Fysik

Loppet för kvantöverhöghet: 7 skäl till varför människor är så glada över kvantdatorer

Loppet för kvantöverhöghet: 7 skäl till varför människor är så glada över kvantdatorer


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Under hösten förra året kanske du har sett några artiklar som flyter runt på internet som meddelar att Google har uppnått kvantöverhöghet. Även om termen kvantöverhöghet låter som den titel du får efter att ha gått på en tio-personers killstreak under en sci-fi-flerspelarkampanj är idén att Google når kvantöverhöghet en massiv utveckling i världen av kvantberäkning .

För de oinitierade är kvantöverhöghet en term som används i kvantberäkningens värld som beskriver ögonblicket då en programmerbar kvantanordning kan lösa ett problem som ingen klassisk dator genomförbart kan lösa.

I Googles fall och beskrivs i detalj i deras publicerade tidning meddelade sökjätten att dess 54-bitars Sycamore-processor kunde utföra en beräkning i 200 sekunder det skulle ha tagit över världens mest kraftfulla superdator 10 000 år att lösa. Nu möttes Googles kvantöverhöghet med viss granskning och utmaningar från konkurrenter som IBM. Ändå välkomnade det övergripande forskarsamhället det historiska ögonblicket för kvantberäkning. Ändå undrar du förmodligen varför det finns så mycket hype kring kvantberäkning, och om det direkt kommer att påverka ditt liv.

Tja, idag har du tur. Vi kommer att lyfta fram några av de största anledningarna till att människor är så glada över kvantberäkning och hur denna framväxande teknik kommer att forma ditt liv mycket snart. Men vi går före oss själva. Innan vi hoppar in i hur kvantberäkning kommer att påverka världen, låt oss ge dig en snabb introduktion till kvantberäkning.

Kvantberäkning började verkligen väcka intresse 1994, när matematikern Peter Shor utvecklade en kvantalgoritm som effektivt kunde hitta de viktigaste faktorerna för ett stort antal, vilket innebär att dessa algoritmer kunde lösa problemen i en tid av praktisk relevans, något som är bortom förmågan av "toppmoderna klassiska algoritmer."

Hur är detta möjligt? Både kvantdatorer och klassiska datorer försöker lösa problem; hur de manipulerar data för att få svar är emellertid i grunden mycket olika.

1. Kvantberäkning baseras på "spöklik" vetenskap

Som du antagligen gissat, ser kvantberäkning ut till kvantvärlden för att fungera, driven av två principer för kvantmekaniköverlagring och intrassling. Superposition kan vara lite kontraintuitivt men ha det med oss.

Kort sagt, superposition hänvisar till kvantfenomenet där ett kvantsystem kan existera i flera tillstånd eller platser samtidigt. Med andra ord kan något vara "här" och "där" eller "upp" och "ner" samtidigt. Tänk på det som att ha ett datorsystem som kan vara både 1 och 0 samtidigt. Denna princip lägger ram för en kvantdatorns grundläggande informationskomponent, en qubit.

Qubits spelar en liknande roll som bitar i en dator. Som beskrivs i Frontiers of Engineering: Reports on Leading-Edge Engineering från 2018 års symposium, "I klassisk beräkning är bitar transistorer som kan vara av eller på, motsvarande tillstånden 0 och 1. I qubits som elektroner, 0 och 1 motsvarar helt enkelt tillstånd som de nedre och övre energinivåerna som diskuterats ovan. "

"Qubits skiljer sig från klassiska bitar, som alltid måste vara i tillståndet 0 eller 1, genom sin förmåga att vara i superpositioner med varierande sannolikheter som kan manipuleras av kvantoperationer under beräkningar."

Kort sagt, kvantdatorer utför beräkningar baserat på sannolikhetsobjektets tillstånd innan det mäts, så att de har potential att exponentiellt mer data jämfört med klassiska datorer. Detta är vad som gör kvantberäkning speciell. På grund av superpositionsprincipen kan vi lösa flera problem på olika sätt.

2. Kvantdatorer kan "hålla osäkerhet" i huvudet

Tänk dig till exempel att du frågade både en kvantdator och en klassisk dator för att ta reda på hur man skulle komma ur en labyrint. Den traditionella datorn skulle pröva varje gren och utesluta alla vägar tills den hittar sin väg ut på rätt spår. Medan en kvantdator kommer att prova alla rutter på en gång. En kvantdator kan "hålla osäkerhet i huvudet."

Kvantdatorer kommer att användas för att ta itu med några av de viktigaste frågorna i världen, allt från artificiell intelligens till sjukvård. Är du upphetsad än?

3. Kvantberäkning hjälper oss att inleda en tid av artificiell intelligens

Som du förmodligen redan är medveten om kommer artificiell intelligens att förändras nästan alla aspekter av samhället. Faktum är att du redan har sett effekterna av AI i våra smarta hem, inom sjukvården och inom transport. Ändå är vi fortfarande långt ifrån världen av allmän AI, AI som kan tänka och agera som människor.

Kvantbearbetning kommer att erbjuda utvecklingsvärlden av artificiell intelligens mer datorkraft, vilket i sin tur kommer att leda till mer robusta AI-system som bättre kan förstå oss, "tänka själva", erbjuda effektivare maskininlärning och bättre lösa små och stora problem. Kvantbearbetning kan vara ett tryck som vi behöver för att komma bortom smal AI.

4. Vi får bättre cybersäkerhet

Grunden för onlinesäkerhet är beroende av att ett stort antal tas med i primtal. Som vi nämnde ovan är kvantdatorer utmärkta på detta. Men den eventuella utbredda antagandet av kvantdatorer kommer i slutändan att göra våra krypteringsmetoder föråldrade.

Kvantdatorer kan bli ett allvarligt hot i fel händer. Ändå är den goda nyheten att framväxande teknik också används för att utveckla nya krypteringsmetoder och för att skapa ultrasäker kommunikation tack vare kvantmekanikens egenskaper som driver datorerna.

5. Kvantdatorer används redan för att utveckla spännande ny teknik

Kommer du att få tag på en kvantenhet? Eller någon ny Apple Quantum-dator? Troligtvis inte. Kvantbearbetning kommer att användas av tekniska företag, organisationer, FoU, finansinstitut etc. Ännu mer så finns det företag just nu som använder kvantdatorer.

Google använder för närvarande dem för att förbättra programvaran som finns i autonoma fordon och för att bättre modellera kemiska reaktioner. Men om du är intresserad av att leka med en kvantdator kan du komma åt IBMs kvantdator via dess webbplats och spela några kortspel med den om du vill.

6. Väderprognoser blir mycket mer exakta

Väderprognoser är mycket exakta men har fortfarande sina brister. Att förutsäga exakt vädret går långt utöver att bara behöva ta ett paraply för dagen. Vädret kan direkt påverka ekonomins tillväxt och funktionalitet.

Enligt Chief Economist Rodney F. Weiher, nästan 30% av den amerikanska BNP ($ 6 biljoner) påverkas direkt eller indirekt av väder, vilket bland annat påverkar livsmedelsproduktion, transport och detaljhandel. Kvantberäkning kommer att inleda en ny tid i väderprognoser och förutsäga naturkatastrofer.

7. Kvantbearbetning hjälper oss att skapa bättre livräddande läkemedel

Som nämnts ovan är en av de viktigaste överklagandena av kvantberäkning dess förmåga att analysera otaliga situationer samtidigt för att ge en lösning. Aktiv läkemedelsforskning kräver att kemister utvärderar interaktioner mellan molekyler, proteiner och kemikalier för att se om läkemedel kommer att förbättra vissa tillstånd eller bota sjukdomar.

Men som du kan föreställa dig finns det en enorm mängd kombinationer som måste analyseras. Kvantbearbetning kan halvera denna kurva och hjälpa kemister att upptäcka livskraftiga läkemedelsalternativ snabbare. Ännu mer så kan kvantberäkning hjälpa till att minska den tid som behövs för utvecklingen av personliga läkemedelsbehandlingar.

Till framtiden

Det finns många anledningar till varför människor bör vara glada över kvantberäkning. Förvänta dig dock inte att se tekniken hänga runt ditt hushåll. Effekterna av kvantberäkning kommer att märkas genom att förbättra livskvaliteten för människor runt om i världen genom att skapa bättre teknik. Ska du vara upphetsad? Självklart. Som konstaterats av Nella Ludlow, "Quantum computing lovar att vara en störande teknik med så dramatiska hastighetsförbättringar att riktiga lösningar på svåra problem kan lösas på timmar och dagar."

"Samma problem skulle ta hundratals år att lösa på våra bästa superdatorer, känd som en klassisk dator, genom att tvinga sig fram och söka igenom alla möjliga lösningar."