Это звучит немного безумно и напоминает мысленный эксперимент Следингера с кошкой, но на самом деле частицы могут находиться во многих ситуациях одновременно, но только если это не измеряется.
Квантовые технологии что это простыми словами
Прослушайте эту статью:.
Обработка звука с сайта whitecane.рф.
Одной из самых интересных и многообещающих областей современной науки являются квантовые информационные технологии. Они основаны на квантовых физических процессах, а не на классических алгоритмах.
Классические компьютеры работают с битами — они используют двоичную символику. В состоянии — 0 или 1 (истинное или ложное, положительное или отрицательное) — можно найти лишь немногое. Квантовая информационная технология, с другой стороны, основана на концепции кубита или квантового бита (от англ. Quantum Bit, Q-bit).
Квантовые биты могут быть 0 и 1 с различными «весами», представляющими ценовые диапазоны — это явление называется принципом преодоления. Это ситуация, в которую помещен знаменитый кот Шредингера, живой и мертвый, пока в эксперименте не будет сделано наблюдение. Измерение кубита «обрушивает» его состояние сразу на 0 или 1, что является одной из фундаментальных ситуаций.
Квантовые компьютеры, использующие кнопки, теоретически могут работать в экспоненциально большом количестве ситуаций одновременно и справляться с технологическими задачами, на выполнение которых современным цифровым компьютерам требуются тысячи или миллионы лет.
Немного истории: через неопределенность к звездам
Любой, кто говорит, что понимает квантовую механику, но не вникает в нее, на самом деле не понимает ее», — сказал Нильс Бор. Квантовая механика возникла в начале 20-го века и окончательно сформировалась в 1930-х годах.
На ранних этапах становления новой области физики пионерам приходилось серьезно отстаивать свою точку зрения. Среди его оппонентов был Альберт Эйнштейн. Он не мог принять идеи квантовой механики, особенно принцип неопределенности Гейзенберга.
Физик Вернер Гейзенберг положил этому начало в 1927 году. Согласно этому принципу, невозможно одновременно знать точную скорость и положение электрона. Также нельзя точно определить его энергию в какой-либо конкретный период времени.
На квантовом уровне нарушаются все фундаментальные законы здравого смысла. Электрон может исчезать и вновь появляться во многих местах в то же время, что и в других местах.
По сути, сказал Гейзенберг, наблюдатели влияют на рассматриваемую им реальность, с чем Эйнштейн категорически не согласился. Его полемика с «квантовыми экспертами» осталась в истории науки. Эйнштейн и его сторонники утверждали, что реальность определенна, а несовершенны только методы и наблюдатели.
Поклонники квантовой механики ответили, что модель может быть такой, какой они хотят, но сама реальность, основа нашего мира, никогда не была полностью определена.
В конце концов, Бор и его последователи победили. Все эксперименты, наблюдения и расчеты показывают, что принцип неопределенности и другие предложения квантовой механики верны. Благодаря этим методам теоретических исследований, таким как электронные полупроводники, лазеры и атомная энергия, у человека появляется атомная энергия.
Актуальность квантового компьютера: «квантовая гонка»
В ежегодном цикле хайпов, составляемом компанией Gartner, квантовые вычисления являются одним из главных трендов 2019 года, наряду с искусственным интеллектом и блокчейном.
По данным Gartner, технологии проходят через различные циклы зрелости — триггеры, пики завышенных ожиданий, разочарования, ошибки и плато продуктивности. Согласно графику на 2018 год, компьютерные работы, включая фрукты, начнутся через 5-10 лет. Это означает, что стартапы и инвесторы должны быть бдительными, чтобы не упустить момент, когда инвестировать в квантовые технологии будет уже слишком поздно.
Термин «квантовое преимущество» относится к способности квантовых компьютеров превосходить классические компьютеры. Современный уровень развития технологий приближается к тому моменту, когда квантовые вычисления станут практически функциональными.
Несколько лет назад о намерении создать функциональный квантовый компьютер заявили Google, Intel и Microsoft, а также IBM, которая давно изучает этот сектор.
Между тем, канадская компания D -Wave производит и продает такие адиабатические компьютеры с 2011 года. Сегодня компания уже предлагает 2000 кубометров и обещает 20 000 кубометров через два года.
Что касается приложений, то разница между адиабатическими квантовыми вычислительными системами и компьютерами заключается в том, что компьютеры D-Wave могут решать только очень узкий круг задач по оптимизации. Некоторые эксперты сомневаются, стоит ли называть эти устройства квантовыми компьютерами, предпочитая термин «симулятор».
Успех IBM и Google в разработке универсальных или «настоящих» квантовых компьютеров, на первый взгляд, средний. Их мощность достигает 56-72 локтей. Однако потенциально эти компьютеры могут решать более широкий круг задач.
Важно также понимать, что в квантовой физике не все так просто, и что количество кубитов — лишь кажущийся критерий успеха.
Количество кубитов — это только одна из трех «осей», на которых основывается мощность квантового компьютера. Второе — постоянство, способность кубитов становиться избыточными. Эта способность определяет, как долго будет работать машина. Чем больше время когерентности, тем больше вычислений может выполнить компьютер.
Наконец, третья «ось» — это степень программирования. Он описывает количество различных типов задач, которые может выполнять квантовый компьютер.
В квантовой информатике много шума и спекуляций, и недобросовестным экспертам очень трудно отличить случаи и рекламные утверждения от стабильно документированных, воспроизводимых научных событий.
В настоящее время нет достоверных доказательств того, что у кого-то есть действительно функциональный квантовый компьютер объемом 50 кубических дюймов. По моему мнению, в ближайшем будущем мы можем реально ожидать появления компьютера с объемом памяти 30 кубических дюймов.
Проблема реализации «настоящего» квантового компьютера связана с физическими и техническими трудностями. Первые квантовые компьютеры напоминают старые громоздкие вычислительные системы. Сам квантовый чип очень мал по размеру, но для работы компьютера и устранения внешних воздействий требуется целая экосистема.
По сути, сказал Гейзенберг, наблюдатели влияют на рассматриваемую им реальность, с чем Эйнштейн категорически не согласился. Его полемика с «квантовыми экспертами» осталась в истории науки. Эйнштейн и его сторонники утверждали, что реальность определенна, а несовершенны только методы и наблюдатели.
К — квантовая технология: зачем человечеству суперкомпьютер
Чтобы узнать новые слова о том, как идти в ногу со временем года, подпишитесь на подкасты на Apple Podcasts, Яндекс.Музыка и CastBox. Оцените и поделитесь в комментариях словами, которые, по вашему мнению, мы не можем себе представить, как общаемся в 21 веке.
Что такое квантовые технологии
Квантовые технологии — это очень перспективная область физики, которая изучает квантовую механику и разрабатывает инновации на основе квантов — неделимых частиц, людей или фотонов. Смартфоны и телевизоры с плоским экраном, какими мы их знаем, являются результатом исследований в области квантовых технологий. Этот процесс еще не завершен. Этот сектор имеет большой потенциал. Наиболее развитым сектором является сектор исследований квантовых компьютеров, которые могут быть использованы для изучения далеких планет и выйти за рамки вычислений. Квантовые компьютеры также являются мощными вычислительными инструментами, поскольку они могут, например, анализировать 30-40-значные числа за секунды с точностью до первого фактора и получать доступ даже к самым конфиденциальным данным.
Существует несколько направлений развития квантовых технологий.
- Квантовые коммуникации, занимающиеся созданием защищенных сетей связи. Кроме того, квантовые коммуникации — это потенциальная защита от атак, осуществляемых с использованием квантового компьютера.
- Квантовые сенсоры — область по разработке сверхточных и чувствительных датчиков, которые можно будет применять в медицине, системах спутниковой связи и археологии.
Что из квантовых технологий уже существует
Большинство квантовых технологий доступны только в лабораториях. Действительно, это было продемонстрировано в Китае, который в 2017 году открыл квантовое соединение между Пекином и Шанхаем. Год назад Китай сам запустил свой первый квантовый спутник «Мо-Цзы». Его главная миссия — создать связь между Пекином и Веной. Такой мост может быть полностью защищен от хакеров.
Крупные компании также экспериментируют с квантовыми технологиями. Например, компания Microsoft начала тестирование своих услуг, получив доступ к квантовому компьютеру через облако Azure Quantum. Час работы Azure Quantum стоит от 10 до 900 долларов США.
В D-волне возникает много вопросов. Является ли он квантовым, и какую роль играют квантовые явления? Но цель компании — зарабатывать деньги и развивать фирму. В последние годы он добился серьезных успехов.
Квантовые мозги
Одной из ключевых технологий, которые, как ожидается, принесет современная революция, является квантовая информационная технология. Это способность выполнять вычисления потенциально большей сложности, чем могут выполнить современные суперкомпьютеры.
Ожидается, что это приведет ко многим открытиям в области диагностики заболеваний и поиска лекарств (например, точное моделирование новых материалов, возможности автоматического управления и т.д.), не говоря уже о фундаментальной науке.
Ожидается, что квантовые вычисления станут такой революцией. Теоретическое обоснование этой технологии началось в 1970-х годах, первые лабораторные прототипы стали появляться в конце 1990-х и начале 2000-х годов, а сегодня эти устройства начинают находить коммерческое применение.
Традиционные современные компьютеры, такие как процессоры смартфонов, содержат миллиарды. В обеих ситуациях мы говорим в широком смысле, чтобы можно было выполнить в миллиарды раз больше вычислений. По сути, в качестве кубитов используются искусственные люди — элементарные частицы или искусственно созданные скопления, похожие на частицы. Информация, которую они несут, является квантовой характеристикой — спин электрона является классическим примером.
Перед квантовыми компьютерами стоят две основные технические задачи. Первый — это последовательное поддержание последовательной ситуации, то есть существование и хранение информации, и последовательное поддержание бита подсказки. Второй — сделать как можно больше кубитов, чтобы они работали последовательно в одно и то же время. Самые современные квантовые компьютеры сегодня содержат десятки кубитов, но для революции в производительности требуется гораздо больше.
Квантовая безопасность
Еще одна технология, которая меняет мир, — это квантовая связь. Это называется передачей информации, закодированной в квантовом статусе фундаментальных частиц. Это достигается путем квантовой телепортации, т.е. передачи информации о квантовом состоянии выполняемого аналога. Лабораторные эксперименты в этой области начались в 2000-х годах, а сегодня ведущие исследовательские группы создают квантовые соединения между городами.
Что такое квантовое превосходство?
Преимуществом таких коммуникаций является абсолютная безопасность. Переданное сообщение просто невозможно украсть — этому препятствует сама природа квантового транспорта, используемого при передаче. Поэтому квантовая связь может послужить решением серьезных проблем, ведущих к появлению достаточно мощных квантовых компьютеров. Дело в том, что «классические» алгоритмы шифрования могут быть быстро взломаны. Без безопасной квантовой связи квантовое будущее немыслимо, поскольку это ставит под угрозу частную, корпоративную и национальную безопасность.
Наконец, еще один важный сектор, который необходимо развивать наряду с квантовыми вычислениями и квантовой коммуникацией, — это квантовое обнаружение. Высокочувствительные сенсоры и детекторы, работающие на квантовых явлениях, не только необходимы для развития квантовой связи, но и значительно улучшают возможности многих «классических» видов связи — даже дистанционной космической связи. Эти же устройства позволят значительно повысить точность и анализ измерений, доступных человечеству, начиная от медицины и биотехнологий и заканчивая астрономическими наблюдениями.
Да, квантовая связь хорошо развита в России. Здесь есть окно возможностей. Принятие стандарта может дать большой скачок, когда мы начнем доказывать, использовать и экспортировать такие устройства в ближайшие месяцы или годы. Но это буквально вопрос двух-трех лет — мы должны сделать это в настоящее время.
Квантовое будущее
Страны всего мира, такие как Китай, Канада и США, объявили о выделении миллионов и миллиардов долларов на продвижение квантовых технологий и работы в области квантовых информационных технологий. Очевидно, что квантовые информационные технологии окажут огромное влияние на мир, и сейчас мы начинаем понимать, как будет выглядеть квантовое будущее.
Когда квантовые компьютеры станут достаточно большими и будут содержать тысячи или миллионы кубитов, они смогут понимать сложные химические реакции и разрабатывать новые лекарства. Это приведет к разработке новых материалов и вычислений.
Разработка квантовых компьютеров позволит совершить научные открытия в области биологии, химии, медицины и транспорта.
В конечном итоге все эти данные позволят ученым оптимизировать алгоритмы для искусственного интеллекта и машинного обучения, кибербезопасности и экономики, а также взломать коды, на которых основана безопасность современных систем связи.
Более того, некоторые исследователи считают, что в следующем десятилетии наконец-то появится искусственный интеллект. Интересно, что появление квантовых технологий также приблизит нас к новому пониманию природы, Вселенной и самих себя. И как вы думаете, инновации в квантовой теории приведут нас туда первыми? Ответ вы найдете здесь, а также в комментариях к этой статье.
