2076

Квантові обчислення: відкриття майбутнього

Квантові обчислення

Квантові обчислення стали одним із найбільш перспективних відкриттів останнього століття, і здатні повністю змінити підхід до обробки даних. Їхня головна перевага — неймовірно висока швидкість вирішення складних завдань, порівняно із звичайними комп'ютерами, яка досягається за рахунок використання квантової механіки.

Теоретично квантові обчислення здатні зробити революцію у багатьох сферах бізнесу — від охорони здоров'я до фінансового сектора. Тому в цій статті пропонуємо поговорити докладніше, що вони собою представляють і пояснимо принцип їх роботи.

Що таке квантові обчислення

Почнемо з визначення. Квантові обчислення - це тип обчислень, що діє не за стандартними математичними алгоритмами, а використовує переваги квантових механічних явищ, таких як суперпозиція, заплутаність та інтерференція.

Говорячи простими словами, квантові обчислення працюють не з бітами в бінарній системі одиниць та нулів, як це відбувається в класичних комп'ютерах, а використовують кубіти – найменші квантові частки. Особливість у цьому, що кубіти здатні перебувати одночасно у кількох станах, з допомогою чого швидкість обробки даних зростає у рази.

qbits

 

Як виконуються квантові обчислення

Ви вже напевно зрозуміли, що принцип роботи квантових обчислень докорінно відрізняється від того, до чого ми звикли. Тому, щоб краще розібратися як саме вони здійснюються, введемо два нові терміни:

  • Суперпозиція. Говорить про те, що за аналогією з хвилями в традиційній фізиці, два і більше квантових стану можуть складатися в єдиний, і результатом такої статури стане справді квантовий стан. Суперпозиція працює і у зворотний бік — тобто будь-який квантовий стан можна описати як суму інших квантових станів. Таким чином, суперпозиція надає квантовим комп'ютерам відомий паралелізм, і дозволяє їм одночасно обробляти мільйони різних операцій.
  • Заплутаність. Квантова заплутаність дозволяє комп'ютерам набагато швидше вирішувати складні завдання. Її сенс у тому, що деякі системи можуть бути пов'язані настільки тісно, що знання однієї з них дає чітке розуміння іншої незалежно від того, на якому віддаленні один від одного вони знаходяться. Наприклад, за допомогою заплутаності можна визначити, що якщо конкретний кубит обертається нагору, то відповідно інший гарантовано обертатиметься вниз. Простіше кажучи, квантова заплутаність - це здатність кубітів зіставляти свій стан зі станами інших кубітів.

По суті квантові обчислення спираються на принципи квантової механіки, в яких описано поведінку частинок на субатомному рівні. В результаті це дозволяє вийти зовсім на новий рівень якості та швидкості обчислень.

Області застосування квантових обчислень

Потенційно, квантові обчислення можуть використовуватися практично у всіх сферах бізнесу, але особливо привабливим їхнє застосування виглядає у секторах фінансів, охорони здоров'я та логістики.

Наприклад, якщо говорити про розробку нових медичних препаратів, то квантові обчислення можна використовувати для моделювання складних хімічних реакцій. Це дозволить дослідникам розробляти ліки набагато швидше та дешевше, що в результаті виведе медицину на зовсім інший рівень.

У фінансовій галузі їх можна використовувати, наприклад, для більш ефективного управління ризиками та боротьби з шахрайством, а в логістичній — для побудови оптимізованих ланцюжків постачання та зниження транспортних витрат.

При цьому потрібно розуміти, що все перераховане вище це — лише мала частина можливих варіантів застосування квантових обчислень.

Проблеми та обмеження

Разом з усіма перевагами, які здатні надати квантові обчислення, вони мають деякі серйозні обмеження, без вирішення яких досить складно уявити поширення технології на ринку. Ось основні з них:

  • Чутливість до шумів та перешкод. Якщо на роботі звичайних комп'ютерів шуми не позначаються, то квантові до них дуже чутливі. Несприятливе середовище може призвести до серйозних помилок у обчисленнях.
  • Вплив температури. Для роботи квантового комп'ютера потрібні дуже низькі температури. Це одна з причин, чому їх створення та експлуатація є дуже дорогими.
  • Вирішення задач. Як і залишається безліч завдань і областей, у яких швидкість квантових обчислень не набагато вище порівняно з класичними комп'ютерами.

Висновок

Квантові обчислення мають великі перспективи і в найближчому майбутньому здатні сильно змінити бізнес і в цілому той світ, в якому ми живемо. Але зараз технологія все ще знаходиться на стадії відкриття і досить «сира» для виходу в широкі маси. Тому компаніям і дослідникам, які працюють у цьому напрямі, доведеться зробити ще чимало роботи.