V našej modernej dobe sú štandardné počítače nepochybne pokročilé v porovnaní s tým, čo sme mohli zhromaždiť pred niekoľkými desaťročiami. Avšak s tým, aké rýchle a rôznorodé sú teraz počítače, je ťažké si predstaviť niečo, čo by mohlo byť ešte lepšie. Zadajte kvantové výpočty. Táto oblasť vedy má za cieľ využiť zákony vesmíru na dosiahnutie neuveriteľných cieľov.
Takže, čo presne je kvantové počítanie a ako ovplyvní náš svet v budúcnosti?
Čo je kvantová výpočtová technika?
Hoci sa dynamika kvantových počítačov stále študuje aj dnes, pôvodne sa objavila v 80. rokoch minulého storočia fyzikom Paulom Benioffom. V tom čase Benioff navrhol kvantový výpočtový model Turingovho stroja. Potom ďalší jednotlivci pomohli vyvinúť teóriu a aplikáciu kvantových počítačov, vrátane Isaaca Chuanga a Neila Gershenfelda.
Definícia kvantového počítania sa mierne líši v závislosti od stránky, ktorú navštívite. Jeho najzákladnejšia forma je druh výpočtovej techniky, ktorá sa spolieha na prácu kvantovej mechaniky. Kým kedysi boli kvantové počítače len teóriou na papieri, teraz ožívajú.
Takže, s akými kvantovými počítačmi dnes máme do činenia?
Kvantová výpočtová technika je stále veľmi vo vývoji. Je to neuveriteľne komplexná oblasť, ktorá ustúpila mnohým prototypovým modelom, ako je napríklad kvantový počítač Sycamore od spoločnosti Google. V roku 2019 Google oznámil, že Sycamore trvalo niekoľko minút, kým vyriešil výpočet, ktorý by superpočítaču trval 10 000 rokov. Čo je však na kvantových počítačoch iné? Ako môžu vykonávať také obrovské výkony?
Základy kvantovej výpočtovej techniky
Typický počítač používa na fungovanie jednotky známe ako bity. Bit môže a vždy bude mať iba jednu z dvoch hodnôt: nulu alebo jednotku. Tieto bity sa používajú na písanie binárneho kódu, ktorý je absolútnou základňou vo svete počítačov.
Na druhej strane niečo známe ako kvantový bit (qubit) je najzákladnejšou jednotkou kvantových počítačov. Práve tieto jednotky potrebujú kvantové počítače na ukladanie údajov a vykonávanie funkcií. Qubit môže niesť informácie v kvantovom stave a môže byť generovaný mnohými spôsobmi, napríklad prostredníctvom rotácie elektrónu.
Qubity môžu mať tiež ľubovoľný počet foriem, ako napríklad fotón alebo zachytený ión. Sú to nekonečne malé častice, ktoré tvoria základ nášho vesmíru.
Qubity majú veľký potenciál. V súčasnosti sa používajú v kvantových počítačoch na riešenie viacrozmerných kvantových algoritmov a spúšťanie kvantových modelov. Na qubitoch je neuveriteľné, že môžu existovať vo viacerých stavoch súčasne. To znamená, že môžu byť súčasne nula, jedna alebo čokoľvek medzi tým.
Kvôli tejto vlastnosti môžu qubity zvažovať viacero možností naraz, čo dáva kvantovým počítačom možnosť vykonávať výpočty predtým, ako sa stav objektu stane merateľným. To umožňuje kvantovým počítačom riešiť zložité problémy oveľa rýchlejšie ako bežné počítače.
Výhody kvantových počítačov
Najväčšou výhodou kvantových počítačov je rýchlosť, s akou dokážu vykonávať výpočty. Takáto technológia môže poskytnúť výpočtovú rýchlosť, ktorú tradičné počítače nikdy nedokážu dosiahnuť. Kvantové počítače sú tiež oveľa schopnejšie riešiť zložitejšie problémy ako typické počítače a môžu vykonávať veľmi zložité simulácie.
Táto pokročilá schopnosť, ktorú majú kvantové počítače, sa niekedy označuje ako „kvantová nadradenosť“, pretože majú potenciál ďaleko za počítačmi, alebo dokonca pokročilé superpočítače, môže dosiahnuť v najbližších rokoch alebo desaťročiach. Ale kvantové počítače nie sú v žiadnom prípade dokonalé. Tieto stroje majú niekoľko nevýhod, ktoré môžu ovplyvniť ich budúci úspech.
Nevýhody kvantových počítačov
Pretože kvantové počítače sú stále v štádiu prototypu, je potrebné prekonať ešte veľa problémov.
Po prvé, kvantové počítače potrebujú extrémne prostredie, v ktorom môžu fungovať. V skutočnosti tieto stroje musia existovať pri teplotách okolo 450 stupňov Fahrenheita. To sťažuje prístup ku kvantovým počítačom väčšine spoločností a verejnosti. Okrem toho sú kvantové počítače v porovnaní s dnešnými štandardnými modelmi veľmi veľké, podobne ako veľký bol prvý počítač. Aj keď sa to v budúcnosti pravdepodobne zmení, prispeje to k nedostupnosti tejto technológie pre bežných ľudí v raných fázach vývoja.
Kvantové počítače sa tiež stále stretávajú s chybovosťou, ktorá je príliš vysoká. Pre úspešnú integráciu do rôznych odvetví si musíme byť istí, že tieto stroje poskytujú vysokú mieru úspešnosti, aby sa na ne dalo spoľahnúť.
Teraz, keď rozumieme základom kvantových počítačov a ich výhodám a nevýhodám, poďme sa pustiť do toho, ako možno túto technológiu použiť v rôznych odvetviach.
Využitie kvantovej výpočtovej techniky
Pretože kvantová výpočtová technika je stále v počiatočných štádiách vývoja, vzniká veľa nápadov o tom, čo by mohla jedného dňa robiť. Existuje veľa mylných predstáv o kvantových počítačoch, čo je vo veľkej miere spôsobené nedorozumeniami o technológii. Niektorí ľudia navrhujú, aby sa kvantové počítače použili na vstup do paralelných vesmírov alebo dokonca na simuláciu cestovania v čase.
Aj keď tieto možnosti nemožno presne vylúčiť, musíme sa zamerať na realistickejšie aplikácie kvantových počítačov, ktoré možno dosiahnuť v priebehu niekoľkých nasledujúcich desaťročí. Poďme teda k aplikáciám kvantových výpočtov.
1. Umelá inteligencia a strojové učenie
Umelá inteligencia a strojové učenie sú dve ďalšie technológie, ktoré sa zdajú byť takmer futuristické, no postupom rokov sú čoraz pokročilejšie. Ako sa tieto technológie vyvíjajú, možno budeme musieť prejsť od štandardných počítačov. Práve tu by mohli zasiahnuť kvantové počítače s ich obrovským potenciálom na rýchle spracovanie funkcií a riešenie výpočtov.
2. Kyber ochrana
Ako sa počítačoví zločinci stávajú sofistikovanejšími, naša potreba vysokej úrovne kybernetickej bezpečnosti rastie. dnes počítačová kriminalita je znepokojivo bežná, pričom mesačne sú zacielené tisíce ľudí.
Pomocou kvantových počítačov možno jedného dňa budeme môcť ľahšie vyvinúť špičkové protokoly kybernetickej bezpečnosti, ktoré dokážu zvládnuť aj tie najsofistikovanejšie útoky.
Kvantové počítače majú tiež potenciál pomôcť v kryptografii, konkrétne v oblasti známej ako kvantová kryptografia. Toto skúma akt využitia kvantovej mechaniky vykonávať kryptografické funkcie.
3. Vývoj liekov
Schopnosť kvantových počítačov predpovedať výsledok situácií ich môže urobiť efektívnymi pri vývoji liekov. Kvantový počítač môže jedného dňa pomôcť predpovedať, ako určité molekuly pôsobia v určitých scenároch. Napríklad kvantový počítač by mohol predpovedať, ako sa bude liek správať v tele človeka.
Táto zvýšená úroveň výskumu by mohla výrazne uľahčiť obdobie pokusov a omylov pri vývoji liekov.
Obavy obklopujúce kvantovú výpočtovú techniku
Keď sa vyvíja nový druh technológie, je prirodzené, že sa ľudia trochu obávajú. Mali by nás teda kvantové výpočty znepokojovať?
Veľa sa hovorilo o kybernetickej bezpečnosti riziká, ktoré predstavujú kvantové počítače. Hoci kvantové počítače môžu pomôcť dosiahnuť vyššiu úroveň digitálnej bezpečnosti, veci môžu ísť aj inak. Aj keď je táto hrozba v súčasnosti hypotetická, existuje šanca, že by sa mohla rozvinúť problém v nadchádzajúcich rokoch, najmä keď sa kvantové počítače stanú dostupnými pre širšiu verejnosť populácia. Niektoré spoločnosti už ponúkajú „kvantovo odolná VPN„služby v očakávaní.
Pretože kvantové počítače dokážu vyriešiť veľmi zložité problémy, ich potenciál na efektívnejšie prelomenie hesiel a dešifrovanie údajov zvyšuje. Zatiaľ čo aj superpočítače sa snažia nájsť veľké dešifrovacie kľúče, kvantové počítače môžu mať jedného dňa možnosť ľahko dešifrovať citlivé dáta, čo by bola veľmi dobrá správa pre zlomyseľných aktérov.
Kvantová výpočtová technika nás posunie do budúcnosti
Možnosti, ktoré ponúka kvantová výpočtová technika, nie sú ničím neuveriteľným a jedného dňa budú dosiahnuteľné. Aj keď je kvantová výpočtová technika stále v ranom štádiu, pokračujúci pokrok v tejto oblasti nás môže viesť k obrovským technologickým výkonom. S týmto to ukáže len čas!
