बिट्स ऐवजी क्यूबिट्स: क्वांटम कॉम्प्युटरमध्ये आमच्यासाठी कोणत्या प्रकारचे भविष्य आहे?

आपल्या काळातील मुख्य वैज्ञानिक आव्हानांपैकी एक म्हणजे पहिला उपयुक्त क्वांटम संगणक तयार करण्याची शर्यत आहे. त्यात हजारो भौतिकशास्त्रज्ञ आणि अभियंते सहभागी होतात. IBM, Google, Alibaba, Microsoft आणि Intel त्यांच्या संकल्पना विकसित करत आहेत. शक्तिशाली संगणकीय उपकरण आपले जग कसे बदलेल आणि ते इतके महत्त्वाचे का आहे?

क्षणभर कल्पना करा: एक पूर्ण क्वांटम संगणक तयार केला गेला आहे. तो आपल्या जीवनाचा एक परिचित आणि नैसर्गिक घटक बनला आहे. शास्त्रीय गणिते आता फक्त शाळेत, इतिहासाच्या धड्यांमध्ये बोलली जातात. थंड तळघरांमध्ये कुठेतरी, शक्तिशाली मशीन कृत्रिमरित्या बुद्धिमान रोबोटला शक्ती देण्यासाठी क्यूबिट्सवर कार्य करतात. ते सर्व धोकादायक आणि फक्त नीरस कार्ये करतात. उद्यानातून चालताना, आपण आजूबाजूला पहा आणि सर्व प्रकारचे रोबोट्स पहा. ह्युमनॉइड प्राणी कुत्र्यांना फिरतात, आइस्क्रीम विकतात, इलेक्ट्रिकल वायरिंग दुरुस्त करतात आणि परिसर झाडून घेतात. काही मॉडेल पाळीव प्राण्यांची जागा घेतात.

आम्हाला विश्वाची सर्व रहस्ये उघड करण्याची आणि स्वतःच्या आत पाहण्याची संधी मिळाली. औषध एक नवीन स्तरावर पोहोचले आहे - दर आठवड्याला नाविन्यपूर्ण औषधे विकसित केली जात आहेत. आम्ही वायू आणि तेल यांसारखी दुर्मिळ संसाधने कुठे आहेत याचा अंदाज आणि निर्धारण करू शकतो. ग्लोबल वॉर्मिंगची समस्या सोडवली गेली आहे, ऊर्जा बचत पद्धती अनुकूल केल्या गेल्या आहेत आणि शहरांमध्ये ट्रॅफिक जाम नाहीत. क्वांटम संगणक केवळ सर्व रोबोटिक कार नियंत्रित करत नाही तर मुक्त हालचाली देखील सुनिश्चित करतो: ते रस्त्यांवरील परिस्थितीचे निरीक्षण करते, मार्ग समायोजित करते आणि आवश्यक असल्यास चालकांकडून नियंत्रण घेते. क्वांटम वय हे असे दिसते.

क्वांटम गोल्ड रश

अर्जाची शक्यता आश्चर्यकारक आहे, म्हणूनच क्वांटम विकासामध्ये दरवर्षी गुंतवणूक वाढत आहे. 81,6 मध्ये जागतिक क्वांटम कंप्युटिंग मार्केटचे मूल्य $2018 दशलक्ष इतके होते. Market.us तज्ञांचा अंदाज आहे की 2026 पर्यंत ते $381,6 दशलक्षपर्यंत पोहोचेल. म्हणजेच, 21,26 ते 2019 पर्यंत दरवर्षी सरासरी 2026% वाढेल.

सुरक्षा अनुप्रयोगांमध्ये क्वांटम क्रिप्टोग्राफीच्या वाढत्या वापरामुळे आणि क्वांटम कॉम्प्युटिंग मार्केट भागधारकांच्या गुंतवणुकीमुळे या वाढीला चालना मिळते. नेचर या वैज्ञानिक जर्नलच्या विश्लेषणानुसार, या वर्षाच्या सुरूवातीस, खाजगी गुंतवणूकदारांनी जगभरातील किमान 52 क्वांटम तंत्रज्ञान कंपन्यांना निधी दिला होता. IBM, Google, Alibaba, Microsoft, Intel आणि D-Wave Systems सारख्या प्रमुख खेळाडू व्यावहारिकदृष्ट्या लागू होणारा क्वांटम संगणक तयार करण्यासाठी धडपडत आहेत.

होय, जोपर्यंत या क्षेत्रात दरवर्षी येणारा पैसा हा एक लहान परिव्यय दर्शवतो (2018 मध्ये AI गुंतवणुकीत $9,3 अब्जच्या तुलनेत). परंतु ही संख्या अपरिपक्व उद्योगासाठी लक्षणीय आहे जी अद्याप कार्यप्रदर्शन निर्देशकांचा अभिमान बाळगत नाही.

क्वांटम समस्या सोडवणे

आपण हे समजून घेणे आवश्यक आहे की आज तंत्रज्ञान त्याच्या बाल्यावस्थेत आहे. क्वांटम मशीन आणि एकल प्रायोगिक प्रणालीचे फक्त प्रोटोटाइप तयार करणे शक्य होते. ते कमी जटिलतेचे निश्चित अल्गोरिदम कार्यान्वित करण्यास सक्षम आहेत. पहिला 2-क्यूबिट संगणक 1998 मध्ये तयार करण्यात आला आणि मानवतेला उपकरणे योग्य स्तरावर आणण्यासाठी 21 वर्षे लागली, तथाकथित "क्वांटम सर्वोच्चता". ही संज्ञा कॅलटेकचे प्राध्यापक जॉन प्रेस्किल यांनी तयार केली होती. आणि याचा अर्थ सर्वात शक्तिशाली शास्त्रीय संगणकांपेक्षा जलद समस्या सोडवण्याची क्वांटम उपकरणांची क्षमता.

कॅलिफोर्नियातील गुगल या कंपनीने या क्षेत्रात एक प्रगती केली आहे. सप्टेंबर 2019 मध्ये, कॉर्पोरेशनने जाहीर केले की त्यांच्या 53-क्विट सायकॅमोर डिव्हाइसने 200 सेकंदात एक गणना पूर्ण केली जी अत्याधुनिक सुपर कॉम्प्युटरला पूर्ण होण्यासाठी 10 वर्षे लागतील. या वक्तव्यामुळे मोठा वाद निर्माण झाला होता. अशा गणनेशी IBM स्पष्टपणे असहमत आहे. आपल्या ब्लॉगमध्ये, कंपनीने लिहिले आहे की त्यांचा समिट सुपर कॉम्प्युटर हे काम 000 दिवसात पूर्ण करेल. आणि फक्त डिस्क स्टोरेज क्षमता वाढवणे आवश्यक आहे. प्रत्यक्षात फरक इतका मोठा नसला तरी, “क्वांटम वर्चस्व” प्राप्त करणारे Google खरेच पहिले होते. आणि संगणक संशोधनातील हा एक महत्त्वाचा टप्पा आहे. पण आणखी काही नाही. सायकॅमोरचा पराक्रम निव्वळ प्रात्यक्षिक हेतूंसाठी आहे. याचा कोणताही व्यावहारिक उपयोग नाही आणि वास्तविक समस्या सोडवण्यासाठी ते निरुपयोगी आहे.

मुख्य समस्या हार्डवेअर आहे. पारंपारिक संगणकीय बिट्सचे मूल्य 0 किंवा 1 असताना, विचित्र क्वांटम जगात, क्यूबिट्स एकाच वेळी दोन्ही स्थितीत असू शकतात. या गुणधर्माला सुपरपोझिशन म्हणतात. क्यूबिट्स स्पिनिंग टॉप्ससारखे असतात: ते घड्याळाच्या दिशेने आणि घड्याळाच्या उलट दिशेने फिरतात, वर आणि खाली हलतात. तुम्हाला हे गोंधळात टाकणारे वाटत असल्यास, तुम्ही उत्तम कंपनीत आहात. रिचर्ड फेनमन एकदा म्हणाले होते, "तुम्हाला क्वांटम मेकॅनिक्स समजले आहे असे वाटत असेल तर तुम्हाला ते समजत नाही." क्वांटम मेकॅनिक्ससाठी नोबेल पारितोषिक जिंकलेल्या माणसाचे धाडसी शब्द.

तर, क्यूबिट्स अत्यंत अस्थिर आहेत आणि बाह्य प्रभावांच्या अधीन आहेत. प्रयोगशाळेच्या खिडक्यांमधून जाणारी कार, कूलिंग सिस्टमचा अंतर्गत आवाज, एक उडणारा वैश्विक कण - कोणताही यादृच्छिक हस्तक्षेप, कोणताही परस्परसंवाद त्यांच्या समक्रमणात व्यत्यय आणतो आणि ते विस्कळीत होतात. हे संगणनासाठी हानिकारक आहे.

क्वांटम कॉम्प्युटिंगच्या विकासासाठी मुख्य प्रश्न हा आहे की अनेक शोधलेल्या हार्डवेअर सोल्यूशनमुळे क्यूबिट्सची स्थिरता सुनिश्चित होईल. जो कोणी सुसंगतता समस्येचे निराकरण करेल आणि क्वांटम संगणकांना GPU प्रमाणे सामान्य बनवेल तो नोबेल पारितोषिक जिंकेल आणि जगातील सर्वात श्रीमंत व्यक्ती बनेल.

व्यापारीकरणाचा मार्ग

2011 मध्ये, कॅनेडियन कंपनी D-Wave Systems Inc. क्वांटम संगणक विकणारे पहिले होते, जरी त्यांची उपयुक्तता काही गणितीय समस्यांपुरती मर्यादित आहे. आणि येत्या काही महिन्यांत, लाखो विकासक क्लाउडद्वारे क्वांटम प्रोसेसर वापरण्यास सक्षम होतील - IBM त्याच्या 53-qubit डिव्हाइसमध्ये प्रवेश प्रदान करण्याचे वचन देते. क्यू नेटवर्क नावाच्या कार्यक्रमांतर्गत आतापर्यंत 20 कंपन्यांना हा विशेषाधिकार मिळाला आहे. त्यापैकी उपकरणे उत्पादक सॅमसंग इलेक्ट्रॉनिक्स, ऑटोमेकर होंडा मोटर आणि डेमलर, रासायनिक कंपन्या जेएसआर आणि नागसे, बँका जेपी मॉर्गन चेस अँड कंपनी आहेत. आणि बार्कलेज.

क्वांटम कॉम्प्युटिंगचा प्रयोग करणार्‍या बर्‍याच कंपन्या आज याला भविष्याचा अविभाज्य भाग मानतात. क्वांटम कॉम्प्युटिंगमध्ये काय कार्य करते आणि काय नाही हे शोधणे हे त्यांचे मुख्य ध्येय आहे. आणि जेव्हा ते तयार असेल तेव्हा व्यवसायात तंत्रज्ञानाचा परिचय करून देणारे पहिले होण्यासाठी तयार व्हा.

वाहतूक संस्था. फोक्सवॅगन, डी-वेव्हसह, क्वांटम ऍप्लिकेशन विकसित करत आहे - एक वाहतूक नियंत्रण प्रणाली. नवीन कार्यक्रम मोठ्या शहरांमधील सार्वजनिक वाहतूक संस्था आणि टॅक्सी कंपन्यांना त्यांच्या ताफ्याचा अधिक कार्यक्षमतेने वापर करण्यास आणि प्रवाशांचा प्रतीक्षा वेळ कमी करण्यास सक्षम करेल.

ऊर्जा क्षेत्र. ExxonMobil आणि IBM ऊर्जा क्षेत्रात क्वांटम कंप्युटिंगच्या वापरास प्रोत्साहन देत आहेत. नवीन ऊर्जा तंत्रज्ञानाची श्रेणी विकसित करणे, ऊर्जा कार्यक्षमता सुधारणे आणि हरितगृह वायू उत्सर्जन कमी करणे यावर त्यांचा भर आहे. ऊर्जा क्षेत्रासमोरील आव्हानांचे प्रमाण आणि जटिलता आजच्या पारंपारिक संगणकांच्या व्याप्तीच्या पलीकडे आहे आणि क्वांटम संगणकांवर चाचणीसाठी योग्य आहे.

फार्मास्युटिकल कंपन्या. Accenture Labs 1QBit या क्वांटम सॉफ्टवेअर कंपनीसोबत भागीदारी करत आहे. केवळ 2 महिन्यांत, ते संशोधनापासून ते संकल्पनेच्या पुराव्यापर्यंत गेले - अणु स्तरावरील जटिल आण्विक परस्परसंवाद मॉडेल करण्यासाठी अनुप्रयोग वापरून. क्वांटम कंप्युटिंगच्या सामर्थ्याबद्दल धन्यवाद, आता मोठ्या रेणूंचे विश्लेषण करणे शक्य आहे. यातून समाजाला काय मिळणार? कमीतकमी साइड इफेक्ट्ससह नाविन्यपूर्ण औषधे.

आर्थिक क्षेत्र. क्वांटम सिद्धांताच्या तत्त्वांवर आधारित तंत्रज्ञान बँकांचे हित अधिकाधिक आकर्षित करत आहेत. त्यांना शक्य तितक्या लवकर व्यवहार, व्यवहार आणि इतर प्रकारच्या डेटावर प्रक्रिया करण्यात रस आहे. बार्कलेज आणि जेपी मॉर्गन चेस (आयबीएमसह), तसेच नॅटवेस्ट (फुजीत्सूसह) आधीच विशेष सॉफ्टवेअरच्या विकासासाठी त्यांचे प्रयोग करत आहेत.

अशा मोठ्या कॉर्पोरेशन्सची स्वीकृती आणि उद्यमशील क्वांटम पायनियर्सचा उदय क्वांटमच्या व्यावसायिक व्यवहार्यतेबद्दल मोठ्या प्रमाणात बोलतो. ऊर्जा कार्यक्षमतेत सुधारणा करण्यापासून ते वाहनांचे मार्ग ऑप्टिमाइझ करण्यापर्यंत, वास्तविक-जगातील समस्यांवर क्वांटम संगणन लागू होत असल्याचे आम्ही आधीच पाहत आहोत. आणि महत्त्वाचे म्हणजे तंत्रज्ञान जसजसे विकसित होईल तसतसे त्याचे मूल्य वाढेल.

स्त्रोत: www.habr.com