Kvanttilaskenta käyttää kvanttimekaniikkaa valtavien tietomäärien käsittelemiseen uskomattoman nopealla nopeudella. Kvanttitietokoneella kestää muutamasta minuutista useisiin tunteihin ratkaista ongelma, joka vaatisi pöytätietokoneelta vuosia tai vuosikymmeniä. Kvanttilaskenta muodostaa perustan uuden sukupolven supertietokoneille. Näiden kvanttitietokoneiden odotetaan ylittävän olemassa olevan teknologian esimerkiksi mallinnuksen, logistiikan, trendianalyysin, kryptografian ja tekoälyn aloilla.
Kvanttilaskenta selitettynä
Idean kvanttilaskentaan keksivät ensimmäisen kerran 1980-luvun alussa Richard Feynman ja Yuri Manin. Feynman ja Manin uskoivat, että kvanttitietokone voisi simuloida tietoja tavoilla, joilla pöytätietokone ei pystyisi. Vasta 1990-luvun lopulla tutkijat rakensivat ensimmäiset kvanttitietokoneet. Kvanttilaskenta käyttää kvanttimekaniikkaa, kuten superpositiota ja kietoutumista, laskelmien suorittamiseen. Kvanttimekaniikka on fysiikan haara, joka tutkii asioita, jotka ovat erittäin pieniä, eristettyjä tai kylmiä. Kvanttilaskennan ensisijainen prosessointiyksikkö on kvanttibitit tai kubitit. Kvanttitietokoneessa luodaan kubitit käyttämällä yksittäisten atomien, subatomisten hiukkasten tai suprajohtavien sähköpiirien kvanttimekaanisia ominaisuuksia. Qubitit ovat samanlaisia kuin pöytätietokoneiden käyttämät bitit siinä mielessä, että kubitit voivat olla kvanttitilassa 1 tai 0. Qubitit eroavat toisistaan siinä, että ne voivat olla myös 1- ja 0-tilojen superpositiossa, mikä tarkoittaa, että kubitit voivat edustaa sekä 1:tä että 0:aa samanaikaisesti. Kun kubitit ovat superpositiossa, kaksi kvanttitilaa lasketaan yhteen ja tuloksena on toinen kvanttitila. Superpositio tarkoittaa, että useita laskutoimituksia käsitellään samanaikaisesti. Näin ollen kaksi kubittiä voi edustaa neljää numeroa samanaikaisesti. Tavalliset tietokoneet käsittelevät bittejä vain yhdessä kahdesta mahdollisesta tilasta, 1 tai 0, ja laskelmat käsitellään yksi kerrallaan.
Kvanttiprosessori on tietokoneen ydin
Kubittien tekeminen on vaikea tehtävä. Vaatii jäätyneen ympäristön kubitin ylläpitämiseksi pidemmän aikaa. Kubitin tekemiseen tarvittavat suprajohtavat materiaalit on jäähdytettävä absoluuttiseen nollaan (noin miinus 272 celsiusastetta). Kubitit on myös suojattava taustamelulta, jotta laskuvirheitä voidaan vähentää. Kvanttitietokoneen sisäpuoli näyttää kauniilta kultaiselta kattokruunulta. Ja kyllä, se on tehty aidosta kullasta. Se on laimennusjääkaappi, joka jäähdyttää kvanttisirut, jotta tietokone voi luoda superpositioita ja sotkeutua kubitteihin menettämättä mitään tietoja.
Ohjelmointikieli kvanttilaskentaa varten
Kvanttialgoritmit analysoivat dataa ja tarjoavat simulaatioita niiden perusteella. Nämä algoritmit on kirjoitettu kvanttisuuntautuneella ohjelmointikielellä. Tutkijat ja teknologiayritykset ovat kehittäneet useita kvanttikieliä. Tässä on joitain ohjelmointikieliä kvanttilaskentaan:
- QISKit: IBM:n Quantum Information Software Kit on täysi pinokirjasto kvanttiohjelmien kirjoittamiseen, simulointiin ja suorittamiseen.
- Q#: Microsoft Quantum Development Kitin ohjelmointikieli. Kehityspaketti sisältää kvanttisimulaattorin ja algoritmikirjastot.
- sykli: Googlen kehittämä kvanttikieli, joka käyttää Python-kirjastoa piirien kirjoittamiseen ja näiden piirien ajamiseen kvanttitietokoneissa ja simulaattoreissa.
- Metsä: Rigetti Computingin luoma kehitysympäristö, joka kirjoittaa ja suorittaa kvanttiohjelmia.
Käytä kvanttilaskentaan
Oikeita kvanttitietokoneita on tullut saataville viime vuosina, ja vain muutamalla suurella teknologiayrityksellä on kvanttitietokone. Jotkut näistä teknologiayrityksistä ovat Google, IBM, Intel ja Microsoft. Nämä teknologiajohtajat työskentelevät valmistajien, rahoituspalvelujen ja bioteknologiayritysten kanssa ratkaistakseen erilaisia ongelmia.
- Ilmailuteollisuus käyttää kvanttilaskentaa etsiäkseen parempia tapoja hallita lentoliikennettä.
- Rahoitus- ja sijoituspalveluyritykset toivovat voivansa käyttää kvanttilaskentaa rahoitussijoitusten riskin ja tuoton analysoimiseen, portfoliostrategioiden optimointiin ja taloudellisten muutosten hoitamiseen.
- Valmistajat soveltavat kvanttilaskentaa parantaakseen toimitusketjujaan, tehostaakseen valmistusprosessejaan ja kehittääkseen uusia tuotteita.
- Bioteknologiayritykset tutkivat tapoja nopeuttaa uusien lääkkeiden löytämistä.
Etsi kvanttitietokone ja kokeile kvanttitietokoneita
Jotkut tietojenkäsittelytieteilijät kehittävät menetelmiä kvanttilaskennan simuloimiseksi pöytätietokoneella. Monet maailman suurimmista teknologiayrityksistä tarjoavat kvanttipalveluita. Yhdistettynä pöytätietokoneisiin ja järjestelmiin nämä kvanttipalvelut luovat ympäristön, jossa kvanttikäsittely – pöytätietokoneiden kanssa – ratkaisee monimutkaisia ongelmia.
- IBM tarjoaa IBM Q -ympäristölle pääsyn useisiin todellisiin kvanttitietokoneisiin ja simulaatioihin, joita voit käyttää pilven kautta.
- Alibaba Cloud tarjoaa pilvi-kvanttilaskenta-alustan, jossa voit käyttää ja testata mukautettuja kvanttikoodeja.
- Microsoft tarjoaa kvanttikehityspaketin, joka sisältää Q#-ohjelmointikielen, kvanttisimulaattorit ja käyttövalmiin koodin kehityskirjastot.
- Rigetillä on kvantti-ensimmäinen pilvialusta, joka on tällä hetkellä beta-vaiheessa. Heidän alustansa on esikonfiguroitu Forest SDK:lla.
Kvanttilaskennan uutisia tulevaisuudessa
Unelma on, että kvanttitietokoneet ratkaisevat ongelmia, jotka ovat tällä hetkellä liian suuria ja monimutkaisia ratkaistaviksi standardilaitteistolla, erityisesti ympäristön mallintamiseen ja sairauksien hallintaan. Pöytätietokoneissa ei ole tilaa näiden monimutkaisten laskelmien ja tämän uskomattoman määrän data-analyysin tekemiseen. Kvanttilaskenta vie suurimmat isot datakokoelmat ja käsittelee tämän tiedon murto-osassa ajasta, joka kuluisi pöytätietokoneessa. Tieto, jonka käsittely ja analysointi pöytätietokoneelta kestäisi useita vuosia, kestää kvanttitietokoneelta vain muutaman päivän. Kvanttilaskenta on vielä lapsenkengissään, mutta sillä on potentiaalia ratkaista maailman monimutkaisimmat ongelmat valonnopeudella. On mysteeri, kuinka pitkälle kvanttilaskenta kasvaa kvanttitietokoneiden saatavuuteen.