Skip to main content

Signali

Kvantno računanje

Tehnologija računarstva sledeće generacije

Pojava kvantnog računanja predstavlja sledeću veliku tehnološku transformaciju, pokrećući opsežne ekonomske i društvene promene. Ovdje je kratak uvod o onome što se očekuje od tehnologije.

Sledeća generacija računske tehnologije

Kvantno računarstvo je naredna generacija računarske tehnologije, koja koristi principe kvantne fizike.

Dok se klasično računarstvo oslanja na bit kao osnovnu jedinicu, kvantno računarstvo se oslanja na kubit ili bilo koju vrednost između kubita, ili bilo koju njihovu kombinaciju.

Dok bit postoji prema binarnoj logici—ili je 0 ili 1, isključen ili uključen—kubit može postojati u oba stanja, 0 i 1 istovremeno, u fenomenu poznatom kao „superpozicija".

"Uplitanje" je još jedan osnovni fenomen koji daje KQ svoju moć. Kada su dva ili više kubita upleteni, ponašaju se kao jedinstven sistem, slično zupčanicima uklopljenim u mehanizam, tako da promena jednog kubita menja sve ostale sa kojima je upleten. To znači da jedna operacija može istovremeno uticati na stanja mnogih kubita.

Zaključak je da se pojavljuje zapanjujuće snažniji novi oblik računarstva.

Do 2030. godine moglo bi biti između 2.000 i 5.000 kvantnih računara širom svijeta. Bilo ih je manje od deset u 2018. godini.

Računari koji su eksponencijalno snažniji

1 kvantni računar može rešiti problem koji bi zahtevao klaster od 512 GPU-a

Kvantno računarstvo ima potencijal da reši probleme koji su eksponencijalno složeniji od onih koje klasično računarstvo može rešiti.

Kvantni kompjuter od 1.000 kubita (za koji se predviđa dolazak za 2-3 godine) bio bi sposoban da operiše na 10³⁰¹ (to je 1 praćena sa 301 nulom) različitih takozvanih “stanja informacija” istovremeno.

„Stanje“ u ovom kontekstu znači jedno moguće rešenje određenog problema. Većina mogućih rešenja će biti pogrešna, tako da što više stanja možemo istražiti, to imamo veće šanse da pronađemo najbolje rešenje.

Dva arhitekturalna pristupa, dva vremenska okvira

Kvantni anileri su specijalizovani za zadatke optimizacije. Avio kompanija bi mogla koristiti takav računar za pripremu optimalnog rasporeda ruta aviona, koji minimizuje upotrebu goriva dok osigurava da svi rasporedi putnika budu ispunjeni.

Počet će ostvarivati komercijalni utjecaj za 2-5 godina

 

Kvantni računari zasnovani na vratima su univerzalni, što znači da će moći izračunavati širok spektar problema. In kar future a pharmaceutical company will employ one to simulate chey yeni drug compounds, beth sakht zu bon etun chey effectas of millions of them without bisnea synthesize tora test them.

Oni će početi praviti komercijalni uticaj za 7-10 godina

Kvantne Tehnologije

Superprovodljivi kubiti

Jedna od vodećih tehnoloških platformi za razvoj kvantnih računara. IBM, Google, D-Wave i drugi to koriste. Supravodljivi sistemi obično rade na veoma niskim temperaturama, blizu apsolutne nule kako bi stvorili prave uslove za kvantno računanje.

Kvantne mreže

Kvantne mreže omogućavaju prijenos kvantno umreženih informacija preko komunikacionih kanala. Jedna su od tehnologija koje omogućavaju QKD i omogućit će poboljšanu sigurnost i povećanu širinu pojasa.

Kvantna distribucija ključeva (QKD)

Bezbedna metoda komunikacije koja implementira kriptografski protokol uključujući komponente kvantne mehanike. Omogućava dvema stranama da proizvedu zajednički slučajni tajni ključ poznat samo njima, ključ koji se zatim može koristiti za enkripciju i dekripciju poruka. Održava obećanje da će biti invulnerabilan na prisluškivanje ili napade "čoveka u sredini".

Kvantni senzor

Uređaj koji radi detektovanjem varijacija u mikrogravitaciji koristeći principe kvantne fizike, zasnovane na manipulaciji prirodom na sub-molekulskom nivou. Kvantno senzorisanje koristi svojstva kvantne mehanike kao što su kvantna sprega, kvantna interferencija i sabijanje kvantnog stanja kako bi nadmašio trenutne granice senzorske tehnologije i izbegao princip neizvesnosti.

Kvantni ionski kubiti

Kvantne ionske zamke su još jedna tehnološka platforma koja se koristi za razvijanje kvantnih računara. Uključuje korišćenje elektromagnetne sile za zatvaranje jona u slobodnom prostoru. IonQ je vodeći zagovornik ovog pristupa.

Arhitekture žarenja

Annealing arhitektura je jednostavnija, bazirana na ideji pronalaženja najniže energetske tačke u kvantnom sistemu. Ova najniža energetska tačka odgovara optimalnom rješenju optimizacijskog problema.

Arhitekture kapija

Arhitekture kapija koriste kvantni ekvivalent logičkih kapija koje služe kao osnovni gradivni elementi centralnih procesorskih jedinica zasnovanih na silicijumu. S obzirom na tu činjenicu, kvantni računar zasnovan na kapijama može teoretski, barem, izračunati isti skup problema kao tradicionalni računar.

Fotonika

Photonic systems rely ana light pulses ani light polarization bara create sa qubits. Unlike most other qubit technology, they have sa advantage of operating at room temperature, but they tend bara work much slower than superconducting qubits. Xanadu is sa leading company pursuing a photonic-based approach bara QC.

Post-kvantna kriptografija (PQC)

Post-kvantna kriptografija je kolektivni izraz za nove pristupe javno-ključnom šifriranju koji su otporni na kvantne računare. Proces odabira PQC algoritama vodi Nacionalni institut za standarde i tehnologiju (NIST). Većina velikih organizacija slijedi NIST-ovo vodstvo.

Kvantno računarstvo u oblaku

Hardware

Obično kompanije koje trebaju QC ne posjeduju svoje vlastite računare. Ideja o kvantnim računarima na lokaciji trenutno nije praktična iz nekoliko ključnih razloga:

  • Kvantni uređaji su skupi
  • Their operation is complex, ani thus bekery expensive.
  • Given how often quantum devices receive upgrades from their manufacturers, Become individual will bekome obsolete quickly.

Umjesto toga, krajnji korisnici kvantnih računara im pristupaju putem usluga u oblaku.

There are currently two approaches bara cloud provision of QC:

Pros ani Cons of sa Two Approaches

Interni oblak

U ovom pristupu, dobavljači nude Access svojim QC uređajima kroz vlastite cloud usluge. IBM je najvažnija kompanija koja slijedi ovaj pristup, nudeći QC kroz svoju IBM Q mrežu.

Snage

Uže povezivanje između postojećih platformi oblaka provajdera i kvantne platforme smanjuje mrežnu latenciju između klasične platforme oblaka i kvantne platforme, što će biti prednost za aplikacije niske latencije (kao što je detekcija prevara)

Slabosti

Ograničen izbor opcija za backend kvantnog računarstva

Potencijal za restriktivnije komercijalne modele

Opasnost od vendor lock-in-a

Javni Cloud

U ovom pristupu vodeće usluge oblaka omogućavaju Access QC uređajima trećih strana. Amazon Braket, na primjer, nudi Access do D-Wave, rigetti, Oxford Quantum Circuits, IonQ i Xanadu, s više u pripremi. Microsoft Azure Quantum nudi Access do Quantinuum, IonQ, Quantum Circuits Inc, rigetti, PASQAL, 1QBit, Microsoft QIO i Toshiba SQBM+.

Snage

Koristi postojeće usluge pristupa i naplate cloud provajdera, kao i slične podijeljene usluge

Omogućava lakši ulazak u pristup kvantnim računarima, obično sa modelom "pay as you go".

Omogućava pristup širokom spektru kvantnih računara, omogućavajući poređenje između platformi i identifikaciju odgovarajućeg uređaja za problem koji se rešava.

Slabosti

Tendencija ka većoj latenciji u pristupu kvantnom uređaju zbog mrežnih povratnih komunikacija i redova čekanja

To, zauzvrat, stvara probleme u aplikacijama kao što su otkrivanje prevara i visoko frekvencijska trgovina koje imaju zahtjeve u stvarnom vremenu ili niske latencije, do tačke gdje takve aplikacije možda nisu praktične.

 

 

U budućnosti, pružatelji usluga 'oblaka' mogu ugostiti kvantne uređaje u svojim centrima podataka pored tradicionalnog CPU i GPU hardvera, čime se minimiziraju efekti latencije i omogućava nova klasa hibridnih aplikacija visokog protoka s malom latencijom, kao što su otkrivanje prevara i trgovanje visokih frekvencija.

Softver/ API-jevi

API-ji i povezani SDK-ovi su obično otvorenog koda i, uz nekoliko izuzetaka, napisani u Python programskom jeziku.

Svaki vodeći QC dobavljač obično pruža svoje vlastite API-jeve kako bi podržao svoje uređaje ili usluge.

Neki dobavljači, kao što je IonQ, odlučili su podržati API-je drugih dobavljača umjesto da razvijaju svoje vlastite vlasničke API-je. IonQ, na primjer, podržava Qiskit od strane IBM-a i Cirq. Ovaj pristup omogućava da se kvantni algoritmi napisani u Qiskit za IBM kvantni uređaj, na primjer, lakše prenesu da rade na IonQ uređaju.

Budućnost će videti mali broj standardizovanih API-ja, koje nude ili propisuju veliki provajderi tehnologije/oblaka (IBM/Amazon/Microsoft), sa kojima će proizvođači kvantnih računarskih uređaja raditi.

Aplikacije u finansijskim uslugama

Dok se bore za liderstvo u QC, verovatno će ustanoviti da razvoj i zadržanje veština i talenata postaju ključna bojišta. Lideri u primeni kvantnih tehnologija će videti značajan rast u svojoj sigurnosti, operativnoj efikasnosti i efektivnosti proizvoda, dok će oni koji zaostaju videti kako ti aspekti njihovog poslovanja slabe.

Iako ne očekujemo kvantne računare dovoljno snažne da dešifruju današnje PKI zasnovane kriptosisteme barem narednih 10-12 godina, postoji značajan rad koji treba učiniti kako bi ih pripremili za suprotstavljanje kvantnim prijetnjama.

Katalizirački efekat u drugim sektorima

QC ima potencijalno transformativne primjene u mnogim drugim područjima.

Otkrivanje lijekova

Kvantno računarstvo će poboljšati proces otkrivanja lijekova ubrzavanjem identifikacije i simulacije molekula. To će prebaciti eksperimente iz mokrih laboratorija na računare, i istraživači će imati pristup hemijskim kombinacijama koje bi konvencionalnom računarstvu zahtevalo decenije da osmisli.

Sajber bezbjednost

Kvantni računari zaista predstavljaju pretnju sigurnosnoj kičmi današnjih mreža —RSA javnoj ključnoj kriptografiji. Ali kvantna tehnologija će takođe omogućiti nove i još sigurnije oblike komunikacije.

Logistika

QC će transformisati naše lance snabdijevanja upravljanjem bez presedana složenim masama podataka vezanih za proizvodne kapacitete, geografiju i infrastrukturu, vremenske obrasce, rute, kapacitet železničkih i brodskih pravaca, i dalje.

Automotive

QC će se približiti održivom ekosistemu autonomnih vozila. AI pogonjen kvantnim računarstvom i mašinskim učenjem ubrzat će proces učenja nužnih algoritama. Klasifikacija slika i detekcija 3D objekata također će imati koristi od QC-a.

Simulacija

Kvantno računarstvo će pružiti nove mogućnosti u modeliranju stvarnosti. Bolje ćemo predviđati ekstremne vremenske događaje, pratiti klimatske promjene, predviđati kako će urbani razvoj uticati na emisije, predviđati rast populacije — i više.

Kako kvantno računarstvo dobija na značaju, prirodno će se pojavljivati slučajevi primjene u brojnim sektorima.

RAZVIJAJUĆA TEHNOLOGIJA

Igrači u kvantnom računarstvu trenutno

Različiti proizvođači hardvera kreiraju svoje kvantne računare, koristeći niz različitih fizičkih fenomena i primjenjujući i univerzalne, zasnovane na kapiji pristupe, kao i pristup kvantnog žarenja. To uključuje:

Pored dobavljača hardvera, od kojih svaki obično nudi svoje vlastite biblioteke softvera (npr. IBM qiskit, D-Wave Ocean, Google Cirq), postoji i niz čistopeljanih dobavljača kvantnog softvera. Među njima:

Rast QC tržišta

2016

$89M

globalno tržište kvantnog računarstva

2025

$949M

globalno tržište kvantnog računarstva (projekcija)

30% CAGR od 2017 do 2025

Veliki potencijal u budućnosti

Kvantni računari će biti prikladni za određene zadatke. U bliskoj budućnosti, kvantni računari će biti odlični u rešavanju kompleksnih numeričkih problema i postojaće zajedno sa postojećim klasičnim računarima kako bi omogućili hibridne kvantno-klasične sisteme. Važnost hibridnosti leži u tome što, dok klasično računanje daje jasne i precizne rezultate, kvantni računari daju rezultate u obliku distribucija verovatnoće, generišući setove odgovora koji potom mogu zahtevati da se redukuju korišćenjem klasičnih računara. Dalje u budućnosti, QC ima potencijal da bude transformativan. Napravit će ogromne pomake u određenim sferama, omogućavajući nam stvaranje revolucionarnih novih lekova, optimizovanje rada naših finansijskih tržišta, osiguranje naših mreža, razumevanje složenih sistema, od ekologija Zemlje do globalnih mreža ponude i potražnje—and više. Što se tiče njegovih maksimalnih efekata, horizont je otvoren. Značajne promjene su u pripremi na društvenom i ekonomskom nivou: Baš kao što je klasično računanje, QC će biti sveobuhvatno transformativan u smislu načina na koji živimo. Ali priča ostaje da se napiše, a narednih nekoliko decenija će biti svedoci onoga što naši najbolji umovi mogu uraditi sa ovim moćnim novim alatom.