Біздің заманымыздың басты ғылыми мәселелерінің бірі алғашқы пайдалы кванттық компьютерді жасау жарысы болды. Оған мыңдаған физиктер мен инженерлер қатысады. IBM, Google, Alibaba, Microsoft және Intel концепцияларын әзірлеуде. Қуатты есептеуіш құрылғы әлемімізді қалай өзгертеді және ол неге соншалықты маңызды?
Бір сәт елестетіп көріңізші: толыққанды кванттық компьютер жасалды. Бұл біздің өміріміздің таныс және табиғи элементіне айналды. Классикалық есептеулер туралы қазір тек мектепте, тарих сабағында ғана айтылады. Суық жертөлелердің терең жерінде қуатты машиналар жасанды интеллект роботтарына қуат беру үшін кубиттерде жұмыс істейді. Олар барлық қауіпті және қарапайым монотонды тапсырмаларды орындайды. Саябақта серуендеп жүріп жан-жағыңызға қарасаңыз, роботтардың барлық түрлерін көресіз. Гуманоидтар иттерді серуендетеді, балмұздақ сатады, электр сымдарын жөндейді, аумақты сыпырып алады. Кейбір модельдер үй жануарларын ауыстырады.
Біз Ғаламның барлық құпияларын ашып, өзімізге үңілуге мүмкіндік алдық. Медицина жаңа деңгейге көтерілді – апта сайын инновациялық препараттар әзірленуде. Біз газ, мұнай сияқты тапшы ресурстардың қайда орналасқанын болжап, анықтай аламыз. Жаһандық жылыну мәселесі шешілді, энергия үнемдеу әдістері оңтайландырылды, қалаларда көлік кептелісі жоқ. Кванттық компьютер барлық роботты көліктерді басқарып қана қоймайды, сонымен қатар еркін қозғалысты қамтамасыз етеді: ол жолдардағы жағдайды бақылайды, маршруттарды реттейді және қажет болған жағдайда жүргізушілерден бақылауды алады. Кванттық дәуір осылай көрінуі мүмкін.
Кванттық алтын ысырапы
Қолдану перспективалары таңқаларлық, сондықтан кванттық әзірлемелерге инвестициялар жыл сайын өсіп келеді. Әлемдік кванттық есептеулер нарығы 81,6 жылы 2018 миллион долларға бағаланды. Market.us сарапшылары 2026 жылға қарай ол 381,6 миллион долларға жетеді деп есептейді. Яғни, 21,26 жылдан 2019 жылға дейін жылына орта есеппен 2026%-ға өседі.
Бұл өсім қауіпсіздік қосымшаларында кванттық криптографияны қолданудың өсуіне және кванттық есептеулер нарығының мүдделі тараптарының инвестицияларына негізделген. Nature ғылыми журналының талдауына сәйкес, осы жылдың басында жеке инвесторлар бүкіл әлем бойынша кемінде 52 кванттық технологиялық компанияны қаржыландырды. IBM, Google, Alibaba, Microsoft, Intel және D-Wave Systems сияқты ірі ойыншылар іс жүзінде қолданылатын кванттық компьютерді жасау үшін күресуде.
Иә, бұл салаға жыл сайын түсетін ақша аз шығынды білдіретін болса (2018 жылы AI инвестициясының 9,3 миллиард долларымен салыстырғанда). Бірақ бұл сандар әлі өнімділік көрсеткіштерімен мақтана алмайтын жетілмеген сала үшін маңызды.
Кванттық есептерді шешу
Сіз түсінуіңіз керек, бүгінгі күні технология әлі де бастапқы кезеңде. Тек кванттық машиналар мен жалғыз тәжірибелік жүйелердің прототиптерін жасауға болады. Олар күрделілігі төмен тіркелген алгоритмдерді орындауға қабілетті. Алғашқы 2-кубиттік компьютер 1998 жылы жасалды және құрылғыларды «кванттық үстемдік» деп аталатын тиісті деңгейге жеткізу үшін адамзатқа 21 жыл қажет болды. Бұл терминді Калтех профессоры Джон Прескилл енгізген. Және бұл кванттық құрылғылардың ең қуатты классикалық компьютерлерге қарағанда есептерді жылдам шешу мүмкіндігін білдіреді.
Бұл салада жаңалықты калифорниялық Google компаниясы жасады. 2019 жылдың қыркүйегінде корпорация өзінің 53-кубиттік Sycamore құрылғысы ең заманауи суперкомпьютерді 200 10 жылда аяқтайтын есептеуді 000 секундта аяқтағанын хабарлады. Бұл мәлімдеме көптеген дау тудырды. IBM мұндай есептеулермен үзілді-кесілді келіспейді. Өз блогында компания Summit суперкомпьютері бұл тапсырманы 2,5 күнде орындайтынын жазды. Және тек дискідегі сақтау сыйымдылығын арттыру қажет. Іс жүзінде айырмашылық соншалықты үлкен болмаса да, Google шынымен де бірінші болып «кванттық үстемдікке» қол жеткізді. Және бұл компьютерлік зерттеулердегі маңызды кезең. Бірақ артық ештеңе. Sycamore ерлігі тек демонстрациялық мақсаттарға арналған. Оның практикалық қолданысы жоқ және нақты мәселелерді шешу үшін пайдасыз.
Негізгі мәселе - аппараттық құрал. Дәстүрлі есептеу биттерінің 0 немесе 1 мәні болғанымен, біртүрлі кванттық әлемде кубиттер бір уақытта екі күйде де болуы мүмкін. Бұл қасиет суперпозиция деп аталады. Кубиттер айналмалы шыңдарға ұқсайды: олар сағат тілімен де, сағат тіліне қарсы да айналады, жоғары және төмен қозғалады. Егер сізге бұл түсініксіз болса, онда сіз керемет компаниядасыз. Ричард Фейнман бірде: «Егер сіз кванттық механиканы түсінемін деп ойласаңыз, оны түсінбейсіз» деген. Кванттық механика бойынша Нобель сыйлығын алған адамның батыл сөздері.
Сонымен, кубиттер өте тұрақсыз және сыртқы әсерлерге ұшырайды. Зертхана терезелерінің астынан өтіп бара жатқан машина, салқындату жүйесінің ішкі шуы, ұшатын ғарыштық бөлшек - кез келген кездейсоқ кедергілер, кез келген өзара әрекеттесу олардың синхрондылығын бұзады және олардың коорерациясы бұзылады. Бұл есептеулерге зиян келтіреді.
Кванттық есептеулерді дамытудың негізгі мәселесі - көптеген зерттелген аппараттық шешім кубиттердің тұрақтылығын қамтамасыз етеді. Кім когеренттілік мәселесін шешіп, кванттық компьютерлерді графикалық процессорлар сияқты қарапайым етіп шығарса, Нобель сыйлығын жеңіп алады және әлемдегі ең бай адам болады.
Коммерцияландыруға жол
2011 жылы канадалық D-Wave Systems Inc. бірінші болып кванттық компьютерлерді сатты, бірақ олардың пайдалылығы белгілі бір математикалық есептермен шектеледі. Ал алдағы айларда миллиондаған әзірлеушілер бұлт арқылы кванттық процессорларды пайдалана бастайды - IBM өзінің 53-кубиттік құрылғысына қолжетімділікті қамтамасыз етуге уәде береді. Осы уақытқа дейін 20 компания Q Network деп аталатын бағдарлама бойынша бұл артықшылыққа ие болды. Олардың арасында жабдық өндіруші Samsung Electronics, Honda Motor және Daimler автоөндірушілері, JSR және Nagase химиялық компаниялары, JPMorgan Chase & Co банктері бар. және Barclays.
Бүгінгі таңда кванттық есептеулермен тәжірибе жасап жатқан компаниялардың көпшілігі оны болашақтың ажырамас бөлігі ретінде қарастырады. Олардың негізгі міндеті - кванттық есептеулерде не жұмыс істейтінін және не істемейтінін анықтау. Ал технология дайын болған кезде бизнеске бірінші болып енгізуге дайын болыңыз.
Көлік ұйымдары. Volkswagen D-Wave компаниясымен бірге кванттық қосымшаны - қозғалысты басқару жүйесін әзірлеуде. Жаңа бағдарлама ірі қалалардағы қоғамдық көлік ұйымдары мен такси компанияларына өз автопарктерін тиімді пайдалануға және жолаушылардың күту уақытын азайтуға мүмкіндік береді.
Энергетика саласы. ExxonMobil және IBM энергетикалық секторда кванттық есептеулерді қолдануды алға жылжытуда. Олар бірқатар жаңа энергетикалық технологияларды дамытуға, энергия тиімділігін арттыруға және парниктік газдар шығарындыларын азайтуға бағытталған. Энергетика секторының алдында тұрған қиындықтардың ауқымы мен күрделілігі бүгінгі дәстүрлі компьютерлердің ауқымынан тыс және кванттық компьютерлерде тестілеуге өте қолайлы.
Фармацевтикалық компаниялар. Accenture Labs 1QBit, кванттық бағдарламалық қамтамасыз ету компаниясымен серіктес. Бар болғаны 2 айдың ішінде олар атомдық деңгейде күрделі молекулалық өзара әрекеттесулерді модельдеу үшін қолданбаны пайдалана отырып, зерттеуден тұжырымдаманы дәлелдеуге көшті. Кванттық есептеулердің күші арқасында енді үлкенірек молекулаларды талдауға болады. Бұл қоғамға не береді? Ең аз жанама әсерлері бар инновациялық препараттар.
Қаржы секторы. Кванттық теория принциптеріне негізделген технологиялар банктердің қызығушылығын арттыруда. Олар транзакцияларды, сауда-саттықтарды және деректердің басқа түрлерін мүмкіндігінше тез өңдеуге мүдделі. Barclays және JP Morgan Chase (IBM-мен), сондай-ақ NatWest (Fujitsu-мен) қазірдің өзінде арнайы бағдарламалық жасақтаманы әзірлеуде тәжірибелерін жүргізуде.
Осындай ірі корпорациялардың қабылдануы және бастамашыл кванттық пионерлердің пайда болуы кванттықтың коммерциялық өміршеңдігі туралы көп айтады. Біз қазірдің өзінде кванттық есептеулерді энергия тиімділігін арттырудан көлік бағыттарын оңтайландыруға дейінгі нақты мәселелерге қолданып жатқанын көріп отырмыз. Ең бастысы, технология дамыған сайын оның құндылығы арта түседі.
Ақпарат көзі: www.habr.com