Llogaritja kuantike përdor mekanikën kuantike për të përpunuar sasi të mëdha informacioni me një shpejtësi të pabesueshme të lartë. Duhen disa minuta deri në disa orë që një kompjuter kuantik të zgjidhë një problem që një kompjuteri desktop do t'i duheshin vite ose dekada për ta zgjidhur.
Informatika kuantike po krijon skenën për një gjeneratë të re superkompjuterësh. Këta kompjuterë kuantikë pritet të jenë më të mirë se teknologjia ekzistuese në fusha të tilla si modelimi, logjistika, analiza e tendencave, kriptografia dhe inteligjenca artificiale.
Llogaritja kuantike e shpjeguar
Ideja e llogaritjes kuantike u imagjinua për herë të parë në fillim të viteve 1980 nga Richard Feynman dhe Yuri Manin. Feynman dhe Manin besonin se një kompjuter kuantik mund të simulonte të dhënat në mënyra që një kompjuter desktop nuk mund të simulonte. Vetëm në fund të viteve 1990 studiuesit ndërtuan kompjuterët e parë kuantikë.
Llogaritja kuantike përdor mekanikën kuantike, të tilla si mbivendosja dhe ngatërrimi, për të kryer llogaritjet. Mekanika kuantike është një degë e fizikës që studion gjërat që janë jashtëzakonisht të vogla, të izoluara ose të ftohta.
Njësia primare e përpunimit të llogaritjes kuantike është bit ose kubit kuantik. Kubitët krijohen në kompjuterin kuantik duke përdorur vetitë mekanike kuantike të atomeve të vetme, grimcave nën-atomike ose qarqeve elektrike superpërcjellëse.
Kubitët janë të ngjashëm me bitët e përdorur nga kompjuterët desktop në atë që kubitët mund të jenë në gjendje kuantike 1 ose 0. Kubitët ndryshojnë në atë që mund të jenë gjithashtu në një mbivendosje të gjendjeve 1 dhe 0, që do të thotë se kubitët mund të përfaqësojnë njëkohësisht 1 dhe 0.
Kur kubitët janë në mbivendosje, dy gjendje kuantike mblidhen së bashku dhe rezultojnë në një gjendje tjetër kuantike. Mbivendosje do të thotë që llogaritjet e shumta përpunohen njëkohësisht. Pra, dy kubit mund të përfaqësojnë katër numra në të njëjtën kohë. Kompjuterët e rregullt përpunojnë bit në vetëm një nga dy gjendjet e mundshme, 1 ose 0, dhe llogaritjet përpunohen një nga një.
Kompjuterët kuantikë përdorin gjithashtu ndërthurjen për të përpunuar kubit. Kur një kubit ngatërrohet, gjendja e atij kubiti varet nga gjendja e një kubiti tjetër, kështu që një kubit zbulon gjendjen e çiftit të tij të pavëzhguar.
Procesori kuantik është thelbi i kompjuterit
Krijimi i kubitëve është një detyrë e vështirë. Duhet një mjedis i ngrirë për të mbajtur një qubit për çdo kohë. Materialet superpërcjellëse të nevojshme për të krijuar një kubit duhet të ftohen në zero absolute (rreth minus 272 Celsius). Kubitët duhet gjithashtu të mbrohen nga zhurma e sfondit për të reduktuar gabimet në llogaritje.
Brendësia e një kompjuteri kuantik duket si një llambadar ari i zbukuruar. Dhe, po, është bërë me ar të vërtetë. Është një frigorifer hollimi që ftoh çipat kuantike në mënyrë që kompjuteri të krijojë mbivendosje dhe të ngatërrojë kubit pa humbur asnjë informacion.
Kompjuteri kuantik i prodhon këto kubit nga çdo material që shfaq vetitë mekanike kuantike që mund të kontrollohen. Projektet e llogaritjes kuantike krijojnë kubit në mënyra të ndryshme, të tilla si rrotullimi i telit superpërcjellës, rrotullimi i elektroneve dhe kapja e joneve ose impulseve të fotoneve. Këto kubit ekzistojnë vetëm në temperaturat nën ngrirje të krijuara në frigoriferin e hollimit.
Gjuha e programimit të informatikës kuantike
Algoritmet kuantike analizojnë të dhënat dhe ofrojnë simulime bazuar në të dhënat. Këto algoritme janë shkruar në një gjuhë programimi të fokusuar në kuantike. Disa gjuhë kuantike janë zhvilluar nga studiues dhe kompani teknologjike.
Këto janë disa nga gjuhët e programimit të informatikës kuantike:
- QISKit: Kompleti i softuerit të informacionit kuantik nga IBM është një bibliotekë e plotë për të shkruar, simuluar dhe ekzekutuar programe kuantike.
- Q: Gjuha e programimit e përfshirë në Microsoft Quantum Development Kit. Kompleti i zhvillimit përfshin një simulator kuantik dhe biblioteka algoritmesh.
- Cirq: Një gjuhë kuantike e zhvilluar nga Google që përdor një bibliotekë python për të shkruar qarqe dhe për të drejtuar këto qarqe në kompjuterë dhe simulatorë kuantikë.
- Forest: Një mjedis zhvilluesish i krijuar nga Rigetti Computing që shkruan dhe ekzekuton programe kuantike.
Përdorime për llogaritjen kuantike
Kompjuterët kuantikë të vërtetë janë bërë të disponueshëm vitet e fundit dhe vetëm disa kompani të mëdha teknologjike kanë një kompjuter kuantik. Disa nga këto kompani teknologjike përfshijnë Google, IBM, Intel dhe Microsoft. Këta udhëheqës të teknologjisë po punojnë me prodhuesit, firmat e shërbimeve financiare dhe firmat bioteknike për të zgjidhur një sërë problemesh.
Disponueshmëria e shërbimeve kompjuterike kuantike dhe përparimi në fuqinë kompjuterike u jep studiuesve dhe shkencëtarëve mjete të reja për të gjetur zgjidhje për problemet që më parë ishin të pamundura për t'u zgjidhur. Llogaritja kuantike ka reduktuar sasinë e kohës dhe burimeve që nevojiten për të analizuar sasi të jashtëzakonshme të dhënash, për të krijuar simulime rreth atyre të dhënave, për të zhvilluar zgjidhje dhe për të krijuar teknologji të reja që rregullojnë problemet.
Biznesi dhe industria përdorin informatikë kuantike për të eksploruar mënyra të reja të të bërit biznes. Këtu janë disa nga projektet e informatikës kuantike që mund të përfitojnë nga biznesi dhe shoqëria:
- Industria e hapësirës ajrore përdor llogaritjen kuantike për të hetuar mënyra më të mira për të menaxhuar trafikun ajror.
- Firmat financiare dhe investuese shpresojnë të përdorin llogaritjen kuantike për të analizuar rrezikun dhe kthimin e investimeve financiare, për të optimizuar strategjitë e portofolit dhe për të zgjidhur tranzicionet financiare.
- Prodhuesit po adoptojnë llogaritjen kuantike për të përmirësuar zinxhirët e tyre të furnizimit, për të krijuar efikasitet në proceset e tyre të prodhimit dhe për të zhvilluar produkte të reja.
- Firmat bioteknike po eksplorojnë mënyra për të përshpejtuar zbulimin e barnave të reja.
Gjeni një kompjuter kuantik dhe eksperimentoni me llogaritjen kuantike
Disa shkencëtarë kompjuterash zhvillojnë metoda për të simuluar llogaritjen kuantike në një kompjuter desktop.
Shumë nga kompanitë më të mëdha të teknologjisë në botë ofrojnë shërbime kuantike. Kur çiftohen me kompjuterë dhe sisteme desktop, këto shërbime kuantike krijojnë një mjedis ku përpunimi kuantik - me kompjuterët desktop - zgjidh probleme komplekse.
- IBM ofron mjedisin IBM Q me akses në disa kompjuterë realë kuantikë dhe simulime që mund t'i përdorni përmes cloud.
- Alibaba Cloud ofron një platformë re kompjuterike kuantike ku mund të ekzekutoni dhe testoni kodet kuantike të krijuara me porosi.
- Microsoft ofron një çantë zhvillimi kuantik që përfshin gjuhën e programimit Q, simuluesit kuantikë dhe bibliotekat e zhvillimit të kodit të gatshëm për përdorim.
- Rigetti ka një platformë të re kuantike të parë që është aktualisht në beta. Platforma e tyre është e para-konfiguruar me Forest SDK-në e tyre.
Lajme nga informatika kuantike në të ardhmen
Ëndrra është që kompjuterët kuantikë do të zgjidhin probleme aktualisht shumë të mëdha dhe shumë komplekse për t'u zgjidhur me pajisje standarde - veçanërisht për modelimin mjedisor dhe kontrollin e sëmundjeve.
Kompjuterët desktop nuk kanë hapësirën për të kryer këto llogaritje komplekse dhe për të kryer këtë sasi të jashtëzakonshme të analizave të të dhënave. Informatika kuantike merr koleksionet më të mëdha të të dhënave dhe përpunon këtë informacion në një pjesë të kohës që do të merrte në një kompjuter desktop. Të dhënat që një kompjuteri desktop do t'i duheshin disa vite për t'u përpunuar dhe analizuar i duhen vetëm disa ditë për një kompjuter kuantik.
Llogaritja kuantike është ende në fillimet e saj, por ka potencialin për të zgjidhur problemet më komplekse botërore me shpejtësinë e dritës. Është supozimi i kujtdo se sa larg do të rritet kompjuteri kuantik dhe disponueshmëria e kompjuterëve kuantikë.
