք են գազը և նավթը։ Լուծվել է գլոբալ տաքացման խնդիրը, օպտիմալացվել են էներգախնայողության մեթոդները, և քաղաքներում այլևս խցանումներ չկան։ Քվանտային համակարգիչը ոչ միայն կառավարում է բոլոր ռոբոտացված մեքենաները, այլև ապահովում է ազատ տեղաշարժ. այն վերահսկում է ճանապարհների իրավիճակը, կարգավորում երթուղիները և անհրաժեշտության դեպքում վերահսկողությունը ստանձնում վարորդներից։ Ահա թե ինչպիսին կարող է լինել քվանտային դարաշրջանը։

Քվանտային ոսկու տենդ

Կիրառման հեռանկարները ապշեցուցիչ են, ուստի քվանտային մշակումների մեջ ներդրումները տարեցտարի աճում են: 81,6 թվականին քվանտային հաշվարկների համաշխարհային շուկան գնահատվել է 2018 միլիոն դոլար: Market.us-ի փորձագետները ենթադրում են, որ մինչև 2026 թվականը այն կհասնի 381,6 միլիոն դոլարի: Այսինքն՝ այն 21,26-ից 2019 թվականներին տարեկան կաճի միջինը 2026%-ով:

Այս աճը պայմանավորված է քվանտային կրիպտոգրաֆիայի անվտանգության կիրառություններում աճող օգտագործմամբ և քվանտային հաշվարկների շահագրգիռ կողմերի ներդրումներով: Այս տարվա սկզբի դրությամբ, Nature գիտական ​​ամսագրի վերլուծության համաձայն, մասնավոր ներդրողները ֆինանսավորել էին առնվազն 52 քվանտային տեխնոլոգիաների ընկերություն ամբողջ աշխարհում: IBM-ը, Google-ը, Alibaba-ն, Microsoft-ը, Intel-ը, D-Wave Systems-ը, բոլորն էլ մրցում են գործնական քվանտային համակարգիչ ստեղծելու համար:

Այո՛, այս ոլորտում ամեն տարի ներդրվող գումարը դեռևս փոքր ծախս է (համեմատության համար՝ 2018 թվականին արհեստական ​​բանականության մեջ կատարված ներդրումները կազմել են 9,3 միլիարդ դոլար): Սակայն այս թվերը նշանակալի են անհասուն արդյունաբերության համար, որը դեռևս չի կարող պարծենալ արդյունավետության չափանիշներով:

Քվանտային խնդիրների լուծում

Կարևոր է հասկանալ, որ այսօր տեխնոլոգիան դեռևս սկզբնական փուլում է։ Ստեղծվել են միայն քվանտային մեքենաների նախատիպեր՝ միասնական փորձարարական համակարգեր։ Դրանք ունակ են կատարել ցածր բարդության ֆիքսված ալգորիթմներ։ Առաջին 2 քուբիթանոց համակարգիչը ստեղծվել է 1998 թվականին, և մարդկությանը 21 տարի է պահանջվել սարքերը այսպես կոչված «քվանտային գերակայության» պահանջվող մակարդակին հասցնելու համար։ Այս տերմինը ներմուծել է Կալիֆոռնիայի տեխնոլոգիական ինստիտուտի պրոֆեսոր Ջոն Պրեսկիլը։ Եվ դա նշանակում է քվանտային սարքերի ունակություն՝ խնդիրներ լուծելու ավելի արագ, քան ամենահզոր դասական համակարգիչները։

Այս ոլորտում առաջընթաց գրանցեց կալիֆոռնիական Google ընկերությունը: 2019 թվականի սեպտեմբերին կորպորացիան հայտարարեց, որ իրենց 53 քուբիթանոց Sycamore սարքը 200 վայրկյանում կատարել է հաշվարկ, որը ամենաժամանակակից գերհամակարգչին կպահանջեր 10 տարի: Հայտարարությունը մեծ հակասություններ առաջացրեց: IBM-ը կտրականապես համաձայն չէր նման հաշվարկների հետ: Իր բլոգում ընկերությունը գրել է, որ իրենց Summit գերհամակարգիչը նման խնդիրը կլուծի 000 օրում: Եվ դրա համար անհրաժեշտ էր միայն մեծացնել սկավառակի պահեստի տարողությունը: Չնայած իրականում տարբերությունը այդքան էլ մեծ չէր, Google-ը իսկապես առաջինն էր, որ հասավ «քվանտային գերակայության»: Եվ սա կարևոր հանգրվան է համակարգչային հետազոտություններում: Բայց ոչ ավելին: Sycamore-ի սխրանքը զուտ ցուցադրական է: Այն գործնական կիրառություն չունի և անօգուտ է իրական խնդիրներ լուծելու համար:

Հիմնական խնդիրը սարքավորումն է։ Մինչդեռ ավանդական հաշվողական բիթերը կամ 0 են, կամ 1, քվանտային ֆիզիկայի տարօրինակ աշխարհում քուբիթները կարող են միաժամանակ լինել երկու վիճակում։ Այս հատկությունը կոչվում է սուպերպոզիցիա։ Քուբիթները նման են պտտվող գլխիկներին. դրանք պտտվում են ժամացույցի սլաքի ուղղությամբ և հակառակ ուղղությամբ՝ միաժամանակ վերև և ներքև։ Եթե սա ձեզ շփոթեցնում է, ապա լավ ընկերակից եք։ Ռիչարդ Ֆեյնմանը մի անգամ ասել է. «Եթե կարծում եք, որ հասկանում եք քվանտային մեխանիկան, ապա դուք այդպես չեք հասկանում»։ Համարձակ խոսքեր մի մարդուց, ով Նոբելյան մրցանակի է արժանացել… քվանտային մեխանիկայի համար։

Այսպիսով, քուբիթները չափազանց անկայուն են և զգայուն են արտաքին ազդեցությունների նկատմամբ։ Լաբորատորիայի պատուհանների տակով երթևեկող մեքենան, սառեցման համակարգի ներքին աղմուկը, թռչող տիեզերական մասնիկը. ցանկացած պատահական խանգարում, ցանկացած փոխազդեցություն խաթարում է դրանց համաժամանակյա աշխատանքը, և դրանք անջատվում են։ Սա վնասակար է համակարգչային տեխնոլոգիաների համար։

Քվանտային հաշվարկների զարգացման հիմնական հարցն այն է, թե ուսումնասիրված բազմաթիվ լուծումներից որ սարքային լուծումը կապահովի քուբիթների կայունությունը։ Նա, ով կլուծի կոհերենտության խախտման խնդիրը և քվանտային համակարգիչները կդարձնի գրաֆիկական պրոցեսորների նման տարածված, կհաղթի Նոբելյան մրցանակ և կդառնա աշխարհի ամենահարուստ մարդը։

Առևտրայնացման ուղին

2011 թվականին կանադական D-Wave Systems Inc.-ը դարձավ առաջին ընկերությունը, որը վաճառեց քվանտային համակարգիչներ, չնայած դրանց օգտակարությունը սահմանափակվում է որոշակի մաթեմատիկական խնդիրներով: Եվ առաջիկա ամիսներին միլիոնավոր մշակողներ կկարողանան սկսել օգտագործել քվանտային պրոցեսորներ ամպի միջոցով, իսկ IBM-ը խոստանում է մուտք գործել իր 53 քուբիթանոց սարքին: Մինչ օրս 20 ընկերություն ստացել է արտոնություն Q Network կոչվող ծրագրի շրջանակներում: Դրանց թվում են տեխնոլոգիական արտադրող Samsung Electronics-ը, ավտոարտադրողները Honda Motor-ը և Daimler-ը, քիմիական ընկերությունները JSR-ը և Nagase-ը, ինչպես նաև JPMorgan Chase & Co. և Barclays բանկերը:

Այսօր քվանտային հաշվարկներով փորձարկումներ կատարող ընկերությունների մեծ մասը այն համարում է ապագայի անբաժանելի մաս։ Նրանց հիմնական առաքելությունն այժմ քվանտային հաշվարկներում ինչն է աշխատում և ինչը՝ ոչ։ Եվ առաջինը լինել, ով տեխնոլոգիան կներդնի բիզնեսում, երբ այն պատրաստ լինի։

Տրանսպորտային կազմակերպություններ։ Volkswagen-ը D-Wave-ի հետ համատեղ մշակում է քվանտային հավելված՝ երթևեկության կառավարման համակարգ։ Նոր ծրագիրը հնարավորություն կտա խոշոր քաղաքների հասարակական տրանսպորտի կազմակերպություններին և տաքսի ընկերություններին ավելի արդյունավետ օգտագործել իրենց ավտոպարկը և նվազագույնի հասցնել ուղևորների սպասման ժամանակը։

Էներգիա։ ExxonMobil-ը և IBM-ը առաջ են մղում քվանտային հաշվարկների կիրառումը էներգետիկայի ոլորտում։ Նրանք կենտրոնացած են մի շարք նոր էներգետիկ տեխնոլոգիաների մշակման, էներգաարդյունավետության բարելավման և ջերմոցային գազերի արտանետումների կրճատման վրա։ Էներգետիկայի ոլորտի առջև ծառացած խնդիրների մասշտաբներն ու բարդությունը գերազանցում են այսօրվա ավանդական համակարգիչների հնարավորությունները և լավ են համապատասխանում քվանտային համակարգիչների վրա փորձարկմանը։

Դեղագործական ընկերություններ։ Accenture Labs-ը համագործակցում է քվանտային ծրագրային ապահովման 1QBit ընկերության հետ։ Ընդամենը երկու ամսվա ընթացքում նրանք հետազոտական ​​դեպքից վերածվեցին հայեցակարգի ապացուցման՝ մի հավելվածի, որը մոդելավորում է բարդ մոլեկուլային փոխազդեցությունները ատոմային մակարդակում։ Քվանտային հաշվարկների հզորությունը հնարավորություն է տալիս վերլուծել ավելի մեծ մոլեկուլներ։ Ի՞նչ է սա նշանակում հասարակության համար։ Նորարարական դեղամիջոցներ՝ ավելի քիչ կողմնակի ազդեցություններով։

Ֆինանսական ոլորտ։ Բանկերը գնալով ավելի են հետաքրքրվում քվանտային տեխնոլոգիաների նկատմամբ։ Նրանք հետաքրքրված են գործարքների, գործարքների և այլ տեսակի տվյալների հնարավորինս արագ մշակմամբ։ Barclays-ը և JP Morgan Chase-ը (IBM-ի հետ), ինչպես նաև NatWest-ը (Fujitsu-ի հետ), արդեն փորձարկումներ են անում մասնագիտացված ծրագրային ապահովման մշակման ուղղությամբ։

Այսպիսի խոշոր կորպորացիաների կողմից ընդունումը և ձեռներեց քվանտային ռահվիրաների ի հայտ գալը խոսում են քվանտային տեխնոլոգիաների առևտրային կենսունակության մասին: Մենք արդեն տեսնում ենք քվանտային հաշվարկների կիրառումը իրական աշխարհի խնդիրների լուծման գործում՝ էներգաարդյունավետության բարելավումից մինչև տրանսպորտային միջոցների երթուղիների օպտիմալացում: Եվ ամենակարևորը, տեխնոլոգիայի արժեքը կաճի զարգացմանը զուգընթաց:

Source: www.habr.com