IBM
Letzter Januar, IBM angekündigt auf der Consumer Electronics Show in Las Vegas wurde der weltweit erste integrierte Quantencomputer für Geschäfts- und Forschungszwecke vorgestellt, der später in diesem Jahr verfügbar sein soll. Dies löste die normalerweise atemlose Berichterstattung in der Presse darüber aus, wie sich Quantencomputer verändern werdenalles. Die Wahrheit ist, wir sind uns nicht sicher, was Quantencomputer wird sich ändern, aber das bedeutet nicht, dass alles Hype ist. Es wird möglicherweise nicht "alles ändern", aber es ist wahrscheinlich, dass nichts davon unberührt bleibt, auch wenn dies indirekt ist.
Was ist Quantum Computing und was macht es?
Quantencomputer ist, wenn ein Computer das verwendet Quantenüberlagerung von Partikeln zum Speichern von Daten, wie dies bei einem klassischen Computer der Fall ist. Qubits, wie sie genannt werden, existieren in einem unbestimmten Zustand, der durch 1 und 0 begrenzt ist. Dies bedeutet, dass sie 1, 0 oder sowohl 1 als auch 0 sein können, da das Universum noch nicht entschieden hat, welchen es möchteSein.
Dies ermöglicht es uns, mehrere Berechnungen gleichzeitig durchzuführen, indem wir die Überlagerungen dieser Qubits ausnutzen und die Tür zum Lösen öffnen. Klassen von Problemen, deren Lösung mit einem klassischen Computer Hunderte, wenn nicht Tausende von Jahren erfordern könnte.
Es gibt jedoch einen Haken. Quantencomputing ist eine äußerst heikle Sache, da das Aufrechterhalten eines suspendierten Quantenteilchens in einer Überlagerung nur für etwa 100 Mikrosekunden durchgeführt werden kann. Es benötigt auch extrem kalte Temperaturen und Supraleiter, nicht genau die Dinge, die dazu führen werdenpasst in Ihr iPhone. Diese Art von Hardware macht Quantencomputer zu hochspezialisierten Geräten, die derzeit nur für sehr spezifische Aufgaben wie Vorhersagemodellierungs- und Optimierungsprobleme auf komplizierten Systemen mit einer großen Anzahl von Variablen wirklich praktisch sind.
Und selbst dann muss ihre Verwendung zunächst für eine Weile rationiert werden, so wie es früher die alten UNIVACs waren. Die CDC wird Quantencomputer verwenden, um die bevorstehende Grippesaison zu modellieren, also lokale Krankenhäuser, die keine große Forschung sindDie Zentren müssen in der Mitte am Ende einer sehr langen Schlange warten, bis sie fertig sind. Es sei denn, Goldman Sachs muss Finanzprognosen erstellen, bevor Sie an die Spitze der Reihe gelangen.
Was wird sich also mit Quantum Computing ändern?
Zunächst einmal wissen wir mit Sicherheit, dass es modern ist RSA-Verschlüsselung ist Toast. Die RSA-Verschlüsselung beruht auf der praktischen Unmöglichkeit, dass ein klassischer Computer die richtigen Primfaktoren für eine sehr große Ganzzahl findet, z. B. eine 500-stellige große Zahl. Dies kann mit unseren effizientesten Algorithmen Hunderte von Jahren dauernklassischer Computer und Tausende von Jahren, wenn Sie nur versucht haben, Ihren Weg zu einer Antwort brutal zu erzwingen.
Der Grund, warum dies mit einem Quantencomputer lösbar ist, ist, dass es bereits 1994 von Peter Shor gelöst wurde. Shors Algorithmus wie seine Lösung genannt wird, benötigt einen ausreichend leistungsstarken Quantencomputer, um ausgeführt zu werden, um die RSA-Verschlüsselung zu unterbrechen, und eine existiert noch nicht. Bald wird es so sein, und die Art und Weise, wie wir Daten sichern, wird genauso effektiv sein wie die VerwendungEin Klettverschluss an Ihrer Haustür dient zur Sicherung Ihres Hauses. Wir müssen eine völlig andere Methode zur Sicherung aller vorhandenen Daten erfinden, so viel wir wissen.
Was die Dinge betrifft, die wir denken Quantencomputer werden sich ändern. Der erste Kandidat ist die Art und Weise, wie wir Systeme auf Makroebene wie Telekommunikationsinfrastruktur und Straßen organisieren. Wie diese Systeme optimal zwischen Kosten und Nutzen ausgeglichen werden können, ist ein Beispiel für das Problem, das Quantencomputer möglicherweise lösen könnenlösen dank der Quantenüberlagerung von Qubits.
Das gleiche Optimierungsproblem plagt die globale Lieferkette, a Und das ist keine Kleinigkeit. Der Transportsektor verschwendet eine unbeschreibliche Menge Geld - wir sprechen hier möglicherweise von Hunderten von Milliarden Dollar - aufgrund der versteckten Ineffizienzen, die durch die Optimierung identifiziert werden.
Und nicht nur Regierungen und Unternehmen werden wahrscheinlich vom Quantencomputer profitieren, sondern auch Medizin, Astronomie und andere Wissenschaften sind ausgezeichnete Kandidaten für transformative Fortschritte. Astronomen, die Exoplaneten jagen, verfügen über Berge von Petabytes an Daten, die verarbeitet werden müssen, um Informationen zu erhaltenwissenschaftlich relevante Erkenntnisse daraus, und dies ist die Art von d ata Verarbeitung, von der wir glauben, dass sich Quantencomputer auf transformative Weise ändern werden.
In der Medizin kann Quantencomputing möglicherweise das Tempo medizinischer Durchbrüche mit einer unglaublichen Geschwindigkeit beschleunigen, indem es die Arten von Problemen mit mehreren Variablen verarbeitet, die die Forschung auf diesen Gebieten zu einer solchen Herausforderung machen. Durch die Nutzung der Quantenüberlagerung von Qubits zur Modellierung der Arten vonBei der Analyse von Krankheiten und der Entwicklung neuer Medikamente könnten wir alle Arten neuer Medikamente und Behandlungen entdecken, an die niemand jemals gedacht hätte.
Die bedeutendste Entwicklung könnte in der Physik liegen, wo Forscher, die die Supraleitung erforschen, hoffen, eines Tages mithilfe von Quantencomputern ein Material zu identifizieren, das bei Raumtemperatur supraleitend ist, indem sie Qubits verwenden, um verschiedene Verbindungen zu modellieren und ihre Eigenschaften zu testen.
Wenn ein solcher Supraleiter gefunden wird, dann das wird alles ändern, ehrlich. Es würde es uns ermöglichen, Energieverluste durch die Übertragung von Elektrizität zu eliminieren und unser Energienetz zu transformieren, wodurch die Stromerzeugung, die erforderlich ist, um alles mit Strom zu versorgen, auf einen Bruchteil dessen reduziert wird, was es heute ist. Wenn wir unseren Strombedarf ausreichend senken und das Stromnetz mit Strom versorgen könntenWelt für erneuerbare Energien sehr, sehr bald.
Was können Quantencomputer also nicht?
Die Stärke des Quantencomputers liegt in der Überlagerung seiner Qubits. Was wir mit diesen Daten tun, wird jedoch durch das Quantencomputing überhaupt nicht unterstützt, zumindest nicht in einer Weise, die wir jetzt sehen können. Ein Quantencomputer wird dies nicht tun"Führen Sie ein Programm aus", wie es unsere Computer heute tun; Quantencomputer müssten die Anweisungen eines Programms Zeile für Zeile ausführen, genau wie es ein klassischer Computer tun müsste. Überlagerung hilft im Allgemeinen nicht, dies schneller zu machen.
Es ist denkbar, dass Physiker und Chemiker, nachdem sie einen Raumtemperatursupraleiter entdeckt haben, klein genug sind, um in Netzwerkserver oder Heimcomputer zu passen. Wenn wir jedoch jemals Quantencomputer für unsere täglichen Computeraufgaben verwenden, ist dies mehrWahrscheinlich hat unser klassischer Computer einen Punkt in einem Programm erreicht, der die Art von Aufgabe erfordert, die am besten von einem Quantencomputer erledigt werden kann, wie die Faktorisierung einer Ganzzahl, und er würde sich entweder mit einem Cloud-basierten Quantencomputer verbinden, um dieses Problem zu verarbeitenein Ergebnis oder verwenden Sie einen eingebauten Quantenchip, eine QPU, um es so zu lösen, wie die heutige Offshore-Grafikverarbeitung der CPU zur GPU.
Eine millionenfache Leistungssteigerung, die einige erwarten, wird jedoch nur bei schlecht geschriebenen Programmen auftreten, die wiederholt ins Stocken geraten und unnötig komplexe Algorithmen ausführen, die an eine QPU weitergegeben werden. Kein gut geschriebenes Programm wird a implementierenBrute-Force-Faktorisierungsalgorithmus in jedem Programm, das jeder von uns in seinem täglichen Leben ausführen kann.
Wir kennen die Grenzen von Quantenalgorithmen einfach nicht
Das heißt, niemand dachte, die Mark 1 oder die UNIVAC würden sich zu etwas entwickeln, das über einen Taschenrechner hinausgeht. Sie konnten nicht vorhersagen, für welche Verwendungszwecke diese Berechnungen verwendet werden würden.
Heute bauen wir Quantenrechner in Raumgröße, und das ist alles, was wir wirklich sehen können. Eines Tages wird uns jemand zeigen, wie wir viel zu klein gedacht haben. Schließlich war es nicht bis zu den Entwicklern des GRUNDLEGENDE Sprache enthielt einen INPUT-Befehl während der dritten Version der Sprache, dass jeder erkannte, dass er jetzt ein Programm schreiben konnte, das als Spiel fungierte, und es auf einem Großrechner ausführen konnte.
Selbst die fortschrittlichsten Videospiele oder nur Einsen und Nullen. Algorithmen und E / A-Geräte wie Monitore und Tastaturen machen diese Einsen und Nullen mehr als nur Berechnungen.
Letztendlich ist es einfach zu früh, um etwas Bestimmtes zu wissen, ohne in 10 Jahren wie ein Idiot auszusehen. Theoretische Informatiker und Mathematiker, die häufig die Algorithmen entwickeln, die in die Programme integriert werden, die wir in unserem täglichen Leben verwenden, sind esErst jetzt wird untersucht, welche Arten von Quantenalgorithmen auf einem Quantencomputer ausgeführt werden können. Nachdem sie diese entwickelt haben, liegt es an anderen, diese neuen Quantenalgorithmen in verschiedene Arten der Programmierung zu implementieren.
Was wir jedoch sagen können, ist, dass Dinge wird Änderung mit Quantencomputing und anschließende Entwicklung fortschrittlicher Quantenalgorithmen und dass diese Änderung bald kommt.