Если вас интересуют суперкомпьютеры, вы можете задаться вопросом: что такое квантовые технологии? Квантовые технологии — это класс технологий, находящихся в авангарде последних достижений компьютерных наук. Квантовые принципы изучаются, проверяются и используются в нескольких областях, но компьютерная наука продемонстрировала самые многообещающие результаты и много первых результатов.
Квантовая технология включает в себя гораздо больше, чем продвижение квантовых вычислений HiTech. Эта статья объяснит, что такое квантовая технология, простыми словами, связанная с квантовыми вычислениями. Мы также рассмотрим два принципа, являющихся ключевыми для понимания квантовой физики, поскольку она связана с технологическими достижениями, квантовой суперпозицией и квантовой запутанностью.
Содержание статьи
Понимание квантовой технологии
Квантовая технология основана на сложных субатомных принципах, определенных квантовой механикой. Квантовая механика — это область физики высокого уровня, изучающая поведение субатомных частиц. Если вы не знаете, что это за частицы: субатомные частицы являются основными строительными блоками всей материи, включая атомы.
Два принципа квантовой механики, на которые в первую очередь опирается квантовая технология, — это квантовая суперпозиция и квантовая запутанность. Эти квантовые принципы позволяют ученым и инженерам создавать компьютеры и другие технологии, которые могут превзойти возможности наших нынешних технологий. Однако, прежде чем исследовать квантовые компьютеры, нам нужно лучше понять квантовую механику.
Что такое квантовая суперпозиция?
Квантовая суперпозиция — это физическая теория, согласно которой субатомные частицы могут существовать одновременно в нескольких состояниях. Это может показаться парадоксальным, но это наблюдаемое явление частиц на субатомном уровне. Суперпозиция необходима для квантовых вычислений, как мы рассмотрим позже. Сейчас важно знать, что частицы могут существовать в нескольких состояниях одновременно.
Чтобы упростить концепцию суперпозиции и познакомить вас с тем, как работают квантовые вычисления, представьте себе двоичный код. Двоичный код состоит из единиц и нулей. Субатомная частица может быть единицей или нулем, или тем и другим одновременно. Это квантовая суперпозиция.
Что такое квантовая запутанность?
Квантовая запутанность возникает, когда два атома запутываются, несмотря на то, что они разделены пространством. Изменения в одном из этих атомов мгновенно изменяют свойства запутанного атома-партнера. Теоретически это атомное явление все еще имело бы место, даже если бы вся вселенная разделила два запутанных атома. Если запутанность сама по себе не была фантастикой, то принципы квантовой механики также говорят, что простое наблюдение за атомом меняет его свойства.
Давайте вернемся к примеру с атомами нашего двоичного кода. Представьте, что у вас есть пара запутанных атомов: первый атом — это единица, а второй — ноль. Из-за квантовой запутанности при изменении свойств первого атома на ноль свойства второго атома мгновенно меняются на единицу или наоборот.
Что такое квантовые вычисления?
Квантовые вычисления — это изюминка квантовой технологии. Квантовые компьютеры используют силу квантовой суперпозиции и запутанности, чтобы превзойти классические компьютеры, с которыми мы все знакомы, по вычислительным возможностям. Но, к сожалению, лучшие современные суперкомпьютеры не могут решать задачи так же быстро, как квантовые компьютеры.
Несмотря на наличие тысяч ядер ЦП и ГП, классические суперкомпьютеры не имеют оперативной памяти для хранения огромных комбинаций, связанных с решением реальных задач. Чтобы понять, как работают квантовые компьютеры и почему они лучше классических компьютеров, нам нужно вернуться к нашему примеру с двоичным кодом.
Базовой единицей информации для классических компьютеров является «бит». Бит представлен единицей или нулем. Компьютеры интерпретируют эти биты и представляют их в широком диапазоне различных форматов, включая слова и изображения. Однако даже самые лучшие классические компьютеры, являющиеся суперкомпьютерами, могут выполнять только одно вычисление за раз.
С другой стороны, квантовые компьютеры могут выполнять несколько вычислений одновременно. Вместо того, чтобы использовать биты для представления информации, квантовые компьютеры используют квантовые биты или кубиты. Кубиты также представлены единицей или нулем. Однако благодаря уникальной природе субатомных частиц и суперпозиции кубиты могут существовать как единица, ноль или и то, и другое одновременно. Используя природу квантовой механики, квантовые компьютеры могут создавать огромные многомерные пространства для представления и решения сложных задач реального мира.
Например, представьте задачу, в которой вам нужно найти один элемент в списке из одного триллиона элементов. Лучшие суперкомпьютеры в мире могут проверить каждый элемент за одну микросекунду. Используя один из этих мощных классических компьютеров, вам потребуется около недели, чтобы решить проблему и найти искомый предмет. Однако, если бы вы использовали квантовый компьютер и квантовые алгоритмы, вы могли бы решить ту же задачу примерно за одну секунду.
Поскольку кубит может представлять все возможности, квантовые компьютеры быстрее и мощнее, чем классические компьютеры. Итак, где все квантовые компьютеры?
Проблемы квантовых вычислений
Как общество, мы одержимы последними и величайшими техническими инновациями. Если квантовые компьютеры настолько превосходят классические компьютеры, почему мы все не используем квантовые вычисления? Квантовые компьютеры полагаются на суперпозицию и запутанность, но эти субатомные состояния не являются стандартными для частиц. Достижение и поддержание квантовой суперпозиции и запутанности затруднено.
До сих пор квантовые компьютеры отлично работали в высокозащищенных и контролируемых средах в течение коротких периодов времени. Кроме того, поскольку состояния суперпозиции и запутанности очень хрупкие и их трудно поддерживать, квантовые компьютеры делают много ошибок и ведут себя хаотично. Например, для достижения суперпозиции частицы должны храниться при чрезвычайно низких температурах до такой степени, что атомы почти полностью перестают двигаться.
Энергия, необходимая для достижения этих температур, огромна и требует специального оборудования. Конечно, это делает квантовые вычисления дорогостоящими. Однако это не означает, что ваш бизнес не может экспериментировать с квантовыми вычислениями.
Хорошие новости
У вашей организации, скорее всего, нет ресурсов для покупки или обслуживания собственного квантового компьютера. Однако технологические гиганты, такие как IBM, Google и другие, предлагают заинтересованным пользователям доступ к ресурсам квантовых вычислений и изучают квантовые алгоритмы в облаке. Технологии, управляющие квантовыми компьютерами, будут продолжать совершенствоваться, и однажды в наших домах и офисах могут появиться квантовые компьютеры.
Китайская компания продает квантовые компьютеры для потребителей, но у них всего два кубита. Однако ученые-компьютерщики согласны с тем, что вам нужно как минимум 40–50 кубитов, чтобы иметь превосходную вычислительную машину.
Последние мысли
Квантовые вычисления доступны уже сейчас, но для большинства организаций эта технология все еще находится в ближайшем будущем. Однако заинтересованные организации могут ознакомиться с квантовыми компьютерами через облако. Если вам нужна помощь в понимании сложностей квантовых вычислений, поговорите с опытным партнером по разработке приложений.
Квалифицированный разработчик программного обеспечения поможет вашему бизнесу понять, как лучше всего использовать квантовые технологии в настоящее время. Мы надеемся, что эта статья помогла ответить на вопрос: что такое квантовые технологии?
