Квантовый компьютер преимущества. Для чего нам нужны квантовые компьютеры

Квантовый компьютер преимущества. Для чего нам нужны квантовые компьютеры

Вроде и так все норм.

Компьютеры не существуют в вакууме. Они решают проблемы, и проблемы, которые они решают, определяются исключительно аппаратным обеспечением. Графические процессоры обрабатывают изображения; процессоры искусственного интеллекта обеспечивают работу алгоритмов ИИ; квантовые компьютеры предназначены для … чего?

В то время как сила квантовых вычислений впечатляет, это не означает, что существующее программное обеспечение просто так работает в миллиард раз быстрее. Скорее квантовые компьютеры тоже имеют определенного типа проблемы, некоторые из которых они хорошо решают, некоторые нет. Ниже вы найдете основные сферы применения, в которых квантовые компьютеры должны будут выстрелить на все сто, когда станут коммерчески реализуемыми.

Искусственный интеллект.

Основное применение квантовым вычислениям - это искусственный интеллект. ИИ основан на принципах обучения в процессе извлечения опыта, становится все точнее по мере работы обратной связи, пока, наконец, не обзаводится "Интеллектом", пусть и компьютерным. То есть самостоятельно обучается решению задач определенного типа.

Эта обратная связь зависит от расчета вероятности для множества возможных исходов, и квантовые вычисления идеально подходят для такого рода операций. Искусственный интеллект, подкрепленный квантовыми компьютерами, перевернет каждую отрасль, от автомобилей до медицины, и говорят, что ИИ станет для двадцать первого века тем, чем электричество стало для двадцатого.

Например, Lockheed Martin планирует использовать свой квантовый компьютер D - Wave для испытаний программного обеспечения для автопилота, которое слишком сложное для классических компьютеров, а Google использует квантовый компьютер для разработки по, которое сможет отличать автомобили от дорожных знаков. Мы уже достигли точки, за которой ИИ создает больше ИИ, и его сила и величина будет только расти.

Молекулярное моделирование.

Другой пример - это точное моделирование молекулярных взаимодействий, поиск оптимальных конфигураций для химических реакций. Такая "Квантовая Химия" настолько сложная, что с помощью современных цифровых компьютеров можно проанализировать только простейшие молекулы.

Химические реакции квантовые по своей природе, поскольку образуют весьма запутанные квантовые состояния суперпозиции. Но полностью разработанные квантовые компьютеры смогут без проблем рассчитывать даже такие сложные процессы.

Google уже совершает набеги в эту область, моделируя энергию водородных молекул. В результате получаются более эффективные продукты, от солнечных батарей до фармацевтических препаратов, и особенно удобрения; поскольку на удобрения приходится до 2% глобального потребления энергии, последствия для энергетики и окружающей среды будут колоссальными.

Криптография.

Большая часть систем кибербезопасности полагается на сложность факторинга больших чисел на простые. Хотя цифровые компьютеры, которые просчитывают каждый возможный фактор, могут с этим справиться, длительное время, необходимое для "Взлома Кода", выливается в дороговизну и непрактичность.

Квантовые компьютеры могут производить такой факторинг экспоненциально эффективнее цифровых компьютеров, делая современные методы защиты устаревшими. Разрабатываются новые методы криптографии, которые, впрочем, требуют времени: в августе 2015 года NSA начало собирать список устойчивых к квантовым вычислениям криптографических методов, которые могли бы противостоять квантовым компьютерам, и в апреле 2016 национальный институт стандартов и технологий начал публичный процесс оценки, который продлится от четырех до шести лет.

В разработке находятся также перспективные методы квантового шифрования, которые задействуют односторонний характер квантовой запутанности. Сети в пределах города уже продемонстрировали свою работоспособность в нескольких странах, и китайские ученые недавно объяснили, что успешно передали запутанные фотоны из орбитального "Квантового" спутника на три отдельные базовые станции на земле.

Финансовое моделирование.

Современные рынки одними из самых сложных систем в принципе являются. Хотя мы разработали много научных и математических инструментов для работы с ними, им по-прежнему недостает условия, которым могут похвастать другие научные дисциплины: нет контролируемых условий, в которых можно было бы провести эксперименты.

Чтобы решить эту проблему, инвесторы и аналитики обратились к квантовым вычислениям. Непосредственным их преимуществом является то, что случайность, присущая квантовым компьютерам, конгруэнтна стохастическому характеру финансовых рынков. Инвесторы зачастую хотят оценивать распределение результатов при очень большом количестве сценариев, генерируемых случайным образом.

Другое преимущество, которое предлагают квантовые компьютеры, состоит в том, что финансовые операции вроде арбитража иногда могут требовать множества последовательных шагов, и число возможностей их просчета сильно опережает допустимое для обычного цифрового компьютера.

Прогнозирование погоды.

Главный экономит Noaa родни вейер утверждает, что почти 30% от ВВП США (6 триллионов долларов) прямо или косвенно зависит от погодных условий, влияющих на производство продуктов питания, транспорт и розничную торговлю, среди прочего. Способность лучше предсказывать погоду будет иметь огромное преимущество для многих областей, не говоря уж о дополнительном времени, которое понадобится для восстановления от стихийных бедствий.

Хотя ученые давно ломают голову над процессами погодообразования, уравнения, стоящие за ними, включают множество переменных, сильно усложняя классическое моделирование. Как отметил квантовый исследователь Сет Ллойд, "Использование Классического Компьютера для Такого Анализа Займет Столько Времени, что Погода Успеет Измениться". Поэтому Ллойд и его коллеги из MIT показали, что уравнения, управляющие погодой, имеют скрытую волновую природу, которую вполне удастся разрешить с применением квантового компьютера.

Хартмут невен, директор по разработкам в Google отметил, что квантовые компьютеры могут также помочь в создании более совершенных климатических моделей, которые могли бы дать нам более глубокое представление о том, как люди влияют на окружающую среду. На основе этих моделей мы выстраиваем наши представления о будущем потеплении, и они помогают нам определять шаги, которые требуются для предотвращения стихийных бедствий.

Физика частиц.

Как ни странно, глубокое изучение физики с применением квантовых компьютеров может привести … к изучению новой физики. Модели физики элементарных частиц зачастую чрезвычайно сложные, требуют пространных решений и задействуют много вычислительного времени для численного моделирования. Они идеально подойдут для квантовых компьютеров, и ученые уже положили на них глаз.

Ученые университета Инсбрука и института квантовой оптики и квантовой информации (Iqoqi) недавно использовали программируемую квантовую систему для подобных манипуляций с моделями. Для этого они взяли простую версию квантового компьютера, в котором ионы производят логические операции, базовые шаги в любом компьютерном расчете. Моделирование показало прекрасное соглашение с реальными, описанными физикой, экспериментами.

"Два Этих Подхода Идеально Дополняют Друг Друга", говорит физик - теоретик питер цоллер. "Мы не можем заменить эксперименты, которые проводятся на ускорителях частиц. Но развивая квантовые симуляторы, мы можем однажды лучше понять эти эксперименты".

Теперь инвесторы стараются внедриться в экосистему квантовых вычислений, и не только в компьютерной индустрии: банки, аэрокосмические компании, кибербезопасность - все они выходят на гребень вычислительной революции.

В то время как квантовые вычисления уже оказывают влияние на поля выше, этот список не является исчерпывающем ни в коем случае, и это самое интересное. Как бывает со всеми новыми технологиями, в будущем будут появляться совершенно немыслимые приложения, в такт с развитием аппаратных средств. По материалам: hi - News. ru.

В чем преимущество квантового компьютера. Квантовый компьютер как следующий шаг в развитии ИТ

• Чулан *

Квантовый компьютер – это устройство, обещающее очень высокую производительность, которая недоступна при современном уровне развития технологии, а также сочетание миниатюрных размеров и минимального потребления энергии. Но что же стоит за понятием «квантовый компьютер»?
Огромное количество окружающих нас сегодня устройств создано и функционирует на основе законов квантовой механики. Законы квантовой механики кардинально отличаются от законов классической механики, так как квантовая механика рассматривает объекты и явления не макро-, а микромира. Порождением квантового мира является и квантовый компьютер.
Несмотря на то, что мощности и быстродействие современных компьютеров постоянно возрастают, с их помощью можно решить не все вычислительные задачи. Считается, что квантовые компьютеры могли бы помочь преодолеть некоторые ограничения, возникающие при работе классических ЭВМ.
Квантовый компьютер — это вычислительное устройство, работающее на основе квантовой механики и потому кардинально отличающееся от компьютеров, которые работают на основе классической механики. На сегодняшний день полномасштабный квантовый компьютер – это гипотетическое устройство, возможность построения которого связана с серьёзным развитием квантовой теории. Создание квантового компьютера в виде реального физического прибора является одной из основных задач физики XXI века.
Основным понятием квантовой механики и основным принципом, который использует данная технология, является принцип суперпозиции. Заключается он в следующем: для объектов квантовой механики (таких как элементарные частицы) возможно одновременное нахождение в двух взаимоисключающих состояниях. Например, аналогом бита, минимальной единицы информации в классических компьютерах (которая принимает значения «1» или «0»), в квантовых компьютерах является в квантовый бит – кубит – который может быть нулем и единицей одновременно.
В классических компьютерах упорядоченные последовательности битов объединены в регистры. Последовательности, в которые объединяются кубиты, также называются регистрами. И если в обычном регистре размером N битов храниться только одно значение, то в регистре размером N кубитов одновременно находятся все возможные 2^N значений. Другими словами, квантовый компьютер может работать, как с «1» и «0», так и с обоими состояниями сразу. Именно благодаря принципу суперпозиции квантовые компьютеры в состоянии одновременно выполнять миллионы вычислений.ё
Также необходимо сказать об еще одном принципе микромира: частицы находятся в состоянии суперпозиции только до тех пор, пока над ними не произведено измерение.
В квантовом компьютере каждая команда – это последовательность логических операций, реализуемая через воздействие на кубиты. Начальные условия при этом задаются установкой кубитов в нужные состояния. Получение же результатов осуществляется путем «считывания» состояния кубитов.
Квантовые вычисления на сегодняшний день считаются очень перспективным направлением, которое может коренным образом расширить возможности современных компьютеров. Потенциальные преимущества квантового компьютера объясняются своеобразием законов квантового мира. Использование этой технологии поможет находить решения задач, требующих чрезмерно длительных вычислений от классических компьютеров.
К таким задачам относятся, например, криптография, системы искусственного интеллекта, оптимизация сложных систем, операции сравнения и др. Проблемы, для решения которых человечеству сейчас не хватает вычислительных мощностей (химический дизайн лекарств, взлом любых зашифрованных данных) в перспективе могут быть решены с помощью квантового компьютера. Подобные возможности данной технологии обусловлены тем, что квантовая система может находиться одновременно в разных состояниях. При этом получение ответа возможно только при измерении системы. Для получения с высокой степенью вероятности верного ответа и необходимо проведение множества измерений.
Однако, идея квантового компьютера до сих не была реализована из-за непреодолимых трудностей практического характера.
Ученые давно исследуют квантовые биты, пытаясь найти способ управления ими. Одной из основных является проблема изоляции кубитов от окружающей среды: с одной стороны, для защиты содержащейся в кубите информации необходимо обеспечить изоляцию последнего от информационного шума, с другой – необходимо сохранить возможность замерять и изменять состояние кубита. Второй проблемой, связанной с созданием и использованием квантовых компьютеров, является проблема того, что обеспечение высокой точности измерений также сопряжено со значительными трудностями.
Сказать, что квантовый компьютер может соперничать с обычным, пока нельзя, ведь преимущества первого заметны, только если он состоит по меньшей мере из 1000 кубитов. Сегодня рекорд принадлежит компании D-Wave, которой удалось создать 128-кубитную машину “D-Wave One”.
Специалисты корпорации D-Wave заявляют, их компьютер может применяться для решения задач, требующих большого количества ресурсов (как правило, вместе с классическими вычислениями) для специфических проблем. При этом ими признается высокая трудность программирования задач для данного компьютера.
Однако, работы D-Wave были подвергнуты критическому разбору рядом специалистов (по их мнению, возможность практического применения D-Wave One сомнительна). Другая группа специалистов не уверена, что D-Wave One действительно можно считать квантовым компьютером, несмотря на продемонстрированные квантовые эффекты. Дело в том, что в этом компьютере свойства квантовой механики используются как некий вспомогательный фактор, наряду с обычными вычислениями. При использовании же «настоящего» квантового компьютера скорость вычислений должна увеличиться именно благодаря операциям с самими кубитами.
Таким образом, первый квантовый компьютер в виде реального физического прибора уже создан, но говорить о массовом производстве полноценных квантовых компьютеров будет, по меньшей мере, преждевременно.
Относительно того, когда же появится компьютер, который можно будет безоговорочно назвать квантовым, исследователи сходятся на сроках в 10-15 лет. Так, например, по прогнозам футурологов компании Cisco Systems, квантовый компьютер должен появиться к середине 2020 года; футурологи TechCast прогнозируют, что повсеместное распространение квантовых компьютеров начнется приблизительно с 2022 года. В то же время, в компании IBM заявляют, что располагают всем необходимым, для того чтобы создать квантовый компьютер в течение ближайших 10-15 лет.
Разработчикам квантовых компьютеров предстоит решить еще много теоретических и практических проблем. Некоторые специалисты сравнивают современное состояние квантовых информационных технологий с уровнем развития классических компьютеров в 1950-е годы. Также существует мнение, что мощный работающий квантовый компьютер никогда не будет создан. Но даже в этом случае исследования в этом направлении могут привести к ряду других открытий, а значит, должны и будут продолжаться.

Квантовый компьютер хабр. Первый коммерческий квантовый компьютер — IBM

• IT-инфраструктура ,
• Будущее здесь ,
• Квантовые технологии ,
• Компьютерное железо ,
• Облачные вычисления

В рамках проходящей в данный момент выставки CES 2019 подразделение IBM Research провело анонс первой в мире квантовой системы, пригодной для коммерческого применения.
Анонсированный квантовый компьютер IBM Q System One включает в себя систему из 20 кубитов. Железо способно к самокалибровке и оптимизировано для работы в криогенных условиях, эти меры необходимы для уменьшения числа ошибок. Кроме того, компьютер имеет собственную высокопроизводительную криогенную систему, а по заявлению IBM допустимо проводить диагностику, обслуживание и даже модернизацию системы без её выключения, с сохранением возможности работы пользователей.
Важной характеристикой, на которой производитель акцентирует внимание, является встроенный функционал для подключения квантового компьютера к облачной системе. Таким образом происходит функциональный переход от специализированных квантовых систем на чипе, используемых в экспериментальных целях, к полноценной интеграции квантовых вычислений для пользовательских систем и нужд бизнеса.
В целях развития экосистемы квантовых вычислений IBM так же объявила о создании консорциума с ExxonMobil, Европейской организацией по ядерным исследованиям (ЦЕРН) и Fermilab, для поиска максимального числа задач, в которых применение подобных интегрированных квантовых систем было бы эффективно. Данная группа организаций не является закрытой и уже объявлено приглашение к сотрудничеству для иных заинтересованных сторон.
Во второй половине 2019, в городе Покипси (англ. Poughkeepsie) штата Нью-Йорк, IBM планирует открыть «IBM Q Quantum Computation Center», который будет выступать штаб-квартирой развития сложных интегрированных квантовых систем и содействовать их практическому внедрению.
Стоит отметить, что дизайн системы выполнен несколькими известными студиями и удивительно красив, для такого утилитарного устройства. Во многом прослеживается преемственность с первым коммерческим суперкомпьютером Cray-1. Как по форме (пусть и зеркально перевёрнутый), так и по размерам, а так же в части использования стекла.
На момент составления заметки сайт IBM с промо-разделом квантового компьютера был недоступен.

Квантовая физика

Ква́нтовая фи́зика  — раздел теоретической физики , в котором изучаются квантово-механические и квантово-полевые системы и законы их движения. Основные законы квантовой физики изучаются в рамках квантовой механики и квантовой теории поля и применяются в других разделах физики. Все современные космологические теории также опираются на квантовую механику, которая описывает поведение атомных и субатомных частиц. Квантовая физика сосредоточена только на математическом описании процессов наблюдения и измерения.

Квантовая физика и её основные теории — квантовая механика , квантовая теория поля  — были созданы в первой половине XX века учёными, среди которых Макс Планк , Альберт Эйнштейн , Эрвин Шрёдингер , Луи де Бройль , Поль Дирак , Нильс Бор , Вольфганг Паули , Вернер Гейзенберг , Макс Борн , Людвиг Больцман .

Квантовая физика объединяет несколько разделов физики , в которых принципиальную роль играют явления квантовой механики и квантовой теории поля , проявляющиеся на уровне микромира, но и имеющие следствия на уровне макромира. Сюда относятся следующие подразделы:

Реальные или модельные системы, подчинающиеся законам квантовой физики, называют квантовыми системами. Описание сложных квантовых систем часто строится на языке квазичастиц , особенно в физике конденсированного состояния. К квантовым системам относятся, например, электрон в атоме водорода , свободные электроны или иные элементарные частицы , электроны в кристалле (квазичастицы — электроны и дырки ), колеблющиеся атомы в кристалле (квазичастицы фононы ), взаимодействующие спины в решёточной модели (квазичастицы магноны ).