Общ

5 неразрешими проблеми Квантовите изчисления ще решат


Ако прекарате повече от пет минути в интернет, гледате новините и по друг начин оставате в течение със света, чули сте вълнението около скорошния напредък в развитието на квантовите компютърни системи.

Hype не е преувеличен - той наистина ще промени всичко. Квантовите компютри имат потенциала да духат през препятствия, които ограничават силата на класическите компютри, решавайки проблеми за секунди, които биха отнели на класическия компютър целия живот на Вселената, само за да се опита да реши, като криптиране, оптимизация и други подобни задачи.

Излишно е да се споменава, че надпреварата сега се превръща в квантови компютри в практически ежедневни инструменти за бизнеса, индустрията и науката, за да спечелят конкурентно предимство.

Квантови изчислителни решения на класически изчислителни проблеми

Може би се чудите какво е това за квантовите изчисления, което го прави много по-мощен от класическите изчисления.

Ако сте прочели някоя статия за квантовите изчисления, ще сте чували как кубитите използват суперпозицията на субатомни частици - квантово-механичният процес, който позволява частицата да бъде едновременно на две места - така че докато традиционните битове могат да бъдат 1 или 0, кубитите могат да имат 1, 0 или и двете едновременно.

Тази последна част е ключът към мощността на квантовите изчисления. В класическите изчисления битът може да съхранява само едно състояние, 1 или 0, по всяко време.

Qubits всъщност съхраняват суперпозицията на всяко възможно квантово състояние, така че един кубит може да съдържа две двоични стойности наведнъж, което означава, че една операция може да бъде извършена на 2н стойности едновременно, където n е броят на кубитите.

Шифроване и киберсигурност

Проблемът за разлагането на прости числа е нетривиален, след като започнете да работите с полупростия продукт на две много големи прости числа.

Това изчислително ограничение означава, че откакто е въведено, RSA криптирането е надеждно нечуплив печат, който защитава голяма част от световните данни и комуникации.

Достатъчно мощен квантов компютър? Може да наруши отвореното RSA криптиране с относителна лекота, използвайки алгоритъма на Шор. Това доведе до много дискусии за това какво да правим, когато, а не ако нашата настояща система за криптиране е повредена.

Някои твърдят, че се увеличава дължината на публичните ключове за криптиране толкова дълго, колкото е необходимо, за да се победи квантовото декриптиране, но други твърдят, че използват квантовите изчисления, за да осигурят комуникация от край до край.

Нилс Бор, Макс Борн и други показаха, че при наблюдение вълната ще се срути до една позиция в пространството, където ще бъде намерена самата частица. Хайзенберг също показа, че актът на наблюдение на частицата нарушава самата частица до степен по отношение на количеството информация, събрана от наблюдението.

Благодарение на квантовата криптография, същото това поведение може да се използва за перфектна защита на комуникациите от подслушване или прихващане, тъй като самият акт на прихващане на данните би ги повредил, така че човекът, който нарушава частицата, не може да получи използваема информация от нея, а получателят може да бъдете предупредени за опита за подслушване.

Вкоренена в природата на самите субатомни частици, такава система би била напълно нечуплива, независимо колко напреднал е компютърът, който се опитва да пробие криптирането.

Финансови услуги

Fintech винаги е бил на върха на технологиите и квантовите изчисления не са по-различни.

В продължение на почти век един от основните инструменти в изучаването на икономиката са усъвършенстваните модели на пазарно поведение с надеждата да предскажат важни, разрушителни събития за по-широката икономика.

Тези модели, благодарение на квантовите изчисления, могат да бъдат разширени, за да вземат предвид значително повече променливи, като произвеждат по-точни модели и увеличават тяхната прогностична сила.

Комбинирайки тези по-усъвършенствани модели с капацитета на квантовите изчисления да обработва и извлича данни от невероятно големи масиви от данни, тези модели - подигравани от някои критици като ненаучни предположения - може да са в състояние да правят прогнози за пазари, които могат да имат огромно глобално въздействие.

Изследвания и разработки на лекарства

Когато химиците изследват нови лекарства, голяма част от тяхната работа тества стотици възможни променливи в химична формула, за да се намерят желаните характеристики, необходими за лечение на различни заболявания.

Този процес е на експериментиране и откриването често води до време за разработване от повече от 10 години преди новото лекарство да бъде пуснато на пазара - често на цена от милиарди долари. се извършва на компютри, които трябва да комбинират и рекомбинират елементи, за да тестват резултатите.

Подобно на финансовите пазари, всички тези променливи могат да бъдат обработвани едновременно от квантов компютър и значително ще намалят времето и разходите, необходими за разработването на нови лекарства.

Логистика на веригата за доставки

Значението на логистиката е добре разбирано през цялата история, от армии до търговци, но също така и за учени и математици.

Опитът да координира и идентифицира най-ефективния маршрут за пътуване на стоки до пазара е една от най-неуловимите цели както за бизнеса, така и за науката почти завинаги, но никога повече, отколкото днес, когато бизнесът може да има глобални вериги за доставки, за да се справи с.

Това попада в клас проблеми, наречени проблеми с оптимизацията и като цяло те не могат да бъдат решени с помощта на алгоритми за груба сила, където пермутациите се изчисляват и сравняват една по една. Тъй като кубитите са суперпозиции, те ще приложат дадена операция към всички възможни стойности, представени от суперпозицията.

Вместо милиарди трилиони отделни операции, квантовите изчисления могат да сведат най-трудните проблеми с оптимизацията до редица операции, при които дори класическият компютър би могъл бързо да намери оптималния отговор.

Експоненциално по-бърз анализ на данни

Експлозията на интернет, бързият напредък в изчислителната мощ, изчислителните облаци и способността ни да съхраняваме повече данни, отколкото дори се смяташе за възможно само преди две десетилетия, помогнаха за революцията на големите данни от 21-ви век, но скоростта на събиране на данни е расте по-бързо от способността ни да го обработваме и анализираме.

Всъщност 90 процента от всички данни, създадени в историята на човечеството, са получени през последните две години.

Тъй като научните инструменти продължават да напредват и се натрупват още повече данни, изследователите на класическите изчисления няма да могат да обработват нарастващото изоставане на данни.

За щастие, учени от MIT си партнираха с Google, за да демонстрират математически начините, по които квантовите компютри, когато се сдвояват с контролирано машинно обучение, могат да постигнат експоненциално увеличение на скоростта на категоризация на данните.

Въпреки че сега е само теория, след като квантовите компютри се мащабират достатъчно, за да обработят тези масиви от данни, самият този алгоритъм може да обработи безпрецедентно количество данни за рекордно време.

Надпреварата за квантово изчислително надмощие

Естествено, светът улавя последиците от появата на практически квантови изчисления. Правителствата и фирмите, които създават първата практическа употреба на квантовите компютри, бързо ще се отдръпнат от своите съперници, за да извлекат огромните предимства от революцията в квантовите изчисления.

В резултат на това правителствата инвестират сериозно в изследвания на квантови компютърни системи, както и големите технологични титани като Google и IBM. Очаква се тези събития да започнат да влияят на 5-те области на икономиката, които разгледахме през следващото десетилетие, а може би още през 2020 г.

Практическите квантови изчисления бързо се приближават към реалността и след като революцията на квантовите компютри стартира, човечеството по-добре се закопчава, ще полудее.


Гледай видеото: Защо сините китове не боледуват от рак - Парадоксът на Пето (Юли 2021).