Salah satu cabaran saintifik utama zaman kita telah menjadi perlumbaan untuk mencipta komputer kuantum berguna pertama. Beribu-ribu ahli fizik dan jurutera mengambil bahagian di dalamnya. IBM, Google, Alibaba, Microsoft dan Intel sedang membangunkan konsep mereka. Bagaimanakah peranti pengkomputeran yang berkuasa mengubah dunia kita, dan mengapa ia begitu penting?
Bayangkan sejenak: komputer kuantum yang lengkap telah dicipta. Ia telah menjadi unsur biasa dan semula jadi dalam kehidupan kita. Pengiraan klasik kini hanya diperkatakan di sekolah, dalam pelajaran sejarah. Di suatu tempat jauh di ruang bawah tanah yang sejuk, mesin berkuasa beroperasi pada qubit untuk menggerakkan robot pintar buatan. Mereka melakukan semua tugas yang berbahaya dan membosankan. Berjalan melalui taman, anda melihat sekeliling dan melihat semua jenis robot. Makhluk humanoid berjalan dengan anjing, menjual ais krim, membaiki pendawaian elektrik dan menyapu kawasan itu. Sesetengah model menggantikan haiwan peliharaan.
Kami mendapat peluang untuk mendedahkan semua rahsia Alam Semesta dan melihat ke dalam diri kami sendiri. Perubatan telah mencapai tahap baru - ubat inovatif sedang dibangunkan setiap minggu. Kita boleh meramal dan menentukan di mana sumber yang terhad seperti gas dan minyak berada. Masalah pemanasan global telah diselesaikan, kaedah penjimatan tenaga telah dioptimumkan, dan tiada lagi kesesakan lalu lintas di bandar-bandar. Komputer kuantum bukan sahaja mengawal semua kereta robot, tetapi juga memastikan pergerakan bebas: ia memantau keadaan di jalan raya, melaraskan laluan dan mengambil alih kawalan daripada pemandu jika perlu. Inilah rupa zaman kuantum.
Kuantum Gold Rush
Prospek permohonan adalah menakjubkan, itulah sebabnya pelaburan dalam pembangunan kuantum berkembang setiap tahun. Pasaran pengkomputeran kuantum global bernilai $81,6 juta pada 2018. Pakar Market.us menganggarkan bahawa menjelang 2026 ia akan mencapai $381,6 juta. Iaitu, ia akan meningkat secara purata 21,26% setahun dari 2019 hingga 2026.
Pertumbuhan ini didorong oleh peningkatan penggunaan kriptografi kuantum dalam aplikasi keselamatan dan didorong oleh pelaburan daripada pihak berkepentingan pasaran pengkomputeran kuantum. Menjelang awal tahun ini, pelabur swasta telah membiayai sekurang-kurangnya 52 syarikat teknologi kuantum di seluruh dunia, menurut analisis oleh jurnal saintifik Nature. Pemain utama seperti IBM, Google, Alibaba, Microsoft, Intel, dan D-Wave Systems sedang bergelut untuk mencipta komputer kuantum yang boleh digunakan secara praktikal.
Ya, selagi wang yang mengalir ke kawasan ini setiap tahun mewakili perbelanjaan yang kecil (berbanding $2018 bilion dalam pelaburan AI pada 9,3). Tetapi angka-angka ini penting untuk industri yang belum matang yang belum lagi mempunyai petunjuk prestasi.
Menyelesaikan masalah kuantum
Anda perlu memahami bahawa hari ini teknologi masih di peringkat awal. Ia adalah mungkin untuk mencipta hanya prototaip mesin kuantum dan sistem eksperimen tunggal. Mereka mampu melaksanakan algoritma tetap dengan kerumitan rendah. Komputer 2-qubit pertama dicipta pada tahun 1998, dan manusia mengambil masa 21 tahun untuk membawa peranti itu ke tahap yang sepatutnya, yang dipanggil "kekuasaan kuantum". Istilah ini dicipta oleh profesor Caltech John Preskill. Dan ini bermakna keupayaan peranti kuantum untuk menyelesaikan masalah lebih cepat daripada komputer klasik yang paling berkuasa.
Satu kejayaan dalam bidang ini telah dibuat oleh syarikat California Google. Pada September 2019, syarikat itu mengumumkan bahawa peranti Sycamore 53-qubitnya menyelesaikan pengiraan dalam 200 saat yang akan mengambil masa 10 tahun untuk menyiapkan komputer super tercanggih. Kenyataan itu menimbulkan banyak kontroversi. IBM secara mutlak tidak bersetuju dengan pengiraan sedemikian. Dalam blognya, syarikat itu menulis bahawa superkomputer Summitnya akan menangani tugas ini dalam masa 000 hari. Dan semua yang diperlukan adalah untuk meningkatkan kapasiti storan cakera. Walaupun pada hakikatnya perbezaannya tidak begitu besar, Google sememangnya yang pertama mencapai "keunggulan kuantum." Dan ini adalah peristiwa penting dalam penyelidikan komputer. Tetapi tidak lebih. Prestasi Sycamore adalah semata-mata untuk tujuan demonstrasi. Ia tidak mempunyai aplikasi praktikal dan tidak berguna untuk menyelesaikan masalah sebenar.
Masalah utama ialah perkakasan. Walaupun bit pengiraan tradisional mempunyai nilai 0 atau 1, dalam dunia kuantum yang aneh, qubit boleh berada di kedua-dua keadaan pada masa yang sama. Sifat ini dipanggil superposisi. Qubit adalah seperti gasing berputar: ia berputar mengikut arah jam dan lawan jam, bergerak ke atas dan ke bawah. Jika anda mendapati ini mengelirukan, maka anda berada dalam syarikat yang hebat. Richard Feynman pernah berkata, "Jika anda fikir anda memahami mekanik kuantum, anda tidak memahaminya." Kata-kata berani dari lelaki yang memenangi Hadiah Nobel untuk... mekanik kuantum.
Jadi, qubit sangat tidak stabil dan tertakluk kepada pengaruh luar. Sebuah kereta yang melalui di bawah tingkap makmal, bunyi dalaman sistem penyejukan, zarah kosmik yang terbang - sebarang gangguan rawak, sebarang interaksi mengganggu kesinkronan mereka dan mereka terurai. Ini memudaratkan pengkomputeran.
Persoalan utama untuk pembangunan pengkomputeran kuantum ialah penyelesaian perkakasan dari banyak yang diterokai akan memastikan kestabilan qubit. Sesiapa yang menyelesaikan masalah koheren dan menjadikan komputer kuantum sama seperti GPU akan memenangi Hadiah Nobel dan menjadi orang terkaya di dunia.
Laluan ke pengkomersilan
Pada tahun 2011, syarikat Kanada D-Wave Systems Inc. adalah yang pertama menjual komputer kuantum, walaupun kegunaannya terhad kepada masalah matematik tertentu. Dan dalam beberapa bulan akan datang, berjuta-juta pembangun akan dapat mula menggunakan pemproses kuantum melalui awan - IBM berjanji untuk menyediakan akses kepada peranti 53-qubitnya. Setakat ini, 20 syarikat telah menerima keistimewaan ini di bawah program yang dipanggil Q Network. Antaranya ialah pengeluar peralatan Samsung Electronics, pembuat kereta Honda Motor dan Daimler, syarikat kimia JSR dan Nagase, bank JPMorgan Chase & Co. dan Barclays.
Kebanyakan syarikat yang bereksperimen dengan pengkomputeran kuantum hari ini melihatnya sebagai sebahagian daripada masa depan. Misi utama mereka sekarang adalah untuk mengetahui apa yang berfungsi dalam pengkomputeran kuantum dan apa yang tidak. Dan bersedialah untuk menjadi yang pertama memperkenalkan teknologi ke dalam perniagaan apabila sudah siap.
Organisasi pengangkutan. Volkswagen, bersama-sama dengan D-Wave, sedang membangunkan aplikasi kuantum - sistem kawalan lalu lintas. Program baharu itu akan membolehkan organisasi pengangkutan awam dan syarikat teksi di bandar besar menggunakan armada mereka dengan lebih cekap dan meminimumkan masa menunggu penumpang.
Sektor tenaga. ExxonMobil dan IBM mempromosikan penggunaan pengkomputeran kuantum dalam sektor tenaga. Mereka memberi tumpuan kepada membangunkan pelbagai teknologi tenaga baharu, meningkatkan kecekapan tenaga dan mengurangkan pelepasan gas rumah hijau. Skala dan kerumitan cabaran yang dihadapi oleh sektor tenaga adalah di luar skop komputer tradisional masa kini dan sangat sesuai untuk ujian pada komputer kuantum.
Syarikat farmaseutikal. Accenture Labs bekerjasama dengan 1QBit, sebuah syarikat perisian kuantum. Dalam masa 2 bulan sahaja, mereka beralih daripada penyelidikan kepada pembuktian konsepβmenggunakan aplikasi untuk memodelkan interaksi molekul kompleks pada tahap atom. Terima kasih kepada kuasa pengkomputeran kuantum, kini mungkin untuk menganalisis molekul yang lebih besar. Apa yang akan diberikan kepada masyarakat? Ubat inovatif dengan kesan sampingan yang paling sedikit.
Sektor kewangan. Teknologi berasaskan prinsip teori kuantum semakin menarik minat bank. Mereka berminat untuk memproses transaksi, perdagangan dan jenis data lain secepat mungkin. Barclays dan JP Morgan Chase (dengan IBM), serta NatWest (dengan Fujitsu) sudah pun menjalankan eksperimen mereka dalam pembangunan perisian khusus.
Penerimaan oleh syarikat besar seperti itu dan kemunculan perintis kuantum yang berdaya usaha bercakap banyak tentang daya maju komersial kuantum. Kami sudah melihat pengkomputeran kuantum digunakan untuk masalah dunia sebenar, daripada meningkatkan kecekapan tenaga kepada mengoptimumkan laluan kenderaan. Dan yang penting, nilai teknologi akan meningkat apabila ia berkembang.
Sumber: www.habr.com