În zilele noastre moderne, computerele standard sunt, fără îndoială, avansate în comparație cu ceea ce am putea aduna acum câteva decenii. Cu toate acestea, având în vedere cât de rapide și diverse sunt computerele acum, este greu de imaginat ceva care ar putea fi și mai bun. Intră în calculul cuantic. Acest domeniu al științei își propune să folosească legile universului pentru a atinge obiective incredibile.
Deci, ce este exact calculul cuantic și cum ne va afecta lumea în viitor?
Ce este calculul cuantic?
Deși dinamica calculului cuantic este încă studiată astăzi, ea a apărut inițial în anii 1980 de către fizicianul Paul Benioff. În acest moment, Benioff a propus un model de calcul cuantic al mașinii Turing. După aceasta, persoane ulterioare au ajutat la dezvoltarea teoriei și aplicării calculului cuantic, inclusiv Isaac Chuang și Neil Gershenfeld.
Definiția calculului cuantic diferă ușor în funcție de site-ul pe care îl vizitați. Forma sa cea mai de bază este un fel de calcul care se bazează pe mecanica cuantică pentru a funcționa. În timp ce computerele cuantice au fost cândva doar o teorie pe hârtie, acum prind viață.
Deci, cu ce fel de computere cuantice avem de-a face astăzi?
Calculul cuantic este încă în dezvoltare. Este un domeniu incredibil de complex care a făcut loc numeroaselor modele prototip, cum ar fi computerul cuantic Sycamore de la Google. În 2019, Google a anunțat că Sycamore a avut nevoie de câteva minute pentru a rezolva un calcul care i-ar lua unui supercomputer 10.000 de ani. Dar ce este diferit la computerele cuantice? Cum pot ei să îndeplinească fapte atât de uriașe?
Bazele calculului cuantic
Un computer tipic folosește unități cunoscute sub numele de biți pentru a funcționa. Un bit poate și va avea doar una dintre cele două valori: zero sau unu. Acești biți sunt folosiți pentru a scrie cod binar, un element de bază absolut în lumea calculatoarelor.
Pe de altă parte, ceva cunoscut sub numele de bit cuantic (qubit) este cea mai de bază unitate a calculatoarelor cuantice. De aceste unități au nevoie computerele cuantice pentru a stoca date și a îndeplini funcții. Un qubit poate transporta informații într-o stare cuantică și poate fi generat în mai multe moduri, cum ar fi prin spin-ul unui electron.
Qubiții pot lua, de asemenea, orice număr de forme, cum ar fi un foton sau un ion prins. Acestea sunt particule infinitezimal de mici care formează baza universului nostru.
Qubit-urile au mult potențial. Ele sunt utilizate în prezent în calculatoarele cuantice pentru a rezolva algoritmi cuantici multidimensionali și pentru a rula modele cuantice. Ceea ce este destul de incredibil la qubiți este că aceștia pot exista în mai multe stări simultan. Aceasta înseamnă că pot fi simultan zero, unu sau orice altceva între ele.
Datorită acestei proprietăți, qubiții pot lua în considerare mai multe posibilități simultan, ceea ce oferă computerelor cuantice capacitatea de a efectua calcule înainte ca starea unui obiect să devină măsurabilă. Acest lucru permite calculatoarelor cuantice să rezolve probleme complexe mult mai rapid decât computerele obișnuite.
Avantajele calculatoarelor cuantice
Cel mai mare avantaj al calculatoarelor cuantice este viteza cu care pot efectua calcule. O astfel de tehnologie poate oferi viteze de calcul pe care computerele tradiționale nu le vor putea atinge niciodată. Calculatoarele cuantice sunt, de asemenea, mult mai capabile să rezolve probleme mai complexe decât computerele obișnuite și pot rula simulări extrem de complexe.
Această abilitate avansată găzduită de computerele cuantice este uneori denumită „superioritatea cuantică," deoarece au un potențial mult peste ceea ce computere sau chiar supercalculatoare avansate, ar putea realiza în următorii câțiva ani sau decenii. Dar computerele cuantice nu sunt deloc perfecte. Aceste mașini au câteva dezavantaje care le pot afecta succesul viitor.
Dezavantajele calculatoarelor cuantice
Deoarece calculatoarele cuantice sunt încă în stadiul de prototip, multe probleme trebuie încă depășite.
În primul rând, computerele cuantice au nevoie de medii extreme în care să funcționeze. De fapt, aceste mașini trebuie să existe la temperaturi de aproximativ 450 de grade Fahrenheit. Acest lucru face dificilă accesarea computerelor cuantice de către majoritatea companiilor și de către public. În plus, computerele cuantice sunt foarte mari în comparație cu modelele standard de astăzi, similar cu cât de mare a fost primul computer. Deși acest lucru se va schimba probabil în viitor, va contribui la inaccesibilitatea acestei tehnologii pentru oamenii obișnuiți în fazele incipiente ale dezvoltării.
Calculatoarele cuantice încă se confruntă cu rate de eroare care sunt pur și simplu prea mari. Pentru integrarea cu succes în diverse industrii, trebuie să fim siguri că aceste mașini oferă o rată de succes ridicată, astfel încât să se poată baza pe ele.
Acum că înțelegem elementele de bază ale calculului cuantic și avantajele și dezavantajele sale, să vedem cum această tehnologie poate fi aplicată în diverse industrii.
Utilizările calculului cuantic
Deoarece calculul cuantic este încă oarecum în fazele sale incipiente de dezvoltare, se aruncă multe idei despre ceea ce ar putea face într-o zi. Există o mulțime de concepții greșite despre computerele cuantice, care se datorează în mare măsură neînțelegerilor despre tehnologie. Unii oameni propun că computerele cuantice vor fi folosite pentru a intra în universuri paralele sau chiar pentru a simula călătoria în timp.
Deși aceste posibilități nu pot fi excluse exact, trebuie să ne concentrăm asupra aplicațiilor mai realiste ale calculului cuantic care pot fi realizate în următoarele câteva decenii. Deci, să intrăm în aplicațiile calculului cuantic.
1. Inteligența artificială și învățarea automată
Inteligența artificială și învățarea automată sunt alte două tehnologii care par aproape futuriste, dar devin din ce în ce mai avansate pe măsură ce trec anii. Pe măsură ce aceste tehnologii se dezvoltă, este posibil să fie nevoie să trecem de la computerele standard. Aici ar putea interveni computerele cuantice, cu potențialul lor vast de a procesa funcții și de a rezolva rapid calcule.
2. Securitate cibernetică
Pe măsură ce infractorii cibernetici devin mai sofisticați, nevoia noastră de niveluri ridicate de securitate cibernetică crește. Astăzi, criminalitatea cibernetică este îngrijorător de frecventă, mii de oameni fiind vizați lunar.
Folosind calculul cuantic, s-ar putea într-o zi să reușim să dezvoltăm mai ușor protocoale de securitate cibernetică de înaltă calitate, care pot aborda chiar și cele mai sofisticate atacuri.
Calculul cuantic are, de asemenea, potențialul de a da o mână de ajutor în criptografie, în special într-un domeniu cunoscut sub numele de criptografia cuantică. Aceasta explorează actul de a folosi mecanica cuantică la efectuează funcții criptografice.
3. Dezvoltarea medicamentelor
Capacitatea computerelor cuantice de a prezice rezultatul situațiilor le poate face eficiente în dezvoltarea medicamentelor. Un computer cuantic poate ajuta într-o zi să prezică modul în care anumite molecule acționează în anumite scenarii. De exemplu, un computer cuantic ar putea prognoza cum se va comporta un medicament în corpul unei persoane.
Acest nivel ridicat de cercetare ar putea face perioada de încercare și eroare a dezvoltării medicamentelor mult mai ușoară.
Preocupări legate de calculul cuantic
Când se dezvoltă un nou tip de tehnologie, este firesc ca oamenii să se simtă puțin îngrijorați. Deci, ar trebui să ne preocupe calculul cuantic?
S-a vorbit mult despre securitatea cibernetică riscurile prezentate de calculatoarele cuantice. Deși computerele cuantice pot ajuta la atingerea unor niveluri mai ridicate de securitate digitală, lucrurile ar putea merge invers. Deși această amenințare este ipotetică în acest moment, există șansa ca aceasta să se dezvolte într-un problema în anii următori, în special atunci când computerele cuantice devin accesibile pentru întreaga lume populatia. Unele companii oferă deja „VPN cu dovadă cuantică„servicii în așteptare.
Deoarece computerele cuantice pot rezolva probleme extrem de complexe, potențialul lor de spargere mai eficientă a parolelor și decriptarea datelor crește. În timp ce chiar și supercalculatoarele se luptă să găsească chei mari de decriptare, computerele cuantice ar putea avea într-o zi capacitatea de a decripta cu ușurință date sensibile, ceea ce ar fi o veste foarte bună pentru actorii rău intenționați.
Calculul cuantic ne va împinge în viitor
Posibilitățile oferite de calculul cuantic sunt deloc incredibile și vor fi într-o zi realizabile. Deși calculul cuantic este încă în fazele sale incipiente, progresele continue în acest domeniu ne pot conduce la fapte tehnologice uriașe. Doar timpul va spune cu acesta!
