Քվանտային հաշվարկն օգտագործում է քվանտային մեխանիկա՝ հսկայական քանակությամբ տեղեկատվություն մշակելու անհավատալի բարձր արագությամբ: Քվանտային համակարգչից մի քանի րոպեից մի քանի ժամ է պահանջվում՝ լուծելու այն խնդիրը, որը լուծելու համար աշխատասեղանին կպահանջվեն տարիներ կամ տասնամյակներ:
Քվանտային հաշվարկը հիմք է ստեղծում նոր սերնդի գերհամակարգիչների համար: Ակնկալվում է, որ այս քվանտային համակարգիչները կգերազանցեն գոյություն ունեցող տեխնոլոգիաներին այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են մոդելավորումը, լոգիստիկան, միտումների վերլուծությունը, ծածկագրությունը և արհեստական ինտելեկտը:
Քվանտային հաշվարկի բացատրություն
Քվանտային հաշվարկների գաղափարն առաջին անգամ պատկերացրել են 1980-ականների սկզբին Ռիչարդ Ֆեյնմանը և Յուրի Մանինը:Ֆեյնմանը և Մանինը կարծում էին, որ քվանտային համակարգիչը կարող է նմանակել տվյալները այնպես, ինչպես աշխատասեղան համակարգիչը չի կարող: Միայն 1990-ականների վերջին հետազոտողները ստեղծեցին առաջին քվանտային համակարգիչները։
Քվանտային հաշվարկն օգտագործում է քվանտային մեխանիկա, ինչպիսիք են սուպերպոզիցիան և խճճվածությունը, հաշվարկներ կատարելու համար: Քվանտային մեխանիկան ֆիզիկայի մի ճյուղ է, որն ուսումնասիրում է չափազանց փոքր, մեկուսացված կամ սառը իրերը:
Քվանտային հաշվարկների առաջնային մշակման միավորը քվանտային բիթերն են կամ քյուբիթները: Քուբիթները ստեղծվում են քվանտային համակարգչում՝ օգտագործելով առանձին ատոմների, ենթաատոմային մասնիկների կամ գերհաղորդիչ էլեկտրական սխեմաների քվանտային մեխանիկական հատկությունները։
Քուբիթները նման են սեղանադիր համակարգիչների կողմից օգտագործվող բիթերին, քանի որ քյուբիթները կարող են լինել 1 կամ 0 քվանտային վիճակում: Կուբիթները տարբերվում են նրանով, որ դրանք կարող են լինել նաև 1 և 0 վիճակների սուպերպոզիցիայով, ինչը նշանակում է, որ քյուբիթները կարող են միաժամանակ ներկայացնել և՛ 1, և՛ 0:
Երբ կիուբիթները գտնվում են սուպերպոզիցիայի մեջ, երկու քվանտային վիճակ գումարվում է իրար և ստացվում է մեկ այլ քվանտային վիճակ:Սուպերպոզիցիան նշանակում է, որ մի քանի հաշվարկներ մշակվում են միաժամանակ: Այսպիսով, երկու քյուբիթները կարող են միաժամանակ չորս թվեր ներկայացնել: Սովորական համակարգիչները մշակում են բիթերը երկու հնարավոր վիճակներից միայն մեկում՝ 1 կամ 0, և հաշվարկները մշակվում են մեկ առ մեկ:
Քվանտային համակարգիչներն օգտագործում են նաև խճճվածություն՝ քյուբիթները մշակելու համար: Երբ կիուբիթը խճճվում է, այդ կուբիթի վիճակը կախված է մեկ այլ քյուբիթի վիճակից, այնպես որ մեկ քուբիթը բացահայտում է իր չդիտարկվող զույգի վիճակը:
Քվանտային պրոցեսորը համակարգչի առանցքն է
Քյուբիթների ստեղծումը բարդ խնդիր է: Սառեցված միջավայր է պահանջվում ցանկացած երկար ժամանակ քյուբիթի պահպանման համար: Կուբիթ ստեղծելու համար անհրաժեշտ գերհաղորդիչ նյութերը պետք է սառչել բացարձակ զրոյի (մոտ մինուս 272 Ցելսիուս): Կուբիթները պետք է նաև պաշտպանված լինեն ֆոնային աղմուկից՝ հաշվարկի սխալները նվազեցնելու համար:
Քվանտային համակարգչի ներսը նման է շքեղ ոսկե ջահի: Եվ, այո, այն պատրաստված է իսկական ոսկով։ Սա նոսրացման սառնարան է, որը սառեցնում է քվանտային չիպերը, որպեսզի համակարգիչը կարողանա ստեղծել սուպերպոզիցիաներ և խճճել քյուբիթները՝ առանց որևէ տեղեկություն կորցնելու:
Քվանտային համակարգիչը պատրաստում է այս քյուբիթները ցանկացած նյութից, որը ցուցադրում է քվանտային մեխանիկական հատկություններ, որոնք կարելի է կառավարել: Քվանտային հաշվողական նախագծերը ստեղծում են քյուբիթներ տարբեր ձևերով, ինչպիսիք են գերհաղորդիչ մետաղալարերի օղակը, պտտվող էլեկտրոնները և իոնների կամ ֆոտոնների իմպուլսների թակարդում: Այս քյուբիթները գոյություն ունեն միայն նոսրացման սառնարանում ստեղծված ենթասառեցման ջերմաստիճաններում:
Քվանտային հաշվողական ծրագրավորման լեզու
Քվանտային ալգորիթմները վերլուծում են տվյալները և առաջարկում սիմուլյացիաներ՝ հիմնված տվյալների վրա: Այս ալգորիթմները գրված են քվանտային կենտրոնացված ծրագրավորման լեզվով։ Մի քանի քվանտային լեզուներ մշակվել են հետազոտողների և տեխնոլոգիական ընկերությունների կողմից:
Սրանք քվանտային հաշվարկման ծրագրավորման լեզուներից մի քանիսն են.
- QISKit. IBM-ի Quantum Information Software Kit-ը ամբողջական փաթեթային գրադարան է քվանտային ծրագրեր գրելու, մոդելավորելու և գործարկելու համար:
- Q. Ծրագրավորման լեզուն ներառված է Microsoft Quantum Development Kit-ում: Մշակման հավաքածուն ներառում է քվանտային սիմուլյատոր և ալգորիթմային գրադարաններ:
- Cirq. Google-ի կողմից մշակված քվանտային լեզու, որն օգտագործում է python գրադարանը սխեմաներ գրելու և այդ սխեմաները քվանտային համակարգիչներում և սիմուլյատորներում գործարկելու համար:
- Forest. Rigetti Computing-ի կողմից ստեղծված ծրագրավորող միջավայր, որը գրում և գործարկում է քվանտային ծրագրեր:
Օգտագործվում է քվանտային հաշվարկի համար
Իրական քվանտային համակարգիչները հասանելի են դարձել վերջին մի քանի տարիների ընթացքում, և միայն մի քանի խոշոր տեխնոլոգիական ընկերություններ ունեն քվանտային համակարգիչ: Այս տեխնոլոգիական ընկերություններից մի քանիսը ներառում են Google-ը, IBM-ը, Intel-ը և Microsoft-ը: Այս տեխնոլոգիական առաջատարներն աշխատում են արտադրողների, ֆինանսական ծառայություններ մատուցող ընկերությունների և կենսատեխնոլոգիական ընկերությունների հետ՝ լուծելու մի շարք խնդիրներ:
Քվանտային համակարգչային ծառայությունների հասանելիությունը և հաշվողական հզորության առաջընթացը հետազոտողներին և գիտնականներին նոր գործիքներ են տալիս՝ լուծումներ գտնելու այն խնդիրների համար, որոնք նախկինում անհնար էր լուծել:Քվանտային հաշվարկը նվազեցրել է ժամանակի և ռեսուրսների քանակը, որոնք անհրաժեշտ են անհավանական քանակությամբ տվյալների վերլուծության, այդ տվյալների վերաբերյալ սիմուլյացիաներ ստեղծելու, լուծումներ մշակելու և խնդիրները շտկող նոր տեխնոլոգիաներ ստեղծելու համար:
Բիզնեսը և արդյունաբերությունը օգտագործում են քվանտային հաշվարկներ՝ բիզնես վարելու նոր ուղիներ բացահայտելու համար: Ահա մի քանի քվանտային հաշվողական նախագծեր, որոնք կարող են օգուտ բերել բիզնեսին և հասարակությանը:
- Օդատիեզերական արդյունաբերությունը օգտագործում է քվանտային հաշվարկներ՝ օդային երթևեկության կառավարման ավելի լավ ուղիներ ուսումնասիրելու համար:
- Ֆինանսական և ներդրումային ընկերությունները հույս ունեն օգտագործել քվանտային հաշվարկը ֆինանսական ներդրումների ռիսկն ու վերադարձը վերլուծելու, պորտֆելի ռազմավարությունները օպտիմալացնելու և ֆինանսական անցումները կարգավորելու համար:
- Արտադրողները որդեգրում են քվանտային հաշվարկներ՝ բարելավելու իրենց մատակարարման շղթաները, արդյունավետություն ստեղծելու իրենց արտադրական գործընթացներում և մշակել նոր ապրանքներ:
- Կենսատեխնոլոգիական ընկերությունները նոր դեղամիջոցների հայտնաբերումն արագացնելու ուղիներ են փնտրում:
Գտեք քվանտային համակարգիչ և փորձեք քվանտային հաշվարկով
Որոշ համակարգչային գիտնականներ մշակում են աշխատասեղանի համակարգչի վրա քվանտային հաշվարկը նմանակելու մեթոդներ:
Աշխարհի խոշորագույն տեխնոլոգիական ընկերություններից շատերն առաջարկում են քվանտային ծառայություններ: Երբ զուգակցվում են սեղանադիր համակարգիչների և համակարգերի հետ, այս քվանտային ծառայությունները ստեղծում են միջավայր, որտեղ քվանտային մշակումը` աշխատասեղանի համակարգիչների հետ, լուծում է բարդ խնդիրներ:
- IBM-ն առաջարկում է IBM Q միջավայրը մի քանի իրական քվանտային համակարգիչների հասանելիությամբ և սիմուլյացիաներով, որոնք կարող եք օգտագործել ամպի միջոցով:
- Alibaba Cloud-ն առաջարկում է քվանտային հաշվողական ամպային հարթակ, որտեղ կարող եք գործարկել և փորձարկել հատուկ կառուցված քվանտային կոդերը:
- Microsoft-ն առաջարկում է քվանտային մշակման հավաքածու, որը ներառում է Q ծրագրավորման լեզուն, քվանտային սիմուլյատորները և պատրաստի կոդերի մշակման գրադարանները:
- Rigetti-ն ունի քվանտային առաջին ամպային հարթակ, որն այժմ բետա փուլում է: Նրանց հարթակը նախապես կազմաձևված է իրենց Forest SDK-ով:
Քվանտային հաշվողական նորություններ ապագայում
Երազանքն այն է, որ քվանտային համակարգիչները լուծեն խնդիրներ, որոնք ներկայումս չափազանց մեծ են և չափազանց բարդ, որպեսզի դրանք լուծվեն ստանդարտ սարքավորումների միջոցով, հատկապես շրջակա միջավայրի մոդելավորման և հիվանդությունների զսպման համար:
Սեղանի համակարգիչները տեղ չունեն այս բարդ հաշվարկներն իրականացնելու և տվյալների անհավատալի քանակի վերլուծություն կատարելու համար: Քվանտային հաշվարկը վերցնում է տվյալների ամենամեծ հավաքածուները և մշակում այս տեղեկատվությունը աշխատասեղանի համակարգչի վրա պահանջվող ժամանակի մի մասում: Տվյալները, որոնք աշխատասեղանի համակարգչից մի քանի տարի կպահանջվեն մշակելու և վերլուծելու համար, քվանտային համակարգչի համար ընդամենը մի քանի օր է պահանջվում:
Քվանտային հաշվարկը դեռևս սկզբնական փուլում է, բայց այն ունի ներուժ՝ լուծելու աշխարհի ամենաբարդ խնդիրները լույսի արագությամբ: Բոլորը կարող են ենթադրել, թե որքանով կզարգանա քվանտային հաշվարկները և քվանտային համակարգիչների հասանելիությունը:
