Ce este Quantum Advantage? Momentul vor veni computerele cuantice extrem de puternice

Avantajul cuantic este piatra de hotar spre care lucrează cu ardoare domeniul calculului cuantic, atunci când un computer cuantic poate rezolva probleme care sunt dincolo de atingerea celor mai puternice computere non-cuantice sau clasice.

Cuantica se referă la scara atomilor și a moleculelor în care legile fizicii pe măsură ce le experimentăm se descompun și se aplică un set diferit de legi contraintuitiv. Calculatoarele cuantice profită de aceste comportamente ciudate pentru a rezolva probleme.

Există unele tipuri de probleme care sunt imposibil de rezolvat pentru calculatoarele clasice, Cum ar fi spargerea algoritmilor de criptare de ultimă generație. Cercetările din ultimele decenii au arătat că computerele cuantice au potențialul de a rezolva unele dintre aceste probleme. Dacă se poate construi un computer cuantic care rezolvă de fapt una dintre aceste probleme, acesta va fi demonstrat avantajul cuantic.

Eu sunt un fizician care studiază procesarea informațiilor cuantice și controlul sistemelor cuantice. Cred că această frontieră a inovației științifice și tehnologice nu numai că promite progrese inovatoare în calcul, ci reprezintă și o creștere mai largă a tehnologiei cuantice, inclusiv progrese semnificative în criptografia cuantică și detectarea cuantică.

Sursa puterii calculului cuantic

Elementul central al calculului cuantic este bitul cuantic sau qubit. Spre deosebire de biții clasici, care pot fi doar în stări de 0 sau 1, un qubit poate fi în orice stare care este o combinație de 0 și 1. Această stare de nici 1, nici doar 0 este cunoscută ca o suprapunere cuantică. Cu fiecare qubit suplimentar, numărul de stări care pot fi reprezentate de qubiti se dublează.

Această proprietate este adesea confundată cu sursa puterii calculului cuantic. În schimb, se reduce la un joc complicat de suprapunere, ingerinţă , și rețea de sârmă ghimpată.

Interferența implică manipularea qubiților astfel încât stările lor să se combine constructiv în timpul calculelor pentru a amplifica soluțiile corecte și pentru a suprima în mod distructiv răspunsurile greșite. Interferența constructivă este ceea ce se întâmplă atunci când vârfurile a două valuri - cum ar fi undele sonore sau valurile oceanului - se combină pentru a crea un vârf mai înalt. Interferența distructivă este ceea ce se întâmplă atunci când un vârf de undă și un val val se combină și se anulează reciproc. Algoritmii cuantici, care sunt puțini și greu de conceput, stabilesc o secvență de modele de interferență care oferă răspunsul corect la o problemă.

Entanglementul stabilește o corelație cuantică unică între qubiți: starea unuia nu poate fi descrisă independent de ceilalți, indiferent cât de depărtați ar fi qubiții. Aceasta este ceea ce Albert Einstein a respins celebru drept „acțiune înfricoșătoare la distanță”. Comportamentul colectiv al Entanglement, orchestrat printr-un computer cuantic, permite accelerări de calcul care sunt dincolo de atingerea computerelor clasice.

[Conținutul încorporat]

Aplicații ale calculului cuantic

Calculul cuantic are o serie de utilizări potențiale în care poate depăși computerele clasice. În criptografie, computerele cuantice reprezintă atât o oportunitate, cât și o provocare. Cel mai faimos, au potențialul de a descifra algoritmii de criptare actuali, cum ar fi cel utilizat pe scară largă Schema RSA.

O consecință a acestui fapt este că protocoalele de criptare de astăzi trebuie reproiectate pentru a fi rezistente la viitoarele atacuri cuantice. Această recunoaștere a condus la domeniul înfloritor al criptografia post-cuantică. După un proces îndelungat, Institutul Național de Standarde și Tehnologie a selectat recent patru algoritmi rezistenți la cuanți și a început procesul de pregătire a acestora, astfel încât organizațiile din întreaga lume să-i poată folosi în tehnologia lor de criptare.

În plus, calculul cuantic poate accelera dramatic simularea cuantică: capacitatea de a prezice rezultatul experimentelor care operează în domeniul cuantic. Renumitul fizician Richard Feynman a avut în vedere această posibilitate acum mai bine de 40 de ani. Simularea cuantică oferă potențialul de progrese considerabile în chimie și știința materialelor, ajutând în domenii precum modelarea complicată a structurilor moleculare pentru descoperirea medicamentelor și permițând descoperirea sau crearea de materiale cu proprietăți noi.

O altă utilizare a tehnologiei informației cuantice este detecție cuantică: detectarea și măsurarea proprietăților fizice precum energia electromagnetică, gravitația, presiunea și temperatura cu mai mare sensibilitate și precizie decât instrumentele non-cuantice. Sensiunea cuantică are o multitudine de aplicații în domenii precum monitorizarea mediului, explorare geologică, imagistica medicala, și supraveghere.

Inițiative precum dezvoltarea a internet cuantic care interconectează computerele cuantice sunt pași esențiali către realizarea unei punți între lumea cuantică și cea clasică. Această rețea ar putea fi securizată folosind protocoale criptografice cuantice, cum ar fi distribuția de chei cuantice, care permite canale de comunicație ultrasecurizate care sunt protejate împotriva atacurilor computaționale, inclusiv cele care folosesc computere cuantice.

În ciuda unei suită de aplicații în creștere pentru calculul cuantic, dezvoltarea de noi algoritmi care folosesc pe deplin avantajul cuantic, în special în învățarea automată— rămâne un domeniu critic al cercetării în curs.

Rămâneți coerenți și depășiți erorile

domeniul calculului cuantic se confruntă cu obstacole semnificative în dezvoltarea hardware și software. Calculatoarele cuantice sunt foarte sensibile la orice interacțiuni neintenționate cu mediul lor. Acest lucru duce la fenomenul de decoerență, în care qubiții se degradează rapid la stările 0 sau 1 ale biților clasici.

Construirea unor sisteme de calcul cuantice la scară largă capabile să își respecte promisiunea de accelerare a vitezei cuantice necesită depășirea decoerenței. Cheia este dezvoltarea unor metode eficiente de suprimarea și corectarea erorilor cuantice, un domeniu pe care se concentrează propria mea cercetare.

În navigarea acestor provocări, numeroase startup-uri hardware și software cuantice au apărut alături de jucători consacrați din industria tehnologiei precum Google și IBM. Acest interes în industrie, combinat cu investiții semnificative din partea guvernelor din întreaga lume, subliniază o recunoaștere colectivă a potențialului de transformare al tehnologiei cuantice. Aceste inițiative promovează un ecosistem bogat în care mediul academic și industria colaborează, accelerând progresul în domeniu.

Apare avantajul cuantic

Calculul cuantic poate fi într-o zi la fel de perturbator ca și sosirea lui AI generativă. În prezent, dezvoltarea tehnologiei de calcul cuantic se află într-un moment crucial. Pe de o parte, domeniul a arătat deja semne timpurii că a obținut un avantaj cuantic de specialitate. Cercetători de la Google iar mai târziu a echipa de cercetători din China avantaj cuantic demonstrat pentru generarea unei liste de numere aleatorii cu anumite proprietăți. Echipa mea de cercetare a demonstrat o accelerare cuantică pentru un joc de ghicire a numărului aleatoriu.

Pe de altă parte, există un risc tangibil de a intra într-o „iarnă cuantică”, o perioadă de investiții reduse dacă rezultatele practice nu se materializează în termen scurt.

În timp ce industria tehnologică lucrează pentru a oferi un avantaj cuantic în produse și servicii pe termen scurt, cercetarea academică rămâne concentrată pe investigarea principiilor fundamentale care stau la baza acestei noi științe și tehnologie. Această cercetare de bază continuă, alimentată de cadre entuziaste de studenți noi și străluciți de tipul pe care îi întâlnesc aproape în fiecare zi, asigură că domeniul va continua să progreseze.

Acest articol este republicat de la Conversaţie sub licență Creative Commons. Citeste Articol original.

Credit imagine: xx / xx

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• Sursa: https://singularityhub.com/2023/11/17/what-is-quantum-advantage-the-moment-extremely-powerful-quantum-computers-will-arrive/