В наше время появилось много модных словечек, обещающих изменить или революционизировать мир.
Квантовые вычисления - одно из них.
Несомненно, есть причина, по которой такие технические гиганты, как IBM, Microsoft и Google, борются за звание создателей самых мощных квантовых компьютеров. Фактически, Google уже заявил, что достиг квантового превосходства и его квантовый компьютер работает лучше, чем традиционные компьютеры.
Но что такое квантовые вычисления на самом деле и как достичь квантового превосходства? Давайте сделаем шаг назад и сначала разберемся в основах квантовых вычислений.
Чтобы понять, как работают квантовые компьютеры и провести сравнение, важно знать, как работают обычные традиционные компьютеры. Обычный компьютер использует биты для обработки информации. Биты обычно представлены 0 и 1 и могут принимать только одно значение за раз, а не оба сразу. Так, любой веб-сайт, папка или приложение на устройстве, по сути, состоит из миллионов нулей и единиц, или битов.
Хотя эта система действительно работает эффективно, реальный мир не бинарен и не так прост, как может его видеть традиционный компьютер. Реальный мир намного сложнее и неопределеннее, чем упрощенная информация, обрабатываемая компьютерами.
И здесь на помощь приходят квантовые вычисления.
В то время как традиционные компьютеры работают с битами, квантовые компьютеры полагаются на квантовые биты или кубиты. Вместо того, чтобы принимать значение 0 или 1, кубиты могут принимать два или более значений одновременно - явление, известное как «суперпозиция». Это качество делает квантовые компьютеры такими мощными, что они позволяют им обходить упрощенные модели, с которыми работают обычные компьютеры, и учитывать всю сложность и неопределенность реального мира.
Пример, который Wired использует для демонстрации эффективности квантовых компьютеров - это лабиринт. Традиционный компьютер проверяет каждый возможный результат, один за другим, исключая неверные решения, чтобы найти верное решение лабиринта. Однако квантовые компьютеры рассматривают все варианты одновременно, без очередности.
Безусловно квантовые компьютеры будут бесконечно быстрее и эффективнее решать задачи и находить решения. Нет сомнений в том, что они превзойдут традиционные компьютеры по таким параметрам, как скорость и производительность. Но есть еще и другие возможности, которые открывают квантовые компьютеры – возможности, о которых мы никогда раньше не думали.
Одно из ключевых обещаний квантовых компьютеров - это быстрый рост и развитие искусственного интеллекта. Качество результатов ИИ и машинного обучения, в частности, зависит от качества наборов данных, используемых для обучения моделей. Чем меньше набор данных, тем ниже точность прогнозов, сделанных алгоритмами ИИ. Однако, с мощью квантовых вычислений и способностью генерировать модели можно увеличить набор данных и разнообразить контент, будь то текстовый или визуальный. Этот прорыв особенно важен в медицине, поскольку он позволяет воспроизводить прототипы больных клеток и другие типы молекул для увеличения наборов данных и обучения моделей на основе «реальных» данных.
Еще одна ключевая область, и в некоторой степени угроза, это криптография и безопасность. Сегодня разбивка сложных последовательностей чисел и символов является ключевым препятствием в процессе шифрования. Традиционным компьютерам для взлома сложного шифрования требуется много ресурсов, включая время, финансовые средства и энергию. Но с квантовыми вычислениями взлом даже самого сложного шифрования не будет представляться сложной задачей.
Чтобы противодействовать риску безопасности, который квантовые вычисления могут вероятно представлять, можно использовать квантовое шифрование. Квантовая криптография, или квантовое распределение ключей (QKD), использует одиночные фотоны для обмена отдельными битами ключа. Загвоздка здесь в том, что, если третья сторона пытается скопировать фотоны, создать такие же и направить в сторону получателя, то это может привести к ошибкам в измерениях. Необходимо принимать во внимание и то, что ошибки в измерениях есть всегда. Но в целом квантовое шифрование практически нерушимо.
Когда дело доходит до вопроса о том, насколько мы близки к достижению квантового превосходства, трудно дать однозначный ответ. Квантовые компьютеры не превратятся в технологию, которая используется изо дня в день обычными пользователями, поскольку состояние кубитов очень хрупкое и может быть нарушено при малейшем вмешательстве. Полнофункциональные квантовые компьютеры, скорее всего, в будущем будут использоваться бизнес-подразделениями и учебными заведениями.
Несмотря на все перспективы, которые обещают квантовые компьютеры, еще есть время воплотить их в жизнь. Предстоит еще многое сделать, чтобы задействовать реальный потенциал, который предлагает квантовый компьютер. Но мы определенно на пороге новой эры!