Стъпка в неразбираемото защо са необходими квантови компютри, Идеономика - Умно за основното
6 основни приложения на тази революционна технология - от обучение на изкуствен интелект до точни прогнози за времето
Компютрите не съществуват във вакуум. Те служат за решаване на проблеми и типът проблеми, които могат да решат, зависи от техния хардуер. Графичните процесори са за изобразяване на изображения, AI процесорите за AI… но за какво са квантовите компютри?
Въпреки че силата на квантовите компютри е впечатляваща, това не означава, че съществуващият софтуер на квантовите компютри работи милиард пъти по-бързо. По-скоро има видове проблеми, които квантовите компютри решават добре, и проблеми, които решават зле. Ето някои от основните приложения на такива машини, които скоро ще видим, когато станат достъпни в търговската мрежа.
Изкуствен интелект
Основната област на приложение на квантовите изчисления е изкуственият интелект (AI). AI разчита на принципа на учене от опита: той става все по-точен благодарение на обратната връзка, която идва, докато компютърната програма покаже „интелигентност“.
Тази обратна връзка се основава на изчисляване на вероятностите за много възможни избори и следователно AI е идеален кандидат за квантово изчисление. Той обещава да революционизира всяка индустрия, от автомобилостроенето до медицината, и се казва, че ИИ през 21-ви век ще бъде това, което електричеството беше през 20-ти.
Например Lockheed Martin планира да използва своя квантов компютър D-Wave за тестване на софтуер за автопилот, който в момента е твърде сложен за класическите компютри, а Google използва квантовия компютър, за да разработи софтуер, койтокоито ще могат да различават автомобилите от обектите на земята. Вече сме достигнали точката, в която AI поражда AI и следователно значението му ще нараства бързо.
Молекулярно моделиране
Друг пример е точното моделиране на молекулярните взаимодействия, намирането на оптимални конфигурации за химични реакции. Такава "квантова химия" е толкова сложна, че днешните компютри могат да анализират само най-простите молекули.
Химичните реакции са квантови по природа, защото образуват силно заплетени състояния на квантова суперпозиция. Но квантовите компютри няма да имат затруднения да оценят дори най-сложните процеси.
Google вече направи пробив в тази област, като имитира енергията на водородните молекули. Резултатът е по-ефективни продукти - от слънчеви клетки до фармацевтични продукти - и това има особено въздействие върху индустрията на торовете. Тъй като производството на торове изразходва 2% от световната енергия, въздействието върху енергията и околната среда ще бъде значително.
Криптография
Днес мрежовата сигурност се основава до голяма степен на трудността да се разлагат големи числа на прости числа. За да "разбият кода", цифровите компютри трябва да преминат през всички възможни опции. Това изисква изключително много време, което прави тази операция скъпа и непрактична.
Съществуват и обещаващи методи за квантово криптиране, които се разработват с помощта на еднопосочната природа на квантовия плексус. Редица държави вече имат мрежи в градски мащаб, базирани на това, а китайски учени наскоро обявиха, че успешно са изпратили преплетени фотони от орбитален „квантов“ сателит до три отделни базови станции на Земята.
Финансовимоделиране
Съвременните пазари са едни от най-сложните съществуващи системи. Въпреки че сме разработили още повече научни и математически инструменти за решаване на този проблем, все още има една съществена разлика от други научни области: ние нямаме контролируеми параметри, които позволяват провеждането на експерименти.
За да разрешат този проблем, инвеститорите и анализаторите се обърнаха към квантовите изчисления. Основното им предимство е, че произволността, присъща на квантовите компютри, е сравнима с вероятностния характер на финансовите пазари. Инвеститорите често искат да оценят възможните резултати от изключително голям брой произволно генерирани сценарии.
Друго предимство на квантовите решения е, че финансови транзакции като арбитраж може да изискват много стъпки поради предишни действия и следователно броят на опциите бързо надхвърля възможностите на традиционния компютър.
Прогноза за времето
Главният икономист на Националната администрация за океаните и атмосферата Родни Уайер твърди, че почти 30% от БВП на страната (6 трилиона долара) зависи пряко или косвено от времето, което също влияе върху производството на храни, транспорта и търговията на дребно. Способността да предсказвате по-добре времето ще донесе огромни ползи в много области, да не говорим за факта, че ще ви даде повече време за подслон от природни бедствия.
Учените работят върху това от дълго време, но уравненията, управляващи такива процеси, съдържат толкова много променливи, че правят класическите симулации много дълги. Както отбеляза квантовият изследовател Сет Лойд, „Използването на класически компютър за извършване на такъв анализ може да отнеме повече време, отколкото е необходимо за товаметеорологично време!" Това накара Лойд и колегите му от Масачузетския технологичен институт да покажат, че уравненията, управляващи времето, имат скрита вълнова природа, която може да бъде изчислена от квантов компютър.
Техническият директор на Google Хартмут Невен също отбелязва, че квантовите компютри могат да помогнат за създаването на по-добри климатични модели, които биха могли да ни дадат повече информация за това как хората влияят на околната среда. Въз основа на тези модели ние изграждаме нашите оценки за бъдещо затопляне и определяме какви стъпки трябва да се предприемат сега, за да се предотвратят природни бедствия. Националната метеорологична служба на Обединеното кралство вече е започнала да инвестира в подобни иновации.
Физика на елементарните частици
Друго приложение на тази вълнуваща нова физика може да бъде... изучаването на вълнуваща нова физика. Моделите на физиката на частиците често са изключително сложни и изискват огромна изчислителна мощност. Това ги прави идеални за квантови изчисления и изследователите вече са се възползвали от това.
Изследователи от Университета в Инсбрук и Института за квантова оптика и квантова информация (IQOQI) наскоро използваха програмируема квантова система за такива симулации. Екипът използва проста версия на квантов компютър, в който йони извършват логически операции.
„Квантовите изчисления и експериментите в реалния живот се допълват перфектно“, казва теоретичният физик Питър Золер. „Не можем да заменим експериментите, които се извършват с ускорители на частици. Въпреки това, чрез разработването на квантови симулатори, един ден ще можем да разберем по-добре тези експерименти.
Сега инвеститорите се опитват да се впишат в екосистемата на квантовите изчисления и това не е само компютърната индустрия: сред тези, коитоизползва тази компютърна революция, включва банки, аерокосмически компании и фирми за киберсигурност.
Този списък далеч не е изчерпателен и това е най-вълнуващата част. Както обикновено се случва с новите технологии, с напредването на хардуера ще се появят приложения за квантови изчисления, които днес са невъобразими.