Kwantumrekenaarkunde gebruik kwantummeganika om enorme hoeveelhede inligting teen 'n ongelooflike hoë spoed te verwerk. Dit neem 'n paar minute tot 'n paar uur vir 'n kwantumrekenaar om 'n probleem op te los wat 'n tafelrekenaar jare of dekades sal neem om op te los.
Kwantumrekenaars is besig om die verhoog te berei vir 'n nuwe generasie superrekenaars. Daar word van hierdie kwantumrekenaars verwag om beter te presteer as bestaande tegnologie op gebiede soos modellering, logistiek, tendensontleding, kriptografie en kunsmatige intelligensie.
Quantum Computing Explained
Die idee van kwantumberekening is die eerste keer in die vroeë 1980's deur Richard Feynman en Yuri Manin uitgedink. Feynman en Manin het geglo dat 'n kwantumrekenaar data kan simuleer op maniere wat 'n tafelrekenaar nie kon nie. Dit was eers in die laat 1990's dat navorsers die eerste kwantumrekenaars gebou het.
Kwantumberekening gebruik kwantummeganika, soos superposisie en verstrengeling, om berekeninge uit te voer. Kwantummeganika is 'n tak van fisika wat dinge bestudeer wat uiters klein, geïsoleerd of koud is.
Die primêre verwerkingseenheid van kwantumberekening is kwantumbisse of kwantumbisse. Qubits word in die kwantumrekenaar geskep deur die kwantummeganiese eienskappe van enkelatome, sub-atomiese deeltjies of supergeleidende elektriese stroombane te gebruik.
Qubits is soortgelyk aan die bisse wat deur tafelrekenaars gebruik word deurdat kwbits in 'n 1 of 0 kwantumtoestand kan wees. Qubits verskil deurdat hulle ook in 'n superposisie van die 1- en 0-toestande kan wees, wat beteken dat kwbits gelyktydig beide 1 en 0 kan verteenwoordig.
Wanneer kwantumbits in superposisie is, word twee kwantumtoestande bymekaar getel en lei tot 'n ander kwantumtoestand. Superposisie beteken dat veelvuldige berekeninge gelyktydig verwerk word. Dus, twee kwbits kan vier getalle gelyktydig voorstel. Gereelde rekenaars verwerk bisse in slegs een van twee moontlike toestande, 1 of 0, en berekeninge word een op 'n slag verwerk.
Kwantumrekenaars gebruik ook verstrengeling om qubits te verwerk. Wanneer 'n kwbit verstrengel is, hang die toestand van daardie kwbit af van die toestand van 'n ander kwbit sodat een kwbit die toestand van sy onwaargeneemde paar openbaar.
Die kwantumverwerker is die kern van die rekenaar
Die skep van qubits is 'n moeilike taak. Dit neem 'n bevrore omgewing om 'n qubit vir enige tyd in stand te hou. Die supergeleidende materiaal wat nodig is om 'n kwbit te skep, moet afgekoel word tot absolute nul (ongeveer minus 272 Celsius). Die qubits moet ook van agtergrondgeraas beskerm word om foute in die berekening te verminder.
Die binnekant van 'n kwantumrekenaar lyk soos 'n spoggerige goue kandelaar. En, ja, dit is gemaak met regte goud. Dit is 'n verdunningsyskas wat die kwantumskyfies afkoel sodat die rekenaar superposisies kan skep en qubits kan verstrengel sonder om enige van die inligting te verloor.
Die kwantumrekenaar maak hierdie kwantumbits van enige materiaal wat kwantummeganiese eienskappe vertoon wat beheer kan word. Kwantumrekenaarprojekte skep qubits op verskillende maniere, soos lus van supergeleidende draad, draaiende elektrone en vang ione of pulse van fotone. Hierdie qubits bestaan slegs in die ondervriestemperature wat in die verdunningsyskas geskep word.
The Quantum Computing Programming Language
Kwantumalgoritmes ontleed die data en bied simulasies gebaseer op die data. Hierdie algoritmes is geskryf in 'n kwantum-gefokusde programmeertaal. Verskeie kwantumtale is deur navorsers en tegnologiemaatskappye ontwikkel.
Hierdie is 'n paar van die kwantumrekenaar-programmeertale:
- QISKit: Die kwantuminligtingsagtewarestel van IBM is 'n volstapel-biblioteek om kwantumprogramme te skryf, te simuleer en uit te voer.
- Q: Die programmeertaal ingesluit in die Microsoft Quantum Development Kit. Die ontwikkelingstel sluit 'n kwantumsimulator en algoritmebiblioteke in.
- Cirq: 'n Kwantumtaal wat deur Google ontwikkel is wat 'n luislangbiblioteek gebruik om stroombane te skryf en hierdie stroombane in kwantumrekenaars en simulators te laat loop.
- Forest: 'n Ontwikkelaaromgewing geskep deur Rigetti Computing wat kwantumprogramme skryf en laat loop.
Gebruik vir Quantum Computing
Regte kwantumrekenaars het in die laaste paar jaar beskikbaar geword, en net 'n paar groot tegnologiemaatskappye het 'n kwantumrekenaar. Sommige van hierdie tegnologiemaatskappye sluit Google, IBM, Intel en Microsoft in. Hierdie tegnologieleiers werk saam met vervaardigers, finansiëledienstefirmas en biotegnologiefirmas om 'n verskeidenheid probleme op te los.
Die beskikbaarheid van kwantumrekenaardienste en die vooruitgang in rekenaarkrag gee navorsers en wetenskaplikes nuwe gereedskap om oplossings te vind vir probleme wat voorheen onmoontlik was om op te los. Kwantumberekening het die hoeveelheid tyd en hulpbronne verminder wat dit neem om ongelooflike hoeveelhede data te ontleed, simulasies oor daardie data te skep, oplossings te ontwikkel en nuwe tegnologie te skep wat probleme oplos.
Besigheid en industrie gebruik kwantumrekenaars om nuwe maniere om sake te doen, te verken. Hier is 'n paar van die kwantumrekenaarprojekte wat besigheid en die samelewing kan bevoordeel:
- Die lugvaartbedryf gebruik kwantumrekenaars om beter maniere te ondersoek om lugverkeer te bestuur.
- Finansiële en beleggingsfirmas hoop om kwantumrekenaars te gebruik om die risiko en opbrengs van finansiële beleggings te ontleed, portefeuljestrategieë te optimaliseer en finansiële oorgange te skik.
- Vervaardigers neem kwantumrekenaars aan om hul voorsieningskettings te verbeter, doeltreffendheid in hul vervaardigingsprosesse te skep en nuwe produkte te ontwikkel.
- Biotegnologiefirmas ondersoek maniere om die ontdekking van nuwe middels te versnel.
Vind 'n kwantumrekenaar en eksperimenteer met kwantumrekenaars
Sommige rekenaarwetenskaplikes ontwikkel metodes om kwantumberekening op 'n tafelrekenaar te simuleer.
Baie van die wêreld se grootste tegnologiemaatskappye bied kwantumdienste aan. Wanneer dit met tafelrekenaars en -stelsels gepaard gaan, skep hierdie kwantumdienste 'n omgewing waar kwantumverwerking - met tafelrekenaars - komplekse probleme oplos.
- IBM bied die IBM Q-omgewing toegang tot verskeie regte kwantumrekenaars en simulasies wat jy deur die wolk kan gebruik.
- Alibaba Cloud bied 'n kwantumrekenaarwolkplatform waar jy pasgemaakte kwantumkodes kan hardloop en toets.
- Microsoft bied 'n kwantumontwikkelingstel wat die Q-programmeertaal, kwantumsimulators en ontwikkelingsbiblioteke van gereed-vir-gebruik-kode insluit.
- Rigetti het 'n kwantum-eerste wolkplatform wat tans in beta is. Hul platform is vooraf opgestel met hul Forest SDK.
Kwantumrekenaarnuus in die toekoms
Die droom is dat kwantumrekenaars probleme wat tans te groot en te kompleks is om met standaard hardeware op te los, veral vir omgewingsmodellering en siektebeperking.
Rekenaarrekenaars het nie die spasie om hierdie komplekse berekeninge uit te voer en hierdie ongelooflike hoeveelheid data-analise uit te voer nie. Quantum computing neem die grootste groot data-insamelings en verwerk hierdie inligting in 'n fraksie van die tyd wat dit op 'n tafelrekenaar sou neem. Data wat 'n rekenaar etlike jare sal neem om te verwerk en te ontleed, neem net 'n paar dae vir 'n kwantumrekenaar.
Kwantumrekenaarkunde is nog in sy kinderskoene, maar dit het die potensiaal om die mees komplekse wêreldprobleme teen die spoed van lig op te los. Dit is enigiemand se raaiskoot oor hoe ver kwantumrekenaars sal groei en tot die beskikbaarheid van kwantumrekenaars.
