Исследование: развитие квантовых вычислений произведет революцию в сфере компьютерных технологий

Квантовые вычисления до недавнего времени существовали больше в сфере научной фантастики, чем в реальности.

Теперь, когда вычислительные технологии и потребность в решении сложных проблем набирают обороты, квантовые вычисления становятся все более популярными. Хотя квантовые вычисления по большей части все еще находятся на стадии экспериментов и разработок, они могут произвести революцию в способах выполнения вычислений и в скорости их выполнения. Несмотря на то, что они становятся все более жизнеспособными, многие люди не понимают, что такое квантовые вычисления и чем они отличаются от классических или двоичных вычислений.

Специалисты в области квантовых вычислений, проведи исследование дали свою оценку того, как эта новая технология может в конечном итоге изменить мир.

"Квантовые вычисления - это совершенно новая парадигма, которая использует квантовую механику для обработки информации с помощью квантовых битов - кубитов", - говорит Ребел Браун, вице-президент по стратегии и маркетингу компании Quantum Computing, поставщика классического и квантового программного обеспечения.

"В отличие от двоичных битов классических вычислений, которые либо включены, либо выключены, кубиты могут одновременно удерживать несколько состояний. В этом случае данные хранятся в единицах и нулях в многомерном пространстве". Здесь она объяснила, что "единица данных может быть единицей и нулем одновременно, в зависимости от того, что происходит в других измерениях, которые влияют на этот фрагмент данных. Это упрощенное объяснение концепции "суперпозиции".

Квантовая коррекция ошибок

Хотя это может показа магией, квантовые вычисления во многом уходят корнями в физический мир. Однако технология использует физические реалии этого мира для решения сложных задач гораздо быстрее и эффективнее, чем классические вычисления.

"Это многомерное пространство может создавать вероятностные модели потенциальных результатов для задач оптимизации бизнеса", - сказал Браун.

"Квантовые подходы также могут обрабатывать большие объемы данных, поэтому они ускоряют сложный анализ и время получения результатов, а также улучшают их качество".

Мощь квантовых вычислений было сложно использовать, особенно из-за ошибок, возникающих в процессе доступа к их данным. В частности, новые методы исправления ошибок сделали удобные масштабируемые квантовые вычисления более реалистичными.

"В отличие от традиционных битов, кубиты очень подвержены ошибкам и по своей природе нестабильны, требуя множества новых систем для создания, управления и обслуживания этих объектов", - сказал Себастьян Вайдт, доктор философии, генеральный директор и соучредитель Universal Quantum.

"Ключевым моментом является устранение этих ошибок", - продолжил он. "К счастью, существует так называемая квантовая коррекция ошибок, которая представляет собой тип алгоритма, исправляющий ошибки. Чтобы заставить работать квантовую коррекцию ошибок и раскрыть весь потенциал этих машин, нам нужно много - потенциально миллионы - кубитов".

Преимущества квантовых вычислений

Повышение скорости и эффективности - основные цели развития квантовых вычислений как полезной технологии. Существуют пределы скорости, размера и эффективности традиционных компьютеров, и теоретики надеются, что квантовые вычисления снимут некоторые из этих ограничений.

"При классических вычислениях сегодняшние объемы данных ограничивают производительность и способность решать проблемы, которые могут быть достигнуты с помощью сложных вычислений или моделирования.

По мере роста объемов данных объемы начинают снижать классическую производительность и в конечном итоге перегружать классические процессоры", - говорит эксперт.

"Еще одно ключевое отличие, - предложил Браун, - состоит в том, что многомерное пространство квантового решения задач позволяет одновременно исследовать все возможные комбинации, обеспечивая ряд возможных ответов, которые все соответствуют ограничениям задачи". Благодаря своим уникальным характеристикам, квантовые вычисления когда-нибудь смогут успешно решить некоторые из наиболее сложных проблем современного мира. Если технология разовьется до уровня массовости и масштабируемости, квантовые вычисления обещают не что иное, как революцию в мире вычислений.

"Доступность функционального крупномасштабного квантового компьютера будет иметь серьезные последствия для нашей жизни, резко изменив безопасность связи, добавив новые молекулы, материалы и фармацевтические препараты, улучшив оптимизацию трафика и логистики, а также улучшив машинное обучение и искусственный интеллект.

"Инженеры и исследователи готовы использовать возможности квантовых вычислений в своих высокопроизводительных вычислительных средах, но текущее поколение оборудования для квантовых вычислений имеет слишком много ограничений, которые скрывают его революционный потенциал", - пояснил эксперт.

Будущее почти наступило

Квантовые вычисления все еще находятся на экспериментальной стадии, но начинает казаться, что со временем они станут действительно практичными.

Если наука станет мейнстримом, у квантовых вычислений будет множество приложений; некоторые уже известны, другие еще предстоит открыть. Эксперт отметил, что "полезность приложений квантовых вычислений в некоторой степени зависит от количества высококачественных кубитов".

"По мере увеличения масштабов квантовые вычисления могут радикально изменить наш подход к проблемам в таких областях, как химия. Огромная вычислительная мощность квантовых компьютеров означает, что мы можем, например, моделировать сложные химические соединения. Он уточнил, что это имеет значение для улучшения открытия лекарств, улучшения аккумуляторов и более чистых удобрений. "Дополнительные приложения можно найти в искусственном интеллекте и машинном обучении, кибербезопасности, финансовом моделировании, оптимизации логистики и даже в прогнозировании погоды и изменении климата", - добавил он.

В конечном итоге, поскольку технология настолько нова и продолжает развиваться, она обещает множество приложений, о которых еще не было известно. "Несмотря на длинный список приложений, я думаю, что мы едва прикоснулись к пониманию всего спектра приложений квантовых компьютеров", - сказал Вайдт.