Skip to main content

Signallar

Kvant hisoblash

Keyingi avlod hisoblash texnologiyalari

Kvant hisoblashning paydo bo'lishi keyingi yirik texnologik o'zgarishni anglatadi, keng qamrovli iqtisodiy va ijtimoiy o'zgarishlarni keltirib chiqaradi. Texnologiyadan nimani kutish mumkinligi haqida qisqacha ma'lumot.

Keyingi avlod hisoblash texnologiyalari

Kvant hisoblash (QC) - bu kvant fizikasidan foydalanadigan hisoblash texnologiyalarining keyingi avlodidir.

Klassik hisoblash uning asosiy birligi bo'lgan bitga tayansa, kvant hisoblash qubitga yoki qubitlar orasidagi har qanday qiymatga yoki ularning har qanday kombinatsiyasiga tayanadi.

Bit ikkilik mantiqqa ko'ra mavjud bo'lsa-da — u 0 yoki 1, o'chirilgan yoki yoqilgan — qubit bir vaqtning o'zida ham 0, ham 1 holatida, "superpozitsiya" deb nomlanuvchi hodisada mavjud bo'lishi mumkin.

"Chalkashlik" QCga o'z kuchini beradigan yana bir asosiy hodisadir. Ikki yoki undan ortiq kubitlar chalkashib ketganda, ular xuddi reduktorga o'ralgan tishli g'ildiraklar kabi yagona tizim vazifasini bajaradi, shuning uchun bitta kubitga o'tish u chalkashib ketgan barcha boshqalarini o'zgartiradi. Bu shuni anglatadiki, bitta operatsiya bir vaqtning o'zida ko'plab kubitlarning holatiga ta'sir qilishi mumkin.

Natijada hayratlanarli darajada kuchliroq yangi turdagi hisoblash paydo bo'ldi.

2030-yilga kelib, butun dunyo bo'ylab 2000 dan 5000 gacha kvant kompyuterlari bo'lishi mumkin. 2018-yilda ularning soni o'ndan kam edi.

Eksponensial jihatdan kuchliroq kompyuterlar

1 ta Kvant  Kompyuteri512 ta GPU klasterini talab qiladigan muammoni hal qila oladi

QC klassik hisoblash usullari hal qila oladigan muammolarga qaraganda eksponentsial jihatdan murakkabroq muammolarni hal qilish imkoniyatiga ega.

1000 kubitli kvant kompyuteri (2-3 yil ichida paydo bo'lishi prognoz qilinmoqda) bir vaqtning o'zida 10³⁰¹ (bu 1 dan keyin 301 nol) deb ataladigan turli xil "axborot holatlari"da ishlay oladi.

Bu kontekstda “holat” berilgan muammoning bitta mumkin bo'lgan yechimini anglatadi. Mumkin bo'lgan yechimlarning aksariyati noto'g'ri bo'ladi, shuning uchun biz qancha ko'p shtatlarni o'rgansak, eng yaxshi yechimni topish imkoniyatimiz shuncha yuqori bo'ladi.

Ikki arxitektura, ikki vaqt oralig'i

Kvant tavlovchilari optimallashtirish vazifalari uchun ixtisoslashgan. Aviakompaniya bunday kompyuterdan samolyot yo'nalishlarining optimal jadvalini tayyorlash uchun foydalanishi mumkin, bu esa yoqilg'i sarfini minimallashtiradi va barcha yo'lovchilar jadvallariga rioya qilinishini ta'minlaydi.

Ular 2-5 yil ichida tijorat ta'sirini ko'rsata boshlaydilar

 

Darvozaga asoslangan kvant kompyuterlari universaldir, ya'ni ular turli xil muammolarni hisoblashlari mumkin. Kelajakda farmatsevtika kompaniyasi ulardan yangi dori birikmalarini simulyatsiya qilish uchun foydalanadi, ularni sintez qilish va sinovdan o'tkazmasdan millionlab ularning ta'sirini o'rganadi.

Ular 7-10 yil ichida tijorat ta'sirini ko'rsata boshlaydilar

Kvant texnologiyalari

Supero'tkazuvchi kubitlar

Kvant kompyuterlarini ishlab chiqish uchun yetakchi texnologik platformalardan biri. IBM, Google, D-Wave va boshqalar uni ishga solmoqda. Kvant hisoblash uchun to'g'ri sharoitlarni yaratish maqsadida o'ta o'tkazuvchan tizimlar odatda juda past haroratlarda, mutlaq nolga yaqin haroratlarda ishlaydi.

Kvant tarmoqlari

Kvant tarmoqlari aloqa kanallari orqali kvant bilan chalkashgan ma'lumotlarni uzatish imkonini beradi. Ular QKD ortidagi texnologiyalardan biri bo'lib, xavfsizlikni yaxshilash va o'tkazish qobiliyatini oshirish imkonini beradi.

Kvant kalit taqsimoti (QKD)

Kvant mexanikasining tarkibiy qismlarini o'z ichiga olgan kriptografik protokolni amalga oshiradigan xavfsiz aloqa usuli. Bu ikki tomonga faqat o'zlariga ma'lum bo'lgan umumiy tasodifiy maxfiy kalitni yaratish imkonini beradi, bu kalit keyinchalik xabarlarni shifrlash va parolini ochish uchun ishlatilishi mumkin. Bu josuslik yoki "o'rtadagi odam" hujumlariga qarshi daxlsiz bo'lish va'dasini beradi.

Kvant sensori

Kvant fizikasi tamoyillaridan foydalangan holda mikrogravitatsiyadagi o'zgarishlarni aniqlash orqali ishlaydigan qurilma, bu submolekulyar darajada tabiatni boshqarishga asoslangan. Kvant sensori sensor texnologiyasidagi oqim chegaralaridan oshib o'tish va noaniqlik printsipidan qochish uchun kvant chalkashligi, kvant aralashuvi va kvant holatini siqish kabi kvant mexanikasining xususiyatlaridan foydalanadi.

Kvant ion kubitlari

Kvant ion tuzoqlari kvant kompyuterlarini ishlab chiqishda qo'llaniladigan yana bir texnologik platformadir. Bu bo'sh joyda ionlarni cheklash uchun elektromagnit kuchdan foydalanishni o'z ichiga oladi. lonQ ushbu yondashuvning yetakchi tarafdori hisoblanadi.

Yuvish arxitekturalari

Yuvish arxitekturasi kvant tizimidagi eng past energiya holatini topish g'oyasiga asoslangan sodda arxitekturadir. Bu eng past energiya holati optimallashtirish masalasining optimal yechimiga mos keladi.

Darvoza arxitekturalari

Darvoza arxitekturalari kremniy asosidagi markaziy protsessor bloklarining qurilish bloklari bo'lib xizmat qiladigan mantiqiy eshiklarning kvant ekvivalentidan foydalanadi. Shuni hisobga olsak, darvozaga asoslangan kvant kompyuteri, hech bo'lmaganda, nazariy jihatdan an'anaviy kompyuter bilan bir xil muammolar to'plamini hisoblashi mumkin.

Fotonika

Fotonik tizimlar o'zlarining kubitlarini yaratish uchun yorug'lik impulslari va yorug'lik qutblanishiga tayanadi. Boshqa qubit texnologiyalaridan farqli o'laroq, ular xona haroratida ishlash afzalligiga ega, ammo ular o'ta o'tkazuvchan qubitlarga qaraganda ancha sekinroq ishlaydi. Xanadu sifatni nazorat qilishda fotonik yondashuvni qo'llaydigan yetakchi kompaniya hisoblanadi.

Kvantdan keyingi kriptografiya (PQC)

Kvantdan keyingi kriptografiya - bu kvant kompyuterlariga chidamli bo'lgan yangi ochiq kalitli shifrlash yondashuvlarining umumiy atamasi. PQC algoritmlarini tanlash jarayoni Milliy standartlar va texnologiyalar instituti (NIST) tomonidan boshqariladi. Aksariyat yirik tashkilotlar NISTning yo'l-yo'rig'iga amal qilmoqda.

Bulutda kvant hisoblash

Texnik ta'minot

Odatda, QCga muhtoj bo'lgan kompaniyalar o'zlarining kompyuterlariga ega emaslar. Mahalliy kvant kompyuterlari g'oyasi hozirda bir qator asosiy sabablarga ko'ra amaliy emas:

  • Kvant qurilmalari qimmat
  • Ularning ishlashi murakkab va shuning uchun qimmat
  • Kvant qurilmalari ishlab chiqaruvchilaridan qanchalik tez-tez yangilanishlarni olishlarini hisobga olsak, bitta qurilma tezda eskiradi

Buning o'rniga, kvant kompyuterlarining oxirgi foydalanuvchilari ularga bulut xizmatlari orqali kirishadi.

Hozirgi vaqtda bulutli sifat nazoratini ta'minlashning ikkita yondashuvi mavjud:

Ikki yondashuvning ijobiy va salbiy tomonlari

Xususiy bulut

Ushbu yondashuvda provayderlar o'zlarining bulutli xizmatlari orqali o'zlarining QC qurilmalariga kirishni taklif qilishadi. IBM ushbu yondashuvga amal qiladigan eng muhim kompaniya bo'lib, IBM Q Network orqali sifat nazoratini taklif qiladi.

Kuchli tomonlari

Provayderning mavjud bulut platformasi va kvant platformasi o'rtasidagi qattiqroq integratsiya Klassik bulut platformasi va kvant platformasi o'rtasidagi tarmoq kechikishining kamayishi, bu past kechikishli ilovalar (masalan, firibgarlikni aniqlash) uchun afzallik bo'ladi.

Zaif tomonlari

Kvant hisoblashning orqa tomonidagi variantlarning cheklangan tanlovi

Ko'proq cheklovchi tijorat modellari uchun potentsial

Sotuvchining bloklanishi xavfi

Ommaviy bulut

Ushbu yondashuvda yetakchi bulutli xizmatlar uchinchi tomon sotuvchilarining QC qurilmalariga kirishni ta'minlaydi. Masalan, Amazon Braket D-Wave, rigetti, Oxford Quantum Circuits, IonQ va Xanadu’ga kirish imkoniyatini taqdim etadi, shuningdek, ko‘proq imkoniyatlar ham mavjud. Microsoft Azure Quantum Quantinuum, IonQ, Quantum Circuits Inc, rigetti, PASQAL, 1QBit, Microsoft QIO va Toshiba SQBM+ ga kirishni taklif qiladi.

Kuchli tomonlari

Bulut provayderining mavjud kirish va to'lov xizmatlaridan, shuningdek, shunga o'xshash umumiy xizmatlardan foydalanadi

Kvant kompyuterlariga kirish uchun oson yo'lni taqdim etadi, odatda "to'lovni amalga oshirish" modeli bilan.

Kvant kompyuterlarining keng turiga kirish imkonini beradi, platformalarni taqqoslash va mavjud muammo uchun mos qurilmani aniqlash imkonini beradi.

Zaif tomonlari

Tarmoqning aylanma harakatlari va navbatga turishi tufayli kvant qurilmasiga kirishda yuqori kechikishga moyillik

Bu, o'z navbatida, real vaqt rejimida yoki past kechikish talablariga ega bo'lgan firibgarlikni aniqlash va yuqori chastotali savdo kabi ilovalarda muammolarni keltirib chiqaradi, bu esa bunday ilovalar amaliy bo'lmasligi mumkin.

 

 

Kelajakda bulut provayderlari o'zlarining ma'lumotlar markazlarida an'anaviy protsessor va GPU uskunalari bilan birga kvant qurilmalarini joylashtirishlari mumkin, shu bilan kechikish effektlarini minimallashtirish va firibgarlikni aniqlash va yuqori chastotali savdo kabi yuqori o'tkazuvchanlikdagi, past kechikishli kvant-klassik gibrid ilovalarning yangi sinfini yaratish imkonini beradi.

Dasturiy ta'minot/APIlar

API va unga bog'liq SDKlar odatda ochiq kodli bo'ladi va bir nechta istisnolardan tashqari, Python dasturlash tilida yozilgan.

Har bir yetakchi QC sotuvchisi odatda o'z qurilmalari yoki xizmatlarini qo'llab-quvvatlash uchun o'z API-larini taqdim etadi.

IonQ kabi ba'zi sotuvchilar o'zlarining mulkiy API-larini ishlab chiqish o'rniga boshqa sotuvchilarning API-larini qo'llab-quvvatlashga qaror qilishdi. Masalan, IonQ IBM va Cirqning Qiskit-ni qo'llab-quvvatlaydi. Bu yondashuv, masalan, IBM kvant mashinasi uchun Qiskit tilida yozilgan kvant algoritmlarini IonQ qurilmasida ishlash uchun osonroq portlash imkonini beradi.

Kelajakda yirik texnologiya/bulut provayderlari (IBM/Amazon/Microsoft) tomonidan taqdim etiladigan yoki majburiy bo'lgan oz sonli standartlashtirilgan APIlar paydo bo'ladi, ularga kvant hisoblash uskunalari sotuvchilari asos soladi.

Moliyaviy xizmatlar sohasidagi ilovalar

Moliya institutlari sifat nazorati sohasida yetakchilikka intilishlari bilan, ko'nikmalar va iste'dodlarni rivojlantirish va ularni saqlab qolish asosiy kurash maydoniga aylanishini aniqlashlari mumkin. Kvant texnologiyalarini qo'llash bo'yicha yetakchilar o'zlarining xavfsizligi, operatsion samaradorligi va mahsulot samaradorligi sezilarli darajada oshishini ko'rishadi, orqada qolganlar esa bizneslarining bu jihatlari yo'qolishini ko'rishadi.

Bugungi PKI asosidagi kriptotizimlarni kamida 10-12 yil davomida shifrini ochish uchun kvant kompyuterlari yetarlicha kuchli bo'lishini kutmasak-da, ularni kvant tahdidlariga qarshi turishga tayyorlash uchun jiddiy ishlar qilish kerak.

Boshqa sohalarda katalizator ta'siri

QC boshqa bir qator sohalarda potentsial ravishda o'zgartiruvchi qo'llanmalarga ega.

Giyohvand moddalarni kashf etish

Kvant hisoblash molekulalarni aniqlash va simulyatsiya qilishni tezlashtirish orqali dori vositalarini kashf etish jarayonini yaxshilaydi. Bu tajribalarni ho'l laboratoriyalardan kompyuterlarga ko'chiradi va tadqiqotchilar an'anaviy hisoblash o'nlab yillar davomida ishlab chiqishga imkon beradigan kimyoviy birikmalarga kirish imkoniyatiga ega bo'ladilar.

Kiberxavfsizlik

Kvant kompyuterlari bugungi tarmoqlarning xavfsizlik asosini — RSA ochiq kalit kriptografiyasini tahdid qilmoqda. Ammo kvant texnologiyasi yangi va undan ham xavfsizroq aloqa shakllarini yaratishga imkon beradi.

Logistika

QC ishlab chiqarish quvvati, geografiya va infratuzilma, ob-havo sharoitlari, marshrutizatsiya, temir yo'l va yuk tashish yo'llarining sig'imi va boshqa narsalar bilan bog'liq misli ko'rilmagan darajada murakkab ma'lumotlarni qayta ishlash orqali ta'minot zanjirlarimizni o'zgartiradi.

Avtomobilsozlik

QC avtonom avtomobillar uchun hayotiy ekotizimga yaqinlashadi. Kvant bilan ishlaydigan sun'iy intellekt va mashinani o'rganish zarur algoritmlarni o'rganish jarayonini tezlashtiradi. Tasvirlarni tasniflash va 3D obyektlarni ushlab turish ham QC dan foyda oladi.

Simulyatsiya

QC voqelikni modellashtirishda yangi imkoniyatlarni taqdim etadi. Biz ekstremal ob-havo hodisalarini oldindan ko'ra yaxshiroq bilamiz, iqlim o'zgarishini xaritada ko'ramiz, shaharsozlikning chiqindilarga qanday ta'sir qilishini bashorat qilamiz, aholining o'sishini bashorat qilamiz va boshqa ko'p narsalarni qilamiz.

QC obro'sini oshirib borishi bilan, biz tabiiyki, ko'plab sohalarda foydalanish holatlari paydo bo'lishini ko'ramiz.

YANGI TEXNOLOGIYALAR

Hozirda QCdagi o'yinchilar

Turli xil apparat sotuvchilari o'zlarining kvant kompyuterlarini yaratmoqdalar, ular turli xil asosiy fizik hodisalardan foydalanadilar va universal, darvozaga asoslangan yondashuvlarni va kvantni tavlash usulini qo'llaydilar. Bularga quyidagilar kiradi:

Odatda o'zining dasturiy ta'minot kutubxonalarini (masalan, IBM qiskit, D-Wave Ocean, Google Cirq) taklif qiladigan apparat sotuvchilaridan tashqari, bir qator sof o'yin kvant dasturiy ta'minot sotuvchilari ham mavjud. Ular orasida:

QC bozorining o'sishi

2016-yil

89 million dollar

global kvant hisoblash bozori

2025-yil

949 million dollar

global kvant hisoblash bozori (prognoz qilinmoqda)

2017 yildan 2025 yilgacha 30% yillik o'sish

Oldinda katta salohiyat

Kvant kompyuterlari muayyan vazifalar uchun mos keladi. Yaqin kelajakda kvant kompyuterlari murakkab sonli muammolarni yechishda muvaffaqiyat qozonadi va kvant-klassik gibrid tizimlarni yaratish uchun mavjud klassik kompyuterlar bilan birgalikda mavjud bo'ladi. Gibridlik muhim, chunki klassik hisoblash aniq natijalarni taqdim etsa, kvant kompyuterlari ehtimollik taqsimotida natijalarni taqdim etadi va klassik kompyuterlar yordamida aniqlab olishni talab qilishi mumkin bo'lgan javoblar to'plamini yaratadi. Kelajakda QC o'zgaruvchan bo'lish salohiyatiga ega. Bu muayyan sohalarda ulkan yutuqlarga erishadi, bizga inqilobiy yangi dorilarni yaratish, moliyaviy bozorlarimiz faoliyatini optimallashtirish, tarmoqlarimizni himoya qilish, Yer ekologiyasidan tortib global talab va taklif tarmoqlarigacha bo'lgan murakkab tizimlarni tushunish va boshqa ko'p narsalar uchun imkoniyat yaratadi. Uning maksimal ta'siriga kelsak, ufq ochiq. Ijtimoiy va iqtisodiy darajalarda sezilarli o'zgarishlar kutilmoqda: Klassik hisoblash singari, QC ham bizning hayot tarzimiz nuqtai nazaridan har tomonlama o'zgaruvchan bo'ladi. Lekin hikoya hali yozilishi kerak va keyingi bir necha o'n yilliklar bizning eng yaxshi ongimiz ushbu kuchli yangi vosita bilan nima qila olishining guvohi bo'ladi.