Последние годы чётко обозначили тенденции на ближайшее будущее: технологии будут продолжать своё активное развитие; их будут повсеместно внедрять в самые разные сферы жизнедеятельности человека. Один из инструментов, благодаря которым можно достичь столь высоких целей, – это квантовые технологии. Остановимся на них поподробнее.
С чего всё начиналось
Кажется, настало время вспомнить законы и определения из области физики, так как кванты относятся непосредственно к ней. Квантовые технологии считаются одной из наиболее перспективных областей физики благодаря активному развитию сферы. Основной предмет исследований – это квантовая механика, а также разработка инноваций на основе кванта. Напомним, что квантом называется неделимая частица, будь то атом или фотон.
Может показаться, что квантовые технологии – это нечто запредельное и далёкое от повседневности. Это не совсем так. Даже всем привычные плоские телевизоры и смартфоны – это результаты разработок, сделанных в области квантовой физики.
Три кита квантовых технологий
Квантовые технологии используются в широком спектре областей. Основные направления применения квантов можно условно разделить на три крупные группы:
- Квантовые вычисления. Расчёты ведутся постоянно, в какую область не загляни: экономика, медицина, технические науки, менеджмент и прочие. Так, квантовые вычисления активно применяются в информационных технологиях (создание ИИ), медицине (создание новых лекарств и методов лечения), финансах (прогнозирование, расчёт рисков, инвестиционные предположения), менеджменте (оптимизация бизнес-процессов, поиск наиболее сбалансированных управленческих решений) и логистике (составление расписаний, анализ трафика, создание более оптимальных маршрутов);
- Квантовые коммуникации. Ещё одна область, без которой уже невозможно представить современную жизнь, – это общение и связь. Задача квантовых коммуникаций – сделать эти процессы максимально безопасными для всех их участников. Суть заключается в передаче информации/необходимых данных от одного пользователя к другому с помощью квантовых объектов при распределении криптографических ключей. Ключи к информации находятся только в руках участников коммуникации, а значит риск взлома системы значительно снижается;
- Квантовые сенсоры. Под этим названием подразумеваются устройства, в основе своей имеющие явления и эффекты квантовой физики. Их активно используют в медицине и энергетике. В первом случае квантовые сенсоры позволяют измерять активность магнитных полей, создаваемых человеческим мозгом. Кроме того, они могут быть использованы во время диагностики различных заболеваний благодаря действию на клеточном и молекулярном уровнях. В энергетике же квантовые сенсоры обеспечивают лучшее качество изображения, помогают распределять энергию по различным сетям, ускоряют поиски нефти и полезных ископаемых.
Польза квантов для общества
Перед лицом современных технологий у их квантовых собратьев есть несколько преимуществ:
- Сохранность информации. Благодаря сложности системы и такому же непростому устройству квантов получить информацию путём взлома или кражи практически невозможно;
- Возможность решать сложные задачи. Уровень развития квантовых технологий позволяет решать вопросы такой сложности, что привычным компьютерам понадобилось бы 50 лет для нахождения ответов. Делается это посредством использования множества инструментов, например, криптоанализа, моделирования задач и прочих;
- Защита от помех. Квантовые технологии гарантируют бесперебойную работу устройства, в которое они были встроены. Опять-таки благодаря сложности устройства и укреплению защитных систем различные устройства могут быть использованы для решения даже нестандартных задач;
- Быстрые расчёты. За счёт того, что кванты работают гораздо быстрее привычных нам систем, устройства на основе квантовых технологий производят расчёты гораздо точнее и стремительнее.
Возможности использования
На самом деле, квантовые технологии уже успели покорить немалое число областей за счёт своих характеристик. С помощью квантов предсказывают погоду, разрабатывают новые системы безопасности для киберпространства, создают аккумуляторы нового поколения. Кванты используются в солнечных батареях; при получении «чистых» удобрений также используются неделимые частицы. Есть и другие сферы, где кванты завоевали собственную нишу:
- Маркетинг и реклама. Квантовые алгоритмы, используемые в компьютерных программах, способны анализировать истории просмотров пользователей интернета и социальных сетей, их предпочтения, требуемые товары и услуги. Базируясь на полученных данных, технологии генерируют различные виды рекламы, которые, по прогнозам, должны точнее всего угадывать боли покупателя и привлекать его внимание к продукции конкретных компаний;
- Финансовое моделирование. Современные рынки – это сложнейшие системы, элементы которых тесно взаимосвязаны. Чтобы произвести анализ и на его основе построить возможные варианты развития событий, требуется мощная техника. И таковая имеется – квантовые компьютеры. Посредством их использования компании не только помогают управлять рисками и уменьшают требования к капиталу, но и увеличивают инвестиционную прибыль и ищут новые возможности для инвестирования;
- Создание лекарств. С течением времени прежние методы лечения устаревают. Поэтому учёные активно работают над созданием новейших лекарств, которые будут обладать лучшими характеристиками. В этом им помогают квантовые технологии. С их помощью врачи разрабатывают новые методы лечения (основанные на связи между геномами и результатами лечения), создают новейшие биологические продукты и предпринимают меры для повышения эффективности лечения;
- Искусственный интеллект. Та самая область, о которой говорят все. Создание столь мощного механизма требует соответствующих составляющих элементов, прочных и с долгим сроком службы. На помощь вновь приходят кванты и технологии, которые их используют. Квантовые компьютеры считаются самыми мощными на данный момент времени. Так что искусственному интеллекту без них никуда;
● Физика элементарных частиц. Фундаментальные науки также не стоят на месте в своём развитии. Чем больше мы знаем, тем больше наш потенциал к познанию. Мир элементарных частиц необычайно сложен. Для работы с ним требуются высокоточные и чувствительные приборы. С поставленной задачей отлично справляются квантовые технологии! Посредством такой техники можно проводить требуемые испытания и не беспокоиться о безопасности эксперимента.
Последнее слово в мире квантов
Несмотря на популярность квантовых технологий и все те возможности, которые они открывают, их внедрение по-прежнему остаётся сложным процессом. Дело не только в дороговизне: само применение квантов подразумевает высокий уровень техники и приборов, в которых частицы могут быть использованы.
Однако первые шаги на этом пути уже сделаны: в 2017 году в Китае открыли первую в мире квантовую линию связи между Шанхаем и Пекином. 2016 год ознаменовался запуском первого квантового спутника – «Мо-цзы». Его основная задача – это обеспечение полной безопасности каналов связи между Пекином и Веной. Не отстают и крупные международные корпорации. Так, компания Microsoft активно использует Azure Quantum – сервис, обладающий доступ к квантовым вычислениям.
Квантовые технологии – это сложнейшие механизмы, пусть даже в их основе лежат элементарные частицы. При правильном использовании они способны продвинуть человечество вперёд и открыть перед ним новые горизонты. Однако то, как будут использоваться кванты в дальнейшем, зависит от самих людей. Последствия наших действий продемонстрирует лишь время.
Автор – Мария Макеева
