Квантовые вычисления — более быстрое будущее вычислений

В последние годы компьютеры стали важной частью нашей жизни; в любой сфере, будь то образование или демонстрация космической науки, везде используются компьютеры, без которых сегодня невозможно вести какую-либо работу. Таким образом, с тех пор, как были изобретены компьютеры, их размер уменьшился, а их мощность выросла. Например, вы могли заметить, что размер чипа вашего смартфона, который в 2010 году составлял 1 ГБ, теперь составляет 1 терабайт. В результате вы можете видеть, как быстро развиваются технологии.
Несмотря на то, что компьютеры со временем стали более мощными, компьютеры, которые вы используете сегодня, все еще имеют некоторые ограничения, такие как энергопотребление и энергопотребление. Это открывает двери для внедрения новых способов вычислений.

Что такое квантовые вычисления

Квантовые вычисления — это тип вычислений, в которых для выполнения вычислений используются квантовые явления, такие как суперпозиция и запутанность. Благодаря своей способности легко запрашивать, отслеживать, анализировать и действовать на основе данных из любого источника, эта фантастическая технологическая тенденция также способствует предотвращению распространения коронавируса и разработке жизнеспособных вакцин. Банковское дело и финансы — еще одна отрасль, в которой квантовые вычисления используются для контроля кредитного риска, высокочастотной торговли и обнаружения мошенничества.

Квантовый компьютер — другой подход к 0 и 1

В вашем нынешнем ноутбуке или компьютере «бит» используется для вычислений, где данные хранятся в виде нуля и единицы двоичных чисел или двоичных чисел с использованием машинного языка (машинный язык записывается в двоичном коде, который имеет только две цифры 0 и 1, потому что компьютер понимает только двоичный сигнал, т. е. 0 и 1, и схему компьютера, т. е. схему в двоичном коде, потому что компьютер понимает только двоичный сигнал, т. е. 0 и 1, и схему в двоичном коде, потому что он распознает ее и преобразует к электрическим импульсам, где 0 означает выключение, а 1 — включение.
Любое программное обеспечение создается для компьютера, затем преобразуется в машинный язык, и когда ваш процессор раскрашивает любое программное обеспечение, он использует этот машинный язык для выполнения всех процессов.

Квантовый компьютер: базовая теория квантовых вычислений основана на атоме, идея заключается в использовании атома в качестве микрокалькулятора для вычисления 0 (ноль) и 1 (единица).

Любой атом вращается естественным образом, согласно физике, и это вращение может быть как вращением вверх, так и вращением вниз, т.е. вверх и вниз. Если мы посмотрим на цифровую технику, то все сохраняется в форме 0 и 1, т.е. восходящий спин атома может быть равен 1, нисходящий спин может быть равен 0, но если атомный спин будет обнаружен, он будет равен 0. Итак, он может быть как на верхней, так и на нижней стороне одновременно, поэтому он называется кубитом, потому что это не то же самое, что бит на обычном компьютере. Квантовые биты, также известные как кубиты, отличаются от битов тем, что информация в битах может принимать форму либо 0, либо 1, тогда как информация в кубитах может принимать форму либо 0, либо 1. Это может быть в значении 0 или 1.

Таким образом, компьютер, использующий квантовые основы для вычислений и решения наших сложных вычислений, становится квантовым компьютером.

Сообщается, что 40-кубовый квантовый компьютер имеет вычислительную мощность, аналогичную современным суперкомпьютерам, и способность вычислять данные намного быстрее, чем современные суперкомпьютеры.

Наших суперкомпьютеров сейчас недостаточно для решения наших последних проблем

До сих пор мы полагались на суперкомпьютеры для решения большинства проблем. Это чрезвычайно мощные традиционные компьютеры с тысячами ядер CPU и GPU. С другой стороны, суперкомпьютеры не очень хорошо подходят для решения определенных типов задач, которые на первый взгляд кажутся простыми. Вот почему квантовые компьютеры необходимы.
например : Рассмотрим следующий сценарий: вам нужно рассадить десять привередливых людей на званом обеде, и из всех мыслимых комбинаций существует только одна идеальная схема рассадки. Сколько различных комбинаций вы должны попробовать, прежде чем остановиться на лучшей?
Используя формулу факториала N, получается 3 628 800, т.е. 3 миллиона комбинаций всего лишь для 10 человек.
Поэтому, если мы создадим более масштабную версию таких проблем, потребуется более надежное и экономичное решение.

Кроме того, суперкомпьютерам не хватает рабочей памяти, чтобы справиться с многочисленными комбинациями реальных ситуаций, более крупные версии этих типов задач сбивают с толку даже наши самые мощные суперкомпьютеры.
Каждая комбинация должна быть проанализирована суперкомпьютерами одна за другой, что может занять много времени.

Квантовые компьютеры быстрее

Квантовые компьютеры могут представлять эти огромные проблемы в огромных многомерных пространствах, созданных квантовыми компьютерами. Это то, на что традиционные суперкомпьютеры не способны.

Затем используются алгоритмы интерференции квантовых волн, чтобы найти решения в этой области и перевести их обратно в удобные и понятные формы.

Поиск Гровера — многообещающий квантовый алгоритм, использующий эти принципы. Предположим, вам нужно найти один элемент из списка из N. На традиционном компьютере вам пришлось бы проверять в среднем N/2 элементов, а в худшем случае вам пришлось бы проверять все N.
На квантовом компьютере поиск Гроувера найдет предмет после проверки примерно N из них. Это обеспечивает значительное улучшение скорости обработки и экономию времени. Например, предположим, что вам нужно найти один элемент из списка из одного триллиона, и проверка каждого элемента занимает одну микросекунду:
Таким образом, традиционный компьютер займет около недели.
Квантовому компьютеру потребуется около 1 секунды, чтобы завершить его.
Поэтому они отлично подходят для задач оптимизации.

Квантовые компьютеры изменят ландшафт безопасности данных. Несмотря на то, что квантовые компьютеры будут способны взломать многие современные схемы шифрования, ожидается, что они разработают защищенные от взлома альтернативы.

Квантовый компьютер Google Sycamore выполнил вычисления менее чем за четыре минуты (200 секунд), на которые у самого мощного компьютера в мире ушло бы 10 000 лет. Это запуск первого в мире полностью работающего квантового компьютера, который будет способен производить более качественные лекарства, развивать более умный искусственный интеллект и решать космические тайны.

Размер имеет значение

Квантовые компьютеры могут стать огромными с точки зрения вычислительных возможностей. На самом деле, в настоящее время они размером с бытовой холодильник с блоком управления размером со шкаф.

Квантовые биты, или кубиты (CUE-биты), используются так же, как биты используются в обычном компьютере для хранения информации в квантовой форме.

Внедрение комбинаций передовых технологий

Сверхтекучие жидкости: Сверхтекучие жидкости использовались для охлаждения сверхпроводников. Мы охлаждаем эти сверхпроводники до сотой доли градуса Цельсия выше абсолютного нуля, что является теоретически самой низкой температурой, допускаемой физикой.

Сверхпроводники : когда электроны проходят через сверхпроводники, они образуют куперовские пары, которые проходят через квантовый туннель, известный как переход Джозефсона.

Управление: сверхпроводящий кубит. Мы можем регулировать поведение кубита и заставить его хранить, модифицировать и считывать информацию, запуская в него фотоны.

Суперпозиция: кубит сам по себе бесполезен. Однако мы можем генерировать большие вычислительные пространства, создавая множество и соединяя их в состоянии, известном как суперпозиция. Затем мы используем программируемые вентили для выражения сложных проблем в этой области.

Запутанность : Квантовая запутанность позволяет кубитам оставаться полностью связанными, несмотря на их случайное поведение. Конкретные сложные проблемы можно решать более эффективно и быстро, используя квантовые алгоритмы, использующие преимущества квантовой запутанности.