„Informacinių technologijų pasaulyje galime susidurti su didžiausia revoliucija nuo tranzistoriaus išradimo: kvantinio skaičiavimo.
Tačiau kas iš tikrųjų yra kvantinė kompiuterija ir kodėl ji artimiausiais metais gali iš esmės ir ilgam pakeisti mūsų visuomenę ir ekonomiką?
Kvantinė kompiuterija informacijai apdoroti naudoja kvantinės mechanikos principus. Kvantinio kompiuterio centre yra kubitai (kvantiniai bitai), mažiausi kvantinės informacijos vienetai. Priešingai, nei klasikiniai bitai, kurie įgauna 0 arba 1 reikšmę, kvantinė savybė – kubito superpozicija – leidžia vienu metu pavaizduoti abi būsenas. Tai reiškia, kad kvantinis kompiuteris gali atlikti kelis skaičiavimus lygiagrečiai, o klasikinis kompiuteris turi juos apdoroti nuosekliai.
Kitas centrinis kvantinio skaičiavimo elementas yra kvantinis susipynimas [1]. Šiame reiškinyje du ar daugiau kubitų gali būti sujungti taip, kad vieno kubito būsena tiesiogiai paveiktų kito būseną, nepaisant erdvinio atstumo tarp jų. Galima sakyti „stipresnė, nei įprasta koreliacija“. Šio tipo ryšys leidžia kvantiniams kompiuteriams išspręsti sudėtingas problemas, kuriose vienu metu pateikiami visi sprendimų ir įtakos deriniai. Klasikiniai kompiuteriai su tuo negali susidoroti.
Dėl šių savybių kvantinis kompiuteris gali duoti eksponentinį pagreitį, atliekant tokias užduotis, kaip sudėtingi optimizavimo, mašininio mokymosi ir modeliavimo skaičiavimai, pavyzdžiui, gydant vėžį ar logistikos problemas, ir rasti klasikinių kompiuterių kokybės sprendimus.
Pirmieji kvantiniai kompiuteriai
Kvantinio skaičiavimo teorija yra kvantinė fizika. Tai prasidėjo XX amžiaus pradžioje ir ją propagavo tokie mokslininkai, kaip Maxas Planckas, Albertas Einšteinas ir Nielsas Bohras.
Tačiau realus veikiančio kvantinio kompiuterio sukūrimas pastaraisiais metais pasirodė esąs itin sudėtingas ir dar nebuvo baigtas iki šiol. Nes: kubitai itin jautriai reaguoja į juos supančią aplinką; viskas nuo temperatūros svyravimų iki kosminių spindulių gali sutrikdyti jų sąlygas. Pirmoji reali pažanga kvantinių kompiuterių gamyboje buvo padaryta 1990-ųjų pabaigoje ir 2000-ųjų pradžioje. Tyrėjai pradėjo kurti metodus, kaip kubitus sudėti į „superpoziciją“ ir išlaikyti juos pakankamai stabilius, kad būtų galima atlikti skaičiavimus.
Kas jau įmanoma šiandien: hibridinis kvantinis skaičiavimas
Hibridinis kvantinis kompiuteris sujungia kvantinių kompiuterių ir klasikinių kompiuterių stipriąsias puses. Didžiulis kvantinių kompiuterių našumo potencialas kartu su klasikinių kompiuterių tvirtumu ir universalumu lemia anksčiau nežinomą skaičiavimo galią, leidžiančią greitai ir patikimai išspręsti sudėtingiausias problemas.
Hibridinė sistema naudoja kvantinį kompiuterį tam tikroms problemos dalims, kurios klasikinėms sistemoms būtų sudėtingos arba atimtų daug laiko, tvarkyti, o kitose darbo eigos dalyse ji remiasi klasikiniu kompiuteriu. Hibridiniai algoritmai problemą suskaido į dalis, kurias galima išspręsti kvantiniame kompiuteryje ir tas, kurias galima išspręsti klasikiniame kompiuteryje.
Pavyzdžiui, kvantinis kompiuteris gali būti naudojamas sudėtingam modeliavimui atlikti, o klasikinis kompiuteris apdoroja ir analizuoja duomenis, gautus iš to modeliavimo. Įdomi hibridinių algoritmų kūrimo sritis yra imituotų kvantinių lustų naudojimas. Šie imituoti QPU (Quantum Processing Units) veikia klasikiniuose superkompiuteriuose ir imituoja tikro kvantinio kompiuterio funkcionalumą. Nors jie nesuteikia tikrojo kvantinio lusto kvantinio lygiagretumo, jie vis tiek turi reikšmingų pranašumų. Pirma, jie yra be klaidų ir nėra jautrūs trikdžiams, turintiems įtakos tikriems QPU. Tai pašalina sudėtingų klaidų taisymo metodų, tokių kaip fiziniuose kvantiniuose kompiuteriuose, poreikį.
Kitas pagrindinis modeliuojamų QPU pranašumas yra jų pilnas kubitų ryšys. Fiziniuose kvantiniuose kompiuteriuose ne kiekvienas kubitas gali tiesiogiai sąveikauti su kiekvienu kitu, bent jau ne daugeliu atvejų. Vietoj to, yra specifinių ryšio modelių, kuriuos lemia fizinis lusto išdėstymas ir technologija. Kita vertus, imituotus QPU galima suprogramuoti taip, kad kiekvienas kubitas sąveikautų su kiekvienu kitu, o tai gali būti labai naudinga tam tikriems algoritmams ir modeliavimui.
Įmonės ir mokslininkai jau gali tai padaryti su hibridiniais algoritmais, kurie naudoja imituotus QPU sukurti tikrą pridėtinę vertę šiandien. Jie leidžia pasinaudoti kvantinio apdorojimo pranašumais net tada, kai fizinis kvantinis kompiuteris nepasiekiamas arba nepraktiškas. Tokios modeliuojamos sistemos yra ypač naudingos tyrimų ir plėtros etape, nes leidžia mokslininkams išbandyti ir optimizuoti kvantinius algoritmus kontroliuojamoje ir suprantamoje aplinkoje.
Apskritai hibridiniai algoritmai, kurie išnaudoja tiek imituojamų, tiek realių kvantinių sistemų pranašumus, yra lankstus ir galingas būdas ištirti ir išnaudoti kvantinio skaičiavimo pranašumus, įveikiant technologijos iššūkius ir apribojimus." [2]
2. Wie Quantum Computing die Gesellschaft verändert
Frankfurter Allgemeine Zeitung (online)Frankfurter Allgemeine Zeitung GmbH. Dec 5, 2023. Von Florian Neukart
Komentarų nėra:
Rašyti komentarą