Пару лет назад я думала, что квантовая механика - это теоретическая наука, которая не имеет практических применений: больше нет.
В последние годы мы стали свидетелями появления квантовых вычислений, возглавляемых такими компаниями, как D-Wave, Rigetti Computing и IBM.
В двух словах, квантовые вычисления революционизируют вычисления, позволяя нам решать сложные вычислительные проблемы, которые были бы невозможны на классических компьютерах.
Например, с классическими компьютерами:
- Фармацевтическая компания занимает более 10 лет, чтобы выйти на рынок, и каждый препарат стоит миллионы.
- Функции в машинном обучении ограничены вычислительными препятствиями.
С квантовыми компьютерами:
- Экспоненциально увеличивается скорость изучения в таких сферах, как моделирование белка и геномика.
- Экспоненциально увеличивается скорость в машинном обучении в таких сферах, как машины с векторной квантовой поддержкой.
И ключевое слово: экспоненциально.
Мы даже не можем понять масштабы, в которых квантовые вычисления меняют наш мир. Это почти как в 1970-х, как раз перед выходом компьютеров. Мы не знали, что сегодня мы будем с компьютерами в каждой отрасли и хозяйстве. Это безумие, как сильно мы зависим от них сейчас. И поскольку это экспоненциально, будущее будет еще безумнее.
В будущем квантовая механика:
- Сделает возможным моделирование воздействия специфических заболеваний и возможных методов лечения людей как на отдельных индивидуумов, катализируя персонализированную медицину. (Представьте себе, что вы проживете на 5, 10, а может, и еще на 100 лет больше?!)
- Будет питать искусственный супер-интеллект, предоставляя безумное количество необходимой вычислительной мощности
- Подстегнет инновации в области геномики, легковых автомобилей, сельского хозяйства…
- ... и многое другое!
Теперь, когда вы поняли, насколько важны квантовые вычисления, давайте углубимся в то, как они работают. Квантовые вычисления приводятся в действие явлениями в квантовой механике. Я уверен, что мы все слышали такие термины, как запутанность или суперпозиция.
Квантовая механика отлична от физики, которую мы испытываем каждый день, и поэтому она кажется такой странной. Мы наблюдаем классическую физику с самого рождения и принимаем эти предположения в качестве первых принципов.
Например, мы знаем, что упавший предмет падает на землю под действием силы тяжести. Но подождите, это наблюдение все еще является предположением. Гравитация - это предположение, которое мы сделали; и это предположение оказалось ложным в общей теории относительности Эйнштейна!
Я хочу сказать, что классическая физика построена на предположениях. Если бы вы родились без сознания и внезапно стали разумными через 7 лет, вы бы не поняли физику вокруг себя. Квантовая физика не отличается от классической физики, она просто другая.
Поэтому не будьте предвзятыми и бросьте вызов своим фундаментальным принципам, пока мы выясним, как квантовая механика поддерживает квантовые вычисления. Одно из фундаментальных различий между квантовыми и классическими компьютерами заключается в том, как они хранят данные. Это отличный момент, чтобы начать понимать силу квантовых компьютеров.
В классических компьютерах:
- Одна единица данных сохраняется как 1 или 0, и называется битом
В квантовых компьютерах:
- Одна единица данных может быть сохранена как 1 или 0, но также может быть 1 и 0. Это называется кубитом.
Подождите, что это значит? 1 и 0 ? Это явление известно как суперпозиция. У вас есть суперпозиция как 1, так и 0 одновременно. Здесь вещи становятся странными. Итак, мы узнаем простой способ понять это , приведя аналогию.
При других интерпретациях суперпозиция может пониматься как вероятностная волновая функция. Я могу написать более техническую статью в будущем, но эту интерпретацию легче понять.
Допустим, вы организовали ужин и должны решить, где разместить гостей. Для простоты, скажем, у вас есть только 3 гостя и 2 стола для их размещения. Дело в том, что некоторые из этих гостей не долюбливают друг друга, а другие хорошо общаются. Скажем так:
- Человек А и С - друзья
- Человек А и В - не ладят
- Человек B и C - не ладят
В этой ситуации вы хотите, чтобы друзья собрались в одном месте, а те кто не ладят между собой были раздельно.
Это более углубленная тема, но для того, чтобы получить представление о том, как все это работает, требуется очень много времени. Но после достаточно долгого контакта с этой темой, вы начинаете всё отчётливо видеть. Квантовая механика ничем не отличается от классической физики. Просто она немного другая.
