Skip to main content

Siqnallar

Kvant Hesablama

Növbəti nəsil hesablama texnologiyası

Kvant hesablamasının meydana gəlməsi növbəti böyük texnoloji transformasiyanı təmsil edir və hərtərəfli iqtisadi və sosial dəyişikliklərə səbəb olur. Texnologiyadan nə gözlənildiyi barədə qısa məlumat.

Növbəti Nəsil Hesablama Texnologiyaları

Kvant hesablamaları (KH) kvant fizikasından istifadə edən növbəti nəsil hesablama texnologiyasıdır.

Klassik hesablama əsas vahidi olan bitə əsaslandığı halda, kvant hesablamaları kubitə və ya kubitlər arasındakı istənilən dəyərə və ya onların istənilən kombinasiyasına əsaslanır.

Bit ikili məntiqə görə mövcud olsa da — ya 0, ya da 1, sönmüş və ya açıqdır — kubit eyni zamanda həm 0, həm də 1 vəziyyətində, "superpozisiya" kimi tanınan bir fenomendə mövcud ola bilər.

"Dolaşıqlıq", QC-yə güc verən başqa bir fundamental fenomendir. İki və ya daha çox kubit bir-birinə dolaşdıqda, onlar, sürət qutusuna dolaşmış dişlilər kimi tək bir sistem kimi hərəkət edirlər, beləliklə, bir kubitə dəyişiklik onun dolaşdığı bütün digərlərini dəyişdirir. Bu o deməkdir ki, tək bir əməliyyat eyni vaxtda bir çox kubitin vəziyyətinə təsir göstərə bilər.

Nəticə, təəccüblü dərəcədə daha güclü yeni bir hesablama növüdür.

2030-cu ilə qədər dünyada 2000 ilə 5000 arasında kvant kompüteri ola bilər. 2018-ci ildə onlardan bir neçəsi az idi.

Eksponensial olaraq daha güclü kompüterlər

1 Kvant Kompüteri 512GPU klaster tələb edən bir problemi həll edə bilər

KT, klassik hesablamanın həll edə biləcəyi problemlərdən eksponensial olaraq daha mürəkkəb problemləri həll etmək potensialına malikdir.

1000 kubitlik kvant kompüteri (2-3 il ərzində təqdim ediləcəyi proqnozlaşdırılır) eyni vaxtda 10³⁰¹ (yəni 1-dən sonra 301 sıfır) müxtəlif sözdə "informasiya halları" üzərində işləyə biləcək.

Bu kontekstdə "vəziyyət" müəyyən bir problemin mümkün həlli deməkdir. Mümkün həllərin əksəriyyəti səhv olacaq, ona görə də araşdıra biləcəyimiz daha çox ştat, ən yaxşı həlli tapmaq şansımız bir o qədər yüksəkdir.

İki Memarlıq, İki Zaman Çərçivəsi

Kvant tavlayıcıları optimallaşdırma tapşırıqları üçün ixtisaslaşmışdır. Aviaşirkət belə bir kompüterdən optimal təyyarə marşrutu cədvəlini hazırlamaq üçün istifadə edə bilər. Bu cədvəl yanacaq sərfiyyatını minimuma endirir və eyni zamanda bütün sərnişin cədvəllərinə əməl olunmasını təmin edir.

Onlar 2-5 il ərzində kommersiya təsirini göstərməyə başlayacaqlar

 

Qapı əsaslı kvant kompüterləri universaldır, yəni onlar geniş çeşiddə problemləri hesablaya biləcəklər. Gələcəkdə bir əczaçılıq şirkəti yeni dərman birləşmələrini simulyasiya etmək üçün bunlardan istifadə edəcək və milyonlarla dərmanın təsirini sintez edib sınaqdan keçirmədən araşdıracaq.

Onlar 7-10 il ərzində kommersiya təsirini göstərməyə başlayacaqlar.

Kvant Texnologiyaları

Superkeçirici kubitlər

Kvant kompüterlərinin inkişafı üçün aparıcı texnologiya platformalarından biridir. IBM, Google, D-Wave və digərləri bunu işə salırlar. Superkeçirici sistemlər, kvant hesablamaları üçün düzgün şərtlər yaratmaq üçün adətən mütləq sıfıra yaxın çox aşağı temperaturda işləyirlər.

Kvant şəbəkələri

Kvant şəbəkələri kvant dolaşıq məlumatlarının rabitə kanalları üzərindən ötürülməsinə imkan verir. Onlar QKD-nin arxasında duran imkan verən texnologiyalardan biridir və həm təkmilləşdirilmiş təhlükəsizlik, həm də artırılmış bant genişliyi təmin edəcək.

Kvant açar paylanması (KKD)

Kvant mexanikasının komponentlərini əhatə edən kriptoqrafik protokolu tətbiq edən təhlükəsiz rabitə metodu. Bu, iki tərəfə yalnız özlərinə məlum olan ortaq təsadüfi gizli açar yaratmağa imkan verir və bu açar mesajları şifrələmək və deşifrə etmək üçün istifadə edilə bilər. Bu, casusluq və ya "ortadakı adam" hücumlarına qarşı toxunulmazlıq vədi daşıyır.

Kvant sensoru

Kvant fizikasının prinsiplərindən istifadə edərək mikroqravitasiyadakı dəyişiklikləri aşkar etməklə işləyən və submolekulyar səviyyədə təbiəti manipulyasiya etməyə əsaslanan bir cihaz. Kvant sensoru, sensor texnologiyasındakı cərəyan limitlərini aşmaq və qeyri-müəyyənlik prinsipindən yayınmaq üçün kvant dolaşıqlığı, kvant müdaxiləsi və kvant vəziyyətinin sıxılması kimi kvant mexanikasının xüsusiyyətlərindən istifadə edir.

Kvant ion kubitləri

Kvant ion tələləri kvant kompüterlərinin hazırlanması üçün istifadə olunan başqa bir texnoloji platformadır. Bu, ionları boş məkanda məhdudlaşdırmaq üçün elektrik maqnit qüvvəsindən istifadə etməyi əhatə edir. lonQ bu yanaşmanın aparıcı tərəfdarıdır.

Tavlama memarlıqları

Tavlama arxitekturası, kvant sistemində ən aşağı enerji vəziyyətini tapmaq ideyasına əsaslanan daha sadə bir arxitekturadır. Bu ən aşağı enerji vəziyyəti optimallaşdırma probleminin optimal həllinə uyğundur.

Darvaza memarlıqları

Qapı arxitekturaları, silikon əsaslı mərkəzi emal bölmələrinin tikinti blokları kimi xidmət edən məntiq qapılarının kvant ekvivalentindən istifadə edir. Bu faktı nəzərə alsaq, qapı əsaslı kvant kompüteri, ən azı nəzəri olaraq, ənənəvi kompüterlə eyni problemlər dəstini hesablaya bilər.

Fotonika

Fotonik sistemlər kubitlərini yaratmaq üçün işıq impulslarına və işıq polyarizasiyasına əsaslanır. Digər qubit texnologiyalarından fərqli olaraq, onlar otaq temperaturunda işləmək üstünlüyünə malikdirlər, lakin onlar adətən superkeçirici qubitlərdən daha yavaş işləyirlər. Xanadu, fotonik əsaslı keyfiyyət nəzarəti yanaşmasını tətbiq edən aparıcı şirkətdir.

Post-kvant kriptoqrafiyası (PQC)

Kvant sonrası kriptoqrafiya, kvant kompüterlərinə davamlı olan yeni açıq açarlı şifrələmə yanaşmaları üçün ümumi termindir. PQC alqoritmlərinin seçilməsi prosesi Milli Standartlar və Texnologiya İnstitutu (NIST) tərəfindən idarə olunur. Əksər böyük təşkilatlar NIST-in yolunu izləyir.

Buludda kvant hesablamaları

Avadanlıq

Adətən, keyfiyyət nəzarətinə ehtiyacı olan şirkətlərin öz kompüterləri olmur. Yerli kvant kompüterləri ideyası hazırda bir sıra əsas səbəblərə görə praktik deyil:

  • Kvant cihazları bahadır
  • Onların əməliyyatı mürəkkəbdir və buna görə də baha başa gəlir
  • Kvant cihazlarının istehsalçılarından nə qədər tez-tez yeniləmə aldığını nəzərə alsaq, fərdi cihaz tez bir zamanda köhnələcək.

Bunun əvəzinə, kvant kompüterlərinin son istifadəçiləri onlara bulud xidmətləri vasitəsilə daxil olurlar.

Hazırda bulud texnologiyaları ilə keyfiyyətə nəzarətin təmin edilməsinin iki yolu var:

İki yanaşmanın müsbət və mənfi cəhətləri

Xüsusi Bulud

Bu yanaşmada provayderlər öz bulud xidmətləri vasitəsilə öz QC cihazlarına giriş təklif edirlər. IBM, IBM Q Şəbəkəsi vasitəsilə QC təklif edən bu yanaşmanı izləyən ən vacib şirkətdir.

Güclü tərəfləri

Provayderin mövcud bulud platforması ilə kvant platforması arasında daha sıx inteqrasiya Klassik bulud platforması ilə kvant platforması arasında şəbəkə gecikməsinin azaldılması, bu da aşağı gecikməli tətbiqlər (məsələn, saxtakarlığın aşkarlanması) üçün üstünlük olacaq.

Zəif cəhətlər

Kvant hesablama arxa plan seçimlərinin məhdud seçimi

Daha məhdudlaşdırıcı kommersiya modelləri üçün potensial

Satıcının bağlanması təhlükəsi

İctimai Bulud

Bu yanaşmada aparıcı bulud xidmətləri üçüncü tərəf satıcılarının KN cihazlarına giriş təmin edir. Məsələn, Amazon Braket, D-Wave, rigetti, Oxford Quantum Circuits, IonQ və Xanadu-ya çıxış təklif edir və daha çoxu da gələcək. Microsoft Azure Quantum Quantinuum, IonQ, Quantum Circuits Inc, rigetti, PASQAL, 1QBit, Microsoft QIO və Toshiba SQBM+-a giriş təklif edir.

Güclü tərəfləri

Bulud provayderinin mövcud giriş və ödəniş xidmətlərindən və oxşar paylaşılan xidmətlərdən istifadə edir

Kvant kompüterlərinə asanlıqla daxil olmaq üçün bir yol təqdim edir, adətən "istifadə etdiyiniz kimi ödəyin" modeli ilə.

Müxtəlif kvant kompüterlərinə çıxış təmin edir, platformalar arasında müqayisə aparmağa və mövcud problem üçün uyğun cihazı müəyyən etməyə imkan verir.

Zəif cəhətlər

Şəbəkə səfərləri və növbələr səbəbindən kvant cihazına girişdə daha yüksək gecikməyə meyl

Bu da öz növbəsində, fırıldaqçılığın aşkarlanması və yüksək tezlikli ticarət kimi real vaxt və ya aşağı gecikmə tələbləri olan tətbiqlərdə problemlər yaradır və bu cür tətbiqlərin praktik olmaya biləcəyi nöqtəyə çatır.

 

 

Gələcəkdə bulud provayderləri ənənəvi CPU və GPU avadanlıqları ilə yanaşı, məlumat mərkəzlərində kvant cihazları yerləşdirə bilər və beləliklə, gecikmə effektlərini minimuma endirir və fırıldaqçılığın aşkarlanması və yüksək tezlikli ticarət kimi yüksək məhsuldarlıqlı, aşağı gecikməli kvant-klassik hibrid tətbiqlərin yeni sinfini təmin edir.

Proqram təminatı/API-lər

API-lər və əlaqəli SDK-lar açıq mənbəli olmağa meyllidir və bir neçə istisna olmaqla, Python proqramlaşdırma dilində yazılır.

Hər bir aparıcı QC satıcısı adətən cihazlarını və ya xidmətlərini dəstəkləmək üçün öz API-lərini təqdim edir.

IonQ kimi bəzi satıcılar öz xüsusi API-larını inkişaf etdirmək əvəzinə, digər satıcıların API-larını dəstəkləməyə qərar veriblər. Məsələn, IonQ, IBM və Cirq-dən Qiskit-i dəstəkləyir. Bu yanaşma, məsələn, IBM kvant maşını üçün Qiskit dilində yazılmış kvant alqoritmlərinin IonQ cihazında işləmək üçün daha asan portlaşdırılmasına imkan verir.

Gələcəkdə kvant hesablama avadanlığı satıcılarının quracağı böyük texnologiya/bulud provayderləri (IBM/Amazon/Microsoft) tərəfindən təmin edilən və ya məcburi olan az sayda standartlaşdırılmış API-lər olacaq.

Maliyyə xidmətlərində tətbiqlər

Maliyyə qurumları KK-da liderliyə can atdıqca, bacarıq və istedadların inkişafı və saxlanılmasının əsas mübarizə meydanına çevriləcəyini aşkar edəcəklər. Kvant texnologiyalarının tətbiqində liderlər təhlükəsizlik, əməliyyat səmərəliliyi və məhsul effektivliyinin əhəmiyyətli dərəcədə artacağını, geridə qalanlar isə bizneslərinin bu aspektlərinin aşındığını görəcəklər.

Kvant kompüterlərinin bugünkü PKI əsaslı kriptosistemləri ən azı 10-12 il ərzində deşifrə etmək üçün kifayət qədər güclü olacağını gözləməsək də, onları kvant təhdidlərinə qarşı durmağa hazırlamaq üçün görüləsi əhəmiyyətli işlər var.

Digər sektorlarda katalizator təsiri

QC bir sıra digər sahələrdə potensial transformativ tətbiqlərə malikdir.

Dərman Kəşfi

Kvant Hesablamaları molekulların identifikasiyasını və simulyasiyasını sürətləndirməklə dərman kəşf prosesini təkmilləşdirəcək. Bu, təcrübələri yaş laboratoriyalardan kompüterlərə köçürəcək və tədqiqatçılar ənənəvi hesablamaların onilliklər ərzində hazırlaya biləcəyi kimyəvi birləşmələrə çıxış əldə edəcəklər.

Kibertəhlükəsizlik

Kvant kompüterləri bugünkü şəbəkələrin təhlükəsizlik onurğasını — RSA açıq açar kriptoqrafiyasını təhdid edir. Lakin kvant texnologiyası yeni və daha təhlükəsiz rabitə formalarına da imkan verəcək.

Logistika

QC, istehsal gücü, coğrafiya və infrastruktur, hava şəraiti, marşrutlaşdırma, dəmir yolu və gəmiçilik zolaqlarının tutumu və digər sahələrlə bağlı görünməmiş dərəcədə mürəkkəb məlumat kütlələrini emal etməklə təchizat zəncirlərimizi dəyişdirəcək.

Avtomobil

QC, canlı muxtar nəqliyyat vasitələri ekosisteminə daha da yaxınlaşacaq. Kvantla işləyən süni intellekt və maşın öyrənməsi zəruri alqoritmlərin öyrənmə prosesini sürətləndirəcək. Təsvir təsnifatı və 3D obyekt saxlanması da QC-dən faydalanacaq.

Simulyasiya

QC reallığın modelləşdirilməsində yeni imkanlar təmin edəcək. Ekstremal hava hadisələrini daha yaxşı proqnozlaşdıracaq, iqlim dəyişikliyini qrafikləşdirəcək, şəhər inkişafının emissiyalara necə təsir edəcəyini proqnozlaşdıracaq, əhali artımını proqnozlaşdıracaq və daha çox şey edəcəyik.

QC populyarlıq qazandıqca, təbii ki, bir çox sektorda istifadə hallarının göründüyünü görəcəyik.

YENİDƏN YENİ TEXNOLOGİYA

Hazırda QC-də oyunçular

Müxtəlif aparat təchizatçıları müxtəlif fiziki hadisələrdən istifadə edərək həm universal, qapı əsaslı yanaşmaları, həm də kvant tavlama yanaşmasını tətbiq edərək öz kvant kompüterlərini yaradırlar. Bunlara aşağıdakılar daxildir:

Hər biri adətən öz proqram təminatı kitabxanalarını (məsələn, IBM qiskit, D-Wave Ocean, Google Cirq) təklif edən aparat təchizatçıları ilə yanaşı, bir sıra təmiz oyun kvant proqram təminatı təchizatçıları da mövcuddur. Onların arasında:

QC Bazarının Böyüməsi

2016-cı il

89 milyon dollar

qlobal kvant hesablama bazarı

2025-ci il

949 milyon dollar

qlobal kvant hesablama bazarı (proqnozlaşdırılır)

2017-ci ildən 2025-ci ilə qədər 30% İKİ illik artım

Qarşıda böyük potensial var

Kvant kompüterləri müəyyən vəzifələr üçün uyğun olacaq. Yaxın gələcəkdə kvant kompüterləri mürəkkəb ədədi problemləri həll etməkdə üstün olacaq və kvant-klassik hibrid sistemləri təmin etmək üçün mövcud klassik kompüterlərlə birlikdə mövcud olacaq. Hibridlik vacibdir, çünki klassik hesablamalar dəqiq nəticələr versə də, kvant kompüterləri ehtimal paylanmalarında nəticələr verir və klassik kompüterlərdən istifadə edərək dəqiqləşdirmə tələb edə biləcək cavablar dəsti yaradır. Gələcəkdə QC transformativ olmaq potensialına malikdir. Bu, müəyyən sahələrdə böyük irəliləyişlər edəcək, bizə inqilabi yeni dərmanlar yaratmaq, maliyyə bazarlarımızın işini optimallaşdırmaq, şəbəkələrimizi təhlükəsizləşdirmək, Yer kürəsinin ekologiyasından qlobal tələb və təklif şəbəkələrinə qədər mürəkkəb sistemləri anlamaq və daha çox şey üçün imkan verəcək. Maksimum təsirlərinə gəldikdə isə, üfüq açıqdır. Sosial və iqtisadi səviyyələrdə əhəmiyyətli dəyişikliklər gözlənilir: Klassik hesablamalar kimi, QC də necə yaşadığımızı hərtərəfli şəkildə dəyişdirəcək. Lakin hekayə hələ yazılmayıb və növbəti bir neçə onillik ən yaxşı zehnimizin bu güclü yeni vasitə ilə nələr edə biləcəyinin şahidi olacaq.