V naší moderní době jsou standardní počítače nepochybně pokročilé ve srovnání s tím, co jsme mohli shromáždit před několika desítkami let. Avšak s tím, jak rychlé a rozmanité jsou nyní počítače, je těžké si představit něco, co by mohlo být ještě lepší. Zadejte kvantové výpočty. Tento vědní obor si klade za cíl využít zákony vesmíru k dosažení neuvěřitelných cílů.
Takže, co přesně je kvantové počítání a jak ovlivní náš svět v budoucnu?
Co je kvantové počítání?
Ačkoli se dynamika kvantových počítačů stále studuje i dnes, původně se objevila v 80. letech minulého století fyzikem Paulem Benioffem. V této době Benioff navrhl kvantový výpočetní model Turingova stroje. Poté další jednotlivci pomohli vyvinout teorii a aplikaci kvantových počítačů, včetně Isaaca Chuanga a Neila Gershenfelda.
Definice kvantového počítání se mírně liší v závislosti na webu, který navštívíte. Jeho nejzákladnější formou je druh počítání, které spoléhá na kvantovou mechaniku. Zatímco kdysi byly kvantové počítače jen teorií na papíře, nyní ožívají.
Takže, s jakými kvantovými počítači dnes máme co do činění?
Kvantové výpočty jsou stále velmi ve vývoji. Je to neuvěřitelně komplexní obor, který ustoupil četným prototypovým modelům, jako je kvantový počítač Sycamore od Googlu. V roce 2019 Google oznámil, že Sycamore trvalo několik minut, než vyřešil výpočet, který by superpočítači zabral 10 000 let. Ale co je na kvantových počítačích jiné? Jak mohou provádět tak obrovské výkony?
Základy kvantového počítání
Typický počítač používá k fungování jednotky známé jako bity. Bit může mít a vždy bude mít pouze jednu ze dvou hodnot: nulu nebo jedničku. Tyto bity se používají k zápisu binárního kódu, což je absolutní základ ve světě výpočetní techniky.
Na druhé straně něco známého jako kvantový bit (qubit) je nejzákladnější jednotkou kvantových počítačů. Právě tyto jednotky potřebují kvantové počítače k ukládání dat a provádění funkcí. Qubit může nést informace v kvantovém stavu a může být generován řadou způsobů, jako je rotace elektronu.
Qubity mohou mít také libovolný počet podob, jako je foton nebo zachycený iont. Jsou to nekonečně malé částice, které tvoří základ našeho vesmíru.
Qubity mají velký potenciál. V současné době se používají v kvantových počítačích k řešení vícerozměrných kvantových algoritmů a spouštění kvantových modelů. Na qubitech je neuvěřitelné, že mohou existovat ve více stavech současně. To znamená, že mohou být současně nula, jedna nebo cokoli mezi tím.
Díky této vlastnosti mohou qubity zvažovat více možností najednou, což dává kvantovým počítačům schopnost provádět výpočty předtím, než se stav objektu stane měřitelným. To umožňuje kvantovým počítačům řešit složité problémy mnohem rychleji než běžné počítače.
Výhody kvantových počítačů
Největší výhodou kvantových počítačů je rychlost, s jakou mohou provádět výpočty. Taková technologie může poskytnout výpočetní rychlosti, kterých tradiční počítače nikdy nebudou schopny dosáhnout. Kvantové počítače jsou také mnohem schopnější řešit složitější problémy než typické počítače a mohou provozovat velmi složité simulace.
Tato pokročilá schopnost, kterou mají kvantové počítače, je někdy označována jako „kvantová převaha“, protože mají potenciál daleko za hranicemi počítačů nebo dokonce pokročilé superpočítače, mohl dosáhnout v příštích několika letech či desetiletích. Ale kvantové počítače nejsou v žádném případě dokonalé. Tyto stroje mají několik nevýhod, které mohou ovlivnit jejich budoucí úspěch.
Nevýhody kvantových počítačů
Vzhledem k tomu, že kvantové počítače jsou stále ve stádiu prototypu, je třeba ještě překonat mnoho problémů.
Za prvé, kvantové počítače potřebují extrémní prostředí, ve kterých mohou fungovat. Ve skutečnosti musí tyto stroje existovat při teplotách kolem 450 stupňů Fahrenheita. To ztěžuje přístup ke kvantovým počítačům pro většinu společností a pro veřejnost. Navíc jsou kvantové počítače ve srovnání s dnešními standardními modely velmi velké, podobně jako byl velký první počítač. I když se to pravděpodobně v budoucnu změní, přispěje to k nedostupnosti této technologie pro běžné lidi v raných fázích vývoje.
Kvantové počítače se také stále potýkají s chybovostí, která je prostě příliš vysoká. Pro úspěšnou integraci do různých průmyslových odvětví si musíme být jisti, že tyto stroje poskytují vysokou úspěšnost, takže se na ně lze spolehnout.
Nyní, když rozumíme základům kvantového počítání a jeho výhodám a nevýhodám, pojďme se pustit do toho, jak lze tuto technologii uplatnit v různých průmyslových odvětvích.
Využití kvantového počítání
Vzhledem k tomu, že kvantové výpočty jsou stále poněkud v raných fázích vývoje, vzniká mnoho nápadů, co by jednoho dne mohly dělat. Existuje mnoho mylných představ ohledně kvantových počítačů, což je široce způsobeno nedorozuměním ohledně technologie. Někteří lidé navrhují, že kvantové počítače budou použity ke vstupu do paralelních vesmírů nebo dokonce k simulaci cestování časem.
I když tyto možnosti nelze přesně vyloučit, musíme se zaměřit na realističtější aplikace kvantových počítačů, kterých lze dosáhnout v průběhu několika příštích desetiletí. Pojďme tedy k aplikacím kvantového počítání.
1. Umělá inteligence a strojové učení
Umělá inteligence a strojové učení jsou dvě další technologie, které se zdají téměř futuristické, ale postupem let jsou stále pokročilejší. Jak se tyto technologie vyvíjejí, možná budeme muset přejít od standardních počítačů. Zde by mohly zasáhnout kvantové počítače se svým obrovským potenciálem zpracovávat funkce a rychle řešit výpočty.
2. Kybernetická bezpečnost
Jak se kyberzločinci stávají sofistikovanějšími, naše potřeba vysoké úrovně kybernetické bezpečnosti roste. Dnes, kybernetická kriminalita je znepokojivě běžná, přičemž měsíčně jsou cíleny tisíce lidí.
S využitím kvantových výpočtů budeme možná jednoho dne schopni snadněji vyvinout vysoce kvalitní protokoly kybernetické bezpečnosti, které si poradí i s těmi nejsofistikovanějšími útoky.
Kvantové výpočty mají také potenciál pomoci v kryptografii, konkrétně v oblasti známé jako kvantová kryptografie. Toto zkoumá akt využití kvantové mechaniky provádět kryptografické funkce.
3. Vývoj léčiv
Schopnost kvantových počítačů předvídat výsledek situací je může učinit účinnými při vývoji léků. Kvantový počítač může jednoho dne pomoci předpovědět, jak se určité molekuly chovají v určitých scénářích. Kvantový počítač by například mohl předpovídat, jak se bude droga chovat v těle člověka.
Tato zvýšená úroveň výzkumu by mohla výrazně usnadnit období pokusů a omylů při vývoji léků.
Obavy obklopující kvantové výpočty
Když se vyvíjí nový druh technologie, je přirozené, že se lidé trochu bojí. Měly by nás tedy kvantové výpočty znepokojovat?
Hodně se mluvilo o kybernetické bezpečnosti rizika, která kvantové počítače představují. Přestože kvantové počítače mohou pomoci dosáhnout vyšší úrovně digitální bezpečnosti, věci mohou jít i jinak. I když je tato hrozba v tuto chvíli hypotetická, existuje šance, že by se mohla rozvinout do podoby problém v nadcházejících letech, zvláště když se kvantové počítače stanou dostupnými pro širší veřejnost populace. Některé společnosti již nabízejí"kvantově odolná VPN„služby v očekávání.
Protože kvantové počítače dokážou řešit vysoce složité problémy, jejich potenciál pro efektivnější prolomení hesel a dešifrování dat zvyšuje. Zatímco i superpočítače se snaží najít velké dešifrovací klíče, kvantové počítače mohou mít jednoho dne možnost snadno dešifrovat citlivá data, což by byla velmi dobrá zpráva pro zlomyslné aktéry.
Quantum Computing nás posune do budoucnosti
Možnosti, které kvantové výpočty nabízejí, jsou neuvěřitelné a jednoho dne budou dosažitelné. Přestože je kvantové počítání stále v rané fázi, pokračující pokrok v této oblasti nás může vést k obrovským technologickým výkonům. S tímhle to ukáže jen čas!