Kvantno računanje: stvarni izmjenjivač igara

Slikovni krediti: sinkronizirana recenzija na mediju

Kvantno računarstvo postaje jedno od najrazgovaranijih o novoj tehnologiji iako to još ne postoji u potpunosti.
Tehnologija je značajno napredovala posljednjih godina, naši su mobilni telefoni postali moćniji od računala koje je NASA koristila za stavljanje čovjeka na Mjesec i svakim danom je sve bolje.

U bliskoj budućnosti kvantna računala drastično bi promijenila naš svijet.
Pa zašto bih uopće danas o tome studirao? Moj je odgovor jednostavan, to će biti velika promjena u igrama u svijetu računarstva kakvu poznajemo. Microsoftov istraživački laboratorij predviđa da bi kvantna računala započela zamijeniti naša klasična računala u narednih 10-15 godina. Pod klasičnim računalima mislim na elektroničke uređaje poput naših prijenosnih računala, telefona itd.

U ovom bih članku pokušao odgovoriti na 4 glavna pitanja koja se postavljaju kad se pojavi predmet kvantnog računanja.
1. Što je kvantno računalo?
2. Koja bi područja kvantna računala utjecala na ono što radimo?
3. Postoje li danas kvantna računala?
4. Koji su danas dostupni alati za kvantno računanje?

Izbjegavao bih korištenje nekih velikih fizikalnih terminologija u ovom članku i pokušao objasniti jednostavnim riječima, pa prijeđimo na to.

Što je kvantno računalo?

Kvantno računanje je računanje koristeći kvantno-mehaničke pojave, poput superpozicije i zapletenosti. Wikipedija

Ta me je definicija zbunjivala i zato pokušajte da je napišem vlastitim riječima.

Da bismo definirali kvantno računalo, neka prvo shvatimo što su to klasična računala. Na temeljnoj razini sva kvantna računala koriste tranzistor, tranzistor može biti u jednom od dva stanja; stanje uključenosti ili isključeno, u računalnom smislu reći ćemo 1 ili 0, te informacije o stanju su ono što malo nazivamo (najmanja jedinica informacija unutar računala). Da bi radilo klasično računalo moramo kombinirati različite bitove (postoje u stanju uključenosti ili isključeno) i tranzistore zajedno. Povećanje broja bita na računalu znači porast podataka koje računalo može obraditi. Mnogo tranzistora je sastavljeno da tvore ono što nazivamo računalnim čipovima, a oni čine građevinske blokove klasičnih računala kakve danas poznajemo.

Kvantna računala ne koriste bit kao što smo vidjeli gore, osnovna jedinica kvantnog računala poznata je kao qubit što je kratak oblik za kvantni bit. Pratite me sada pomno, dok malo može postojati samo u stanju uključenosti ili isključeno, qubit može postojati u jednom stanju, naime: uključeno, isključeno ili oboje uključeno i isključeno. U osnovi, qubit može predstavljati i obraditi više stanja istovremeno, to ga čini bržim i učinkovitijim.

Analogija Maze zasluga Chucka Batesa

Razmotrimo putovanje labirintom koristeći koncept kvantnog i klasičnog računala.

Kada se rješava labirint na klasičnom računalu, računalo se ponovno pokreće za obradom informacija iznova kad se zaustavi u slijepoj ulici, to je zato što bit može postojati samo u jednom stanju u određenom trenutku. Slika ispod pokazuje kako bi klasično računalo riješilo labirint.

Kako bi klasično računalo riješilo labirint

S druge strane, kvantno računalo riješilo bi labirint prateći sve moguće staze istovremeno, to je zbog toga što kubit može istovremeno postojati u stanju uključivanja i isključivanja.

Kako bi kvantno računalo riješilo zagonetku Maze

Kbit se prilično dobro mjeri, za obradu snage 64bit na klasičnoj trebalo bi samo 4 kvita na kvantnoj strani, ona je tako visoka da bi 300 kbit dao oko 2 X 10⁹⁰ bit.

Koja bi područja kvantna računala utjecala na ono što radimo?

Kvantna računala utjecala bi na mnogo onoga što u svijetu računanja danas poznajemo, samo bih naveo nekoliko. Opseg ovog članka neće zaista duboko ući u to kako će se to dogoditi.

Strojno učenje: Kvantno strojno učenje (QML) implementiralo bi složenije algoritme poput klasifikacije podataka, prepoznavanja uzoraka, sortiranja, prepoznavanja itd. Posao detektivskih organizacija poput FBI-a i CIA-e bio bi mnogo lakši jer bi kvantna računala dala ogromnu računalnu snagu kako biste dobili potrebne informacije, ovo je samo jedan slučaj upotrebe.

Sigurnost i kriptografija: javni i privatni ključ matematički su povezani da se javni ključ može lako proizvesti pomoću privatnog ključa, ali obrnuto postaje toliko teško da se ispostavilo da postoji sigurnosna značajka. To omogućava šifriranu komunikaciju putem interneta, predviđa se da bi kvantno računalo moglo preokrenuti tu radnju tako da se javnim ključem može proizvesti privatni ključ jer može brže pretraživati ​​kombinacije.
Prije nego što požurite zatvoriti sve svoje internetske račune, imajte na umu da slijedi istraživanje kako bi se riješilo ovo veliko predloženo kršenje, poznato je i kao post kvantna kriptografija. To će nam pomoći da osiguramo naše aplikacije u budućnosti.

Tržište dionica / Forex trgovanje: Predviđam da će prvi ljudi koji koriste kvantna računala na burzi zarađivati ​​mnogo novca, to je zato što će imati pristup točnijim informacijama s malo mjesta za pogreške kod snage koja dolazi s kvantom računala.

Blok lanac: Neki kažu da bi kvantna računala bila kraj blockchain tehnologiji. Iskreno mislim da postoji mogućnost da se to dogodi, možda ovdje ne bih mogao puno razgovarati o tome. Shaan Ray pokušava odgovoriti na ova pitanja u svom srednjem postu, možda biste trebali provjeriti i ovaj nevjerojatan post u hackernoon.

Umjetna inteligencija: Ako mislite da je AI moćan s klasičnim računalnim mozgom, zamislite njegove mogućnosti s kvantnim mozgom.

Popis je beskrajan, mogli bismo nastaviti i o tome kako će utjecati, medicina, znanost i istraživanje, financijsko tržište, razvoj softvera, računalstvo u oblaku itd.

Postoje li kvantna računala danas?

Da, jesu, ali nisu u potpunosti optimizirane za osobnu upotrebu, postoje neke tvrtke koje ih danas koriste uglavnom u istraživačke svrhe. Startup poput Rigettija koristi kvantno računanje da bi napajao svoje usluge u oblaku.
Velika imena poput Googlea, IBM-a i Microsofta nisu izostavljena, u stvari, Google posjeduje kvantni stroj od 72 kbita (najveći na svijetu u vrijeme ovog pisanja.
Ali moram reći da je većina posla obavljenog s kvantnim računalima u fazi istraživanja i ove tvrtke crpe sredstva kako bi ovo postigle u industrijskoj razmjeri, svijet čeka da vidi tko će napraviti prvi veliki iskorak s ovom tehnologijom.

Koji su danas dostupni alati za kvantno računanje?

Danas se mogu započeti s kvantnim računanjem različitih alata. Regetti ima internetsku zajednicu fizičara i programera koji surađuju u razvoju kvantnih programa i aplikacija, zatišji kanal je nevjerojatno mjesto i tamo sam sreo stvarno svijetle umove. Detalje o Regetti zajednici pogledajte ovdje.

Jedan od najzanimljivijih alata koji je danas dostupan je Microsoftov komplet za razvoj softvera Quantum, koji je besplatno dostupan i sadrži tri komponente; Q # programski jezik, kvantni simulator i Tutoriali, primjeri i katalozi.
Q # je posebno izrađen za kvantno računanje i njime upravlja Microsoft, dobro funkcionira na vizualnom studiju.
Kvantni simulator može se pokrenuti na vašem lokalnom stroju ili na oblaku Azure, omogućava programerima testiranje, pokretanje i uklanjanje pogrešaka kvantnih algoritama, može se preuzeti ovdje.

Microsoftovi vodiči i primjeri ovdje su na GitHubu.

Nadam se da ste ovaj članak proučili uvidom, hvala na čitanju.