คอลเลกชัน

ควอนตัมคอมพิวติ้งจะเปลี่ยนแปลงอะไรกันแน่?

ควอนตัมคอมพิวติ้งจะเปลี่ยนแปลงอะไรกันแน่?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

เมื่อเดือนมกราคมที่ผ่านมา IBM ได้ประกาศในงาน Consumer Electronics Show ในลาสเวกัสว่าพวกเขากำลังเปิดตัวคอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบบูรณาการเครื่องแรกของโลกสำหรับวัตถุประสงค์ทางธุรกิจและการวิจัยซึ่งจะวางจำหน่ายในปลายปีนี้ สิ่งนี้กระตุ้นให้เกิดการรายงานข่าวที่ไม่หยุดนิ่งเกี่ยวกับวิธีที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะเปลี่ยนทุกอย่าง ความจริงก็คือเราไม่แน่ใจจริงๆว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะเปลี่ยนไปอย่างไร แต่นั่นไม่ได้หมายความว่าจะมีการโฆษณาทั้งหมด มันอาจจะไม่ "เปลี่ยนแปลงทุกอย่าง" แต่ก็มีแนวโน้มว่าจะไม่มีอะไรได้รับผลกระทบแม้ว่าจะเป็นทางอ้อมก็ตาม

Quantum Computing คืออะไรและทำอะไร?

คอมพิวเตอร์ควอนตัมคือการที่คอมพิวเตอร์ใช้การซ้อนทับของอนุภาคควอนตัมเพื่อจัดเก็บข้อมูลแบบที่บิตทำในคอมพิวเตอร์คลาสสิก Qubits ตามที่พวกเขาเรียกนั้นมีอยู่ในสถานะที่ไม่แน่นอนล้อมรอบด้วย 1 และ 0 ซึ่งหมายความว่าพวกมันสามารถเป็น 1, 0 หรือทั้ง 1 และ 0 ได้เนื่องจากจักรวาลยังไม่ได้ตัดสินใจว่าจะเป็นแบบใด

สิ่งนี้ช่วยให้เราทำการคำนวณหลาย ๆ อย่างพร้อมกันโดยใช้ประโยชน์จากการซ้อนทับของ qubits เหล่านี้เปิดประตูสู่การแก้ปัญหาในชั้นเรียนที่อาจต้องใช้เวลาหลายร้อยปีในการแก้ปัญหาโดยใช้คอมพิวเตอร์คลาสสิก

อย่างไรก็ตามมีการจับ การคำนวณควอนตัมเป็นสิ่งที่ละเอียดอ่อนเป็นพิเศษเนื่องจากการรักษาอนุภาคควอนตัมที่แขวนลอยอยู่ในการซ้อนทับสามารถทำได้ประมาณ 100 ไมโครวินาทีเท่านั้น นอกจากนี้ยังต้องการอุณหภูมิที่เย็นจัดและตัวนำยิ่งยวดไม่ใช่สิ่งที่จะพอดีกับ iPhone ของคุณ ฮาร์ดแวร์ประเภทนี้ทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมเป็นอุปกรณ์ที่มีความเชี่ยวชาญสูงซึ่งใช้งานได้จริงสำหรับงานที่เฉพาะเจาะจงเท่านั้นในตอนนี้สิ่งต่างๆเช่นการสร้างแบบจำลองการคาดการณ์และปัญหาการเพิ่มประสิทธิภาพในระบบที่ซับซ้อนซึ่งมีตัวแปรจำนวนมาก

ดูเพิ่มเติม: เครื่องกำเนิดไฟฟ้า QUANTUM จำนวนสุ่มเชิงปฏิบัติครั้งแรกสามารถปฏิวัติความปลอดภัยของอินเทอร์เน็ตได้

และถึงอย่างนั้นการใช้งานของพวกเขาในขั้นต้นจะต้องได้รับการปันส่วนสักระยะหนึ่งเช่นเดียวกับ UNIVAC แบบเก่าที่เคยเป็นมา CDC จะใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมเพื่อจำลองฤดูไข้หวัดใหญ่ที่กำลังจะมาถึงดังนั้นโรงพยาบาลในพื้นที่ที่ไม่ใช่ศูนย์วิจัยใหญ่ ๆ จะต้องรอตรงกลางไปทางด้านหลังของแนวยาวมากจนกว่าจะเสร็จสิ้น นั่นคือเว้นแต่ Goldman Sachs จะแสดงขึ้นว่าจำเป็นต้องทำการพยากรณ์ทางการเงินก่อนที่คุณจะไปถึงหัวหน้าสายงาน

แล้วคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะเปลี่ยนไปอย่างไร?

ก่อนอื่นสิ่งหนึ่งที่เรารู้แน่นอนคือการเข้ารหัส RSA ที่ทันสมัยคือขนมปังปิ้ง การเข้ารหัส RSA ขึ้นอยู่กับความเป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติของคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกในการค้นหาปัจจัยเฉพาะที่เหมาะสมของจำนวนเต็มขนาดใหญ่มากเช่นขนาดใหญ่ที่มีความยาว 500 หลัก ขั้นตอนนี้อาจใช้เวลาหลายร้อยปีในการใช้อัลกอริทึมที่มีประสิทธิภาพสูงสุดของเราบนคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกและอีกหลายพันปีหากคุณพยายามบังคับให้หาคำตอบ

สาเหตุที่สิ่งนี้แก้ไขได้ด้วยคอมพิวเตอร์ควอนตัมคือมันได้รับการแก้ไขแล้วโดย Peter Shor ในปี 1994 อัลกอริทึมของ Shor ตามที่เรียกว่าโซลูชันของเขาต้องการคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีประสิทธิภาพเพียงพอในการทำงานเพื่อทำลายการเข้ารหัส RSA ยังไม่มี ในไม่ช้ามันจะและวิธีที่เรารักษาความปลอดภัยข้อมูลจะมีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับการใช้สลักขอเกี่ยวและห่วงที่ประตูหน้าบ้านของคุณ เราจะต้องคิดค้นวิธีที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงในการรักษาความปลอดภัยข้อมูลที่มีอยู่ทั้งหมดซึ่งเรารู้มาก

สำหรับสิ่งที่เรา คิด คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะเปลี่ยนไปตัวเลือกแรกคือวิธีที่เราจัดระบบระดับมหภาคเช่นโครงสร้างพื้นฐานโทรคมนาคมและถนน วิธีทำให้ระบบเหล่านี้มีความสมดุลอย่างเหมาะสมที่สุดระหว่างต้นทุนและยูทิลิตี้เป็นตัวอย่างหนึ่งของปัญหาคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่สามารถแก้ไขได้ด้วยการซ้อนทับควอนตัมของ qubits

ปัญหาการเพิ่มประสิทธิภาพเดียวกันนี้สร้างความเสียหายให้กับซัพพลายเชนทั่วโลกและนี่ไม่ใช่เรื่องเล็กน้อย ภาคการขนส่งเสียเงินเป็นจำนวนมากโดยไม่สามารถบรรยายได้เรากำลังพูดถึงที่นี่ซึ่งอาจเป็นเงินหลายแสนล้านดอลลาร์เนื่องจากความไร้ประสิทธิภาพที่ซ่อนอยู่ซึ่งการเพิ่มประสิทธิภาพจะระบุได้

ไม่ใช่แค่รัฐบาลและธุรกิจเท่านั้นที่จะได้รับประโยชน์จากคอมพิวเตอร์ควอนตัม แต่การแพทย์ดาราศาสตร์และวิทยาศาสตร์อื่น ๆ เป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับความก้าวหน้าในการเปลี่ยนแปลง นักดาราศาสตร์ที่ตามล่าดาวเคราะห์นอกระบบมีข้อมูลจำนวนเพตาไบต์จำนวนมากที่ต้องประมวลผลเพื่อรวบรวมข้อมูลเชิงลึกที่เกี่ยวข้องทางวิทยาศาสตร์จากมันและนี่คือประเภทของการประมวลผลข้อมูลที่เราคิดว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะเปลี่ยนไปในรูปแบบการเปลี่ยนแปลง

ในทางการแพทย์คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถเร่งการพัฒนาทางการแพทย์ได้ในอัตราที่เหลือเชื่อโดยการประมวลผลปัญหาหลายตัวแปรที่ทำให้การวิจัยในสาขาเหล่านี้เป็นเรื่องท้าทาย ด้วยการใช้ประโยชน์จากการซ้อนทับทางควอนตัมของ qubits เพื่อสร้างแบบจำลองการวิเคราะห์ที่ใช้ในการวิจัยโรคและการพัฒนายาใหม่ ๆ เราอาจค้นพบยาและวิธีการรักษาใหม่ ๆ ทุกประเภทที่ไม่มีใครเคยนึกถึง

การพัฒนาที่สำคัญที่สุดอาจอยู่ในฟิสิกส์ซึ่งนักวิจัยที่สำรวจความเป็นตัวนำยิ่งยวดหวังว่าสักวันหนึ่งจะใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมเพื่อระบุวัสดุที่เป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องโดยใช้ qubits เพื่อสร้างแบบจำลองสารประกอบต่างๆและทดสอบลักษณะของพวกมัน

หากพบตัวนำยิ่งยวดดังกล่าวแสดงว่า จะ เปลี่ยนทุกอย่างด้วยความสัตย์จริง จะช่วยให้เราสามารถกำจัดการสูญเสียพลังงานจากการส่งกระแสไฟฟ้าและเปลี่ยนโครงข่ายพลังงานของเราลดการผลิตไฟฟ้าที่ต้องใช้พลังงานทุกอย่างให้เหลือเพียงเศษเสี้ยวของสิ่งที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน หากเราลดความต้องการพลังงานลงเพียงพอและเราสามารถขับเคลื่อนโลกด้วยพลังงานหมุนเวียนได้ในไม่ช้า

คอมพิวเตอร์ควอนตัมทำอะไรไม่ได้?

ความแรงในการคำนวณควอนตัมอยู่ที่การซ้อนทับของควิท อย่างไรก็ตามสิ่งที่เราทำกับข้อมูลนั้นจะไม่ได้รับความช่วยเหลือจากคอมพิวเตอร์ควอนตัมเลยอย่างน้อยก็ไม่สามารถมองเห็นได้ในตอนนี้ คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะไม่ "รันโปรแกรม" เหมือนที่คอมพิวเตอร์ของเราทำในปัจจุบัน คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะต้องเรียกใช้คำสั่งของโปรแกรมทีละบรรทัดเหมือนกับที่คอมพิวเตอร์คลาสสิกต้องทำ โดยทั่วไปการซ้อนทับไม่ได้ช่วยให้เร็วขึ้น

เป็นไปได้ว่าหลังจากนักฟิสิกส์และนักเคมีค้นพบตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องซึ่งสามารถทำให้เล็กพอที่จะใส่ลงในเซิร์ฟเวอร์เครือข่ายหรือคอมพิวเตอร์ที่บ้านได้ แต่ถ้าเราเคยใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมในงานคอมพิวเตอร์ประจำวันของเราก็มีโอกาสมากขึ้นที่ คอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกของเรามาถึงจุดหนึ่งในโปรแกรมที่ต้องการประเภทของงานที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมจัดการได้ดีที่สุดเช่นการแยกตัวประกอบของจำนวนเต็มและอาจเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ควอนตัมบนคลาวด์เพื่อประมวลผลปัญหานี้เพื่อผลลัพธ์ หรือใช้ชิปควอนตัมในตัว QPU เพื่อแก้ปัญหาด้วยวิธีการประมวลผลกราฟิกนอกชายฝั่งของ CPU ในปัจจุบันไปยัง GPU

ประสิทธิภาพการทำงานเพิ่มขึ้นเป็นล้านเท่าที่บางคนคาดการณ์ไว้ว่าจะเกิดขึ้นเฉพาะกับโปรแกรมที่เขียนไม่ดีซึ่งมักจะจมอยู่กับการทำงานของอัลกอริทึมที่ซับซ้อนโดยไม่จำเป็นซึ่งจะถูกส่งต่อไปยัง QPU ไม่มีโปรแกรมที่เขียนมาอย่างดีที่จะใช้อัลกอริธึมการแยกตัวประกอบกำลังเดรัจฉานในโปรแกรมใด ๆ ที่พวกเราคนใดคนหนึ่งมีแนวโน้มที่จะทำงานในชีวิตประจำวันของเรา

เราไม่รู้ขีด จำกัด ของอัลกอริทึมควอนตัม

ที่กล่าวว่าไม่มีใครคิดว่า Mark 1 หรือ UNIVAC จะพัฒนาไปสู่อะไรที่นอกเหนือจากเครื่องคำนวณขนาดห้อง พวกเขาไม่สามารถคาดเดาประเภทของการใช้งานที่จะนำไปใช้ในการคำนวณเหล่านั้นได้

วันนี้เรากำลังสร้างเครื่องคำนวณควอนตัมขนาดห้องและนั่นคือทั้งหมดที่เราเห็นได้ว่า สักวันใครบางคนจะแสดงให้เราเห็นว่าเราคิดมากน้อยเกินไป ท้ายที่สุดนักพัฒนาของภาษา BASIC ยังไม่รวมคำสั่ง INPUT ในระหว่างการแก้ไขภาษาที่สามซึ่งใคร ๆ ก็รู้ว่าตอนนี้สามารถเขียนโปรแกรมที่ทำหน้าที่เป็นเกมและเรียกใช้บนคอมพิวเตอร์เมนเฟรมได้

แม้แต่วิดีโอเกมที่ทันสมัยที่สุดหรือเพียง 1 วินาทีและ 0 วินาที อัลกอริทึมและอุปกรณ์ I / O เช่นจอภาพและคีย์บอร์ดทำให้ 1s และ 0s เป็นมากกว่าการคำนวณ

ในที่สุดมันก็เร็วเกินไปที่จะรู้อะไรบางอย่างโดยไม่ดูเหมือนคนงี่เง่าในรอบ 10 ปี นักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์เชิงทฤษฎีและนักคณิตศาสตร์ซึ่งมักจะพัฒนาอัลกอริทึมที่รวมอยู่ในโปรแกรมที่เราใช้ในชีวิตประจำวันของเราตอนนี้เพิ่งเริ่มสำรวจว่าอัลกอริธึมควอนตัมประเภทใดที่สามารถทำงานบนคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้ หลังจากที่พวกเขาพัฒนาสิ่งเหล่านี้แล้วผู้อื่นจะต้องนำอัลกอริทึมควอนตัมใหม่ไปใช้ในการเขียนโปรแกรมประเภทต่างๆ

อย่างไรก็ตามสิ่งที่เราสามารถพูดได้ก็คือสิ่งต่างๆ จะ การเปลี่ยนแปลงด้วยคอมพิวเตอร์ควอนตัมและการพัฒนาอัลกอริธึมควอนตัมขั้นสูงในภายหลังและการเปลี่ยนแปลงนี้กำลังจะเกิดขึ้นในไม่ช้า