Кванттық есептеулер үлкен көлемдегі ақпаратты керемет жоғары жылдамдықпен өңдеу үшін кванттық механиканы пайдаланады. Үстелдік компьютерде шешуге жылдар немесе ондаған жылдар қажет болатын мәселені кванттық компьютерге шешу үшін бірнеше минуттан бірнеше сағатқа дейін қажет.
Кванттық есептеулер суперкомпьютерлердің жаңа буынын құруда. Бұл кванттық компьютерлер модельдеу, логистика, трендтерді талдау, криптография және жасанды интеллект сияқты салаларда бар технологиялардан асып түседі деп күтілуде.
Кванттық есептеулер түсіндірілді
Кванттық есептеулер идеясын алғаш рет 1980 жылдардың басында Ричард Фейнман мен Юрий Манин ойлап тапқан. Фейнман мен Манин кванттық компьютер деректерді үстелдік компьютер жасай алмайтын тәсілдермен имитациялай алады деп сенді. Зерттеушілер алғашқы кванттық компьютерлерді 1990 жылдардың аяғына дейін ғана жасады.
Кванттық есептеулер есептеулерді орындау үшін суперпозиция және түйісу сияқты кванттық механиканы пайдаланады. Кванттық механика - өте кішкентай, оқшауланған немесе суық заттарды зерттейтін физика саласы.
Кванттық есептеудің негізгі өңдеу бірлігі кванттық бит немесе кубиттер болып табылады. Кубиттер кванттық компьютерде жалғыз атомдардың, су-атомдық бөлшектердің немесе асқын өткізгіш электр тізбектерінің кванттық механикалық қасиеттерін пайдалана отырып жасалады.
Кубиттер жұмыс үстелі компьютерлері пайдаланатын биттерге ұқсас, бұл ретте кубиттер 1 немесе 0 кванттық күйде болуы мүмкін. Кубиттердің 1 және 0 күйлерінің суперпозициясында болуымен ерекшеленеді, яғни кубиттер бір уақытта 1 мен 0-ді көрсете алады.
Кубиттер суперпозицияда болғанда, екі кванттық күй бірге қосылады және басқа кванттық күйге әкеледі. Суперпозиция бірнеше есептеулердің бір уақытта өңделуін білдіреді. Сонымен, екі кубит бір уақытта төрт санды көрсете алады. Кәдімгі компьютерлер биттерді екі ықтимал күйдің біреуінде, 1 немесе 0 ғана өңдейді және есептеулер бір уақытта өңделеді.
Кванттық компьютерлер кубиттерді өңдеу үшін түйіспелерді де пайдаланады. Кубит шиеленіскен кезде, бір кубит оның бақыланбаған жұбының күйін ашатындай, бұл кубиттің күйі басқа кубиттің күйіне байланысты болады.
Кванттық процессор – компьютердің өзегі
Кубиттерді жасау қиын тапсырма. Кубитті кез келген уақыт бойы сақтау үшін мұздатылған орта қажет. Кубит жасау үшін қажет асқын өткізгіш материалдар абсолютті нөлге дейін салқындатылуы керек (шамамен минус 272 Цельсий). Есептеудегі қателерді азайту үшін кубиттер фондық шудан да қорғалған болуы керек.
Кванттық компьютердің іші сәнді алтын люстраға ұқсайды. Иә, ол нағыз алтыннан жасалған. Бұл компьютер кез келген ақпаратты жоғалтпай суперпозициялар жасап, кубиттерді шата алатындай етіп кванттық чиптерді суытатын сұйылтуға арналған тоңазытқыш.
Кванттық компьютер бұл кубиттерді басқаруға болатын кванттық механикалық қасиеттерді көрсететін кез келген материалдан жасайды. Кванттық есептеу жобалары асқын өткізгіш сымды айналдыру, электрондарды айналдыру және фотондардың иондарын немесе импульстарын ұстау сияқты әртүрлі тәсілдермен кубиттерді жасайды. Бұл кубиттер сұйылтылған тоңазытқышта жасалған мұздату температураларында ғана болады.
Кванттық есептеулер бағдарламалау тілі
Кванттық алгоритмдер деректерді талдайды және деректерге негізделген модельдеулерді ұсынады. Бұл алгоритмдер кванттық бағдарланған бағдарламалау тілінде жазылған. Бірнеше кванттық тілдерді зерттеушілер мен технологиялық компаниялар әзірледі.
Бұл кванттық есептеулер бағдарламалау тілдерінің бірнешеуі:
- QISKit: IBM ұсынған кванттық ақпараттық бағдарламалық құрал жинағы кванттық бағдарламаларды жазуға, модельдеуге және іске қосуға арналған толық жинақты кітапхана болып табылады.
- Q: Microsoft Quantum Development Kit құрамына кіретін бағдарламалау тілі. Әзірлеу жинағы кванттық симулятор мен алгоритм кітапханаларын қамтиды.
- Cirq: схемаларды жазу және осы тізбектерді кванттық компьютерлер мен симуляторларда іске қосу үшін python кітапханасын пайдаланатын Google әзірлеген кванттық тіл.
- Forest: кванттық бағдарламаларды жазатын және іске қосатын Rigetti Computing жасаған әзірлеуші ортасы.
Кванттық есептеулер үшін пайдаланылады
Нақты кванттық компьютерлер соңғы бірнеше жылда қол жетімді болды және тек бірнеше ірі технологиялық компанияларда кванттық компьютер бар. Бұл технологиялық компаниялардың кейбіріне Google, IBM, Intel және Microsoft кіреді. Бұл технология көшбасшылары әртүрлі мәселелерді шешу үшін өндірушілермен, қаржылық қызметтер фирмаларымен және биотехнологиялық фирмалармен жұмыс істейді.
Кванттық компьютер қызметтерінің қолжетімділігі және есептеу қуатының дамуы зерттеушілер мен ғалымдарға бұрын шешу мүмкін болмаған мәселелердің шешімін табудың жаңа құралдарын береді. Кванттық есептеулер керемет көлемдегі деректерді талдауға, сол деректер туралы модельдеу жасауға, шешімдерді әзірлеуге және мәселелерді түзететін жаңа технологияларды жасауға кететін уақыт пен ресурстарды азайтты.
Бизнес пен өнеркәсіп бизнесті жүргізудің жаңа жолдарын зерттеу үшін кванттық есептеулерді пайдаланады. Мұнда бизнес пен қоғамға пайдасын тигізетін кванттық есептеу жобаларының бірнешеуі берілген:
- Аэроғарыш өнеркәсібі әуе қозғалысын басқарудың жақсы жолдарын зерттеу үшін кванттық есептеулерді пайдаланады.
- Қаржы және инвестициялық фирмалар қаржылық инвестициялардың тәуекелі мен кірістілігін талдау, портфельдік стратегияларды оңтайландыру және қаржылық ауысуларды реттеу үшін кванттық есептеулерді қолданады деп үміттенеді.
- Өндірушілер жеткізу тізбегін жақсарту, өндіріс процестерінде тиімділікті арттыру және жаңа өнімдерді әзірлеу үшін кванттық есептеулерді қолдануда.
- Биотехнологиялық фирмалар жаңа дәрілердің ашылуын жеделдету жолдарын зерттеп жатыр.
Кванттық компьютерді табыңыз және кванттық есептеулермен тәжірибе жасаңыз
Кейбір компьютер ғалымдары үстелдік компьютерде кванттық есептеулерді имитациялау әдістерін әзірлейді.
Әлемдегі ең ірі технологиялық компаниялардың көпшілігі кванттық қызметтерді ұсынады. Жұмыс үстелі компьютерлерімен және жүйелерімен жұптастырылған кезде, бұл кванттық қызметтер жұмыс үстелі компьютерлерімен кванттық өңдеу күрделі мәселелерді шешетін орта жасайды.
- IBM IBM Q ортасын бірнеше нақты кванттық компьютерлерге және бұлт арқылы пайдалануға болатын модельдеулерге қол жеткізуді ұсынады.
- Alibaba Cloud арнайы құрастырылған кванттық кодтарды іске қосуға және сынауға болатын кванттық есептеулер бұлтты платформасын ұсынады.
- Microsoft Q бағдарламалау тілін, кванттық симуляторларды және пайдалануға дайын кодтың әзірлеу кітапханаларын қамтитын кванттық әзірлеу жинағын ұсынады.
- Ригеттиде кванттық бірінші бұлттық платформа бар, ол қазір бета нұсқасында. Олардың платформасы Forest SDK арқылы алдын ала конфигурацияланған.
Болашақтағы кванттық есептеулер туралы жаңалықтар
Кванттық компьютерлер қазіргі уақытта стандартты жабдықпен шешу үшін тым үлкен және тым күрделі мәселелерді шешеді, әсіресе қоршаған ортаны модельдеу және ауруларды болдырмау үшін.
Үстел компьютерлерінде бұл күрделі есептеулерді орындау және деректерді талдаудың керемет көлемін орындау үшін орын жоқ. Кванттық есептеулер ең үлкен үлкен деректер жинақтарын алады және бұл ақпаратты жұмыс үстелі компьютерінде алатын уақыттың аз бөлігінде өңдейді. Жұмыс үстелі компьютерінде өңдеу және талдау үшін бірнеше жыл қажет болатын деректер кванттық компьютер үшін бірнеше күнді алады.
Кванттық есептеулер әлі қалыптасу кезеңінде, бірақ оның ең күрделі әлемдік мәселелерді жарық жылдамдығымен шешуге мүмкіндігі бар. Кванттық есептеулер қаншалықты кеңейетінін және кванттық компьютерлердің қолжетімділігін кез келген адам болжайды.
