Quantum computing använder kvantmekanik för att bearbeta enorma mängder information med en otroligt hög hastighet. Det tar några minuter till flera timmar för en kvantdator att lösa ett problem som en stationär dator skulle ta år eller decennier att lösa. Quantum computing sätter scenen för en ny generation superdatorer. Dessa kvantdatorer förväntas överträffa befintlig teknik inom områden som modellering, logistik, trendanalys, kryptografi och artificiell intelligens.
Quantum Computing Explained
Idén med kvantberäkning föreställdes först i början av 1980-talet av Richard Feynman och Yuri Manin. Feynman och Manin trodde att en kvantdator kunde simulera data på ett sätt som en stationär dator inte kunde. Det var inte förrän i slutet av 1990-talet som forskare byggde de första kvantdatorerna. Kvantberäkningar använder kvantmekanik, såsom superposition och intrassling, för att utföra beräkningar. Kvantmekanik är en gren av fysiken som studerar saker som är extremt små, isolerade eller kalla. Den primära bearbetningsenheten för kvantberäkning är kvantbitar eller kvantbitar. Qubits skapas i kvantdatorn med hjälp av de kvantmekaniska egenskaperna hos enskilda atomer, subatomära partiklar eller supraledande elektriska kretsar. Qubits liknar de bitar som används av stationära datorer genom att qubits kan vara i ett 1 eller 0 kvanttillstånd. Qubits skiljer sig genom att de också kan vara i en överlagring av 1- och 0-tillstånden, vilket innebär att qubits kan representera både 1 och 0 samtidigt. När qubits är i superposition adderas två kvanttillstånd och resulterar i ett annat kvanttillstånd. Superposition innebär att flera beräkningar bearbetas samtidigt. Så två qubits kan representera fyra tal samtidigt. Vanliga datorer bearbetar bitar i endast ett av två möjliga tillstånd, 1 eller 0, och beräkningar bearbetas en i taget.
Kvantdatorer använder också entanglement för att bearbeta qubits. När en qubit är intrasslad beror tillståndet för den qubit på tillståndet för en annan qubit så att en qubit avslöjar tillståndet för dess oobserverade par.
Quantum-processorn är kärnan i datorn
Att skapa qubits är en svår uppgift. Det krävs en frusen miljö för att bibehålla en qubit under en längre tid. De supraledande materialen som krävs för att skapa en qubit måste kylas till absolut noll (cirka minus 272 Celsius). Qubits måste också vara avskärmade från bakgrundsbrus för att minska fel i beräkningen. Insidan av en kvantdator ser ut som en fin guldkrona. Och ja, den är gjord av äkta guld. Det är ett utspädningskylskåp som kyler kvantchipsen så att datorn kan skapa superpositioner och trassla in qubits utan att förlora någon av informationen.
Kvantdatorn gör dessa qubits från vilket material som helst som visar kvantmekaniska egenskaper som kan kontrolleras. Kvantberäkningsprojekt skapar qubits på olika sätt, som att slingra supraledande tråd, snurra elektroner och fånga joner eller pulser av fotoner. Dessa qubits existerar endast i de underfrysningstemperaturer som skapas i utspädningskylskåpet.
Quantum Computing Programming Language
Kvantalgoritmer analyserar data och erbjuder simuleringar baserat på data. Dessa algoritmer är skrivna i ett kvantfokuserat programmeringsspråk. Flera kvantspråk har utvecklats av forskare och teknikföretag. Det här är några av programmeringsspråken för kvantberäkningar:
- QISKit: Quantum Information Software Kit från IBM är ett fullstack-bibliotek för att skriva, simulera och köra kvantprogram.
- Q#: Programmeringsspråket som ingår i Microsoft Quantum Development Kit. Utvecklingssatsen innehåller en kvantsimulator och algoritmbibliotek.
- Cirq: Ett kvantspråk utvecklat av Google som använder ett pytonbibliotek för att skriva kretsar och köra dessa kretsar i kvantdatorer och simulatorer.
- Skog: En utvecklarmiljö skapad av Rigetti Computing som skriver och kör kvantprogram.
Används för Quantum Computing
Riktiga kvantdatorer har blivit tillgängliga under de senaste åren, och endast ett fåtal stora teknikföretag har en kvantdator. Några av dessa teknikföretag inkluderar Google, IBM, Intel och Microsoft. Dessa teknikledare arbetar med tillverkare, finansiella tjänsteföretag och bioteknikföretag för att lösa en mängd olika problem.
Tillgången till kvantdatortjänster och framstegen inom datorkraft ger forskare och forskare nya verktyg för att hitta lösningar på problem som tidigare var omöjliga att lösa. Quantum computing har minskat mängden tid och resurser det tar att analysera otroliga mängder data, skapa simuleringar om dessa data, utveckla lösningar och skapa ny teknik som löser problem. Företag och industri använder kvantdatorer för att utforska nya sätt att göra affärer. Här är några av de kvantberäkningsprojekt som kan gynna företag och samhälle:
- Flygindustrin använder kvantdatorer för att undersöka bättre sätt att hantera flygtrafiken.
- Finans- och investeringsföretag hoppas kunna använda kvantdatorer för att analysera risken och avkastningen på finansiella investeringar, optimera portföljstrategier och lösa finansiella övergångar.
- Tillverkare använder kvantdatorer för att förbättra sina leveranskedjor, skapa effektivitet i sina tillverkningsprocesser och utveckla nya produkter.
- Bioteknikföretag undersöker sätt att påskynda upptäckten av nya läkemedel.
Hitta en Quantum Computer och experimentera med Quantum Computing
Vissa datavetare utvecklar metoder för att simulera kvantberäkning på en stationär dator. Många av världens största teknikföretag erbjuder kvanttjänster. När de paras ihop med stationära datorer och system skapar dessa kvanttjänster en miljö där kvantbehandling – med stationära datorer – löser komplexa problem.
- IBM erbjuder IBM Q-miljön med tillgång till flera riktiga kvantdatorer och simuleringar som du kan använda via molnet.
- Alibaba Cloud erbjuder en quantum computing molnplattform där du kan köra och testa specialbyggda kvantkoder.
- Microsoft erbjuder ett kvantutvecklingspaket som innehåller programmeringsspråket Q#, kvantsimulatorer och utvecklingsbibliotek med färdig-att-använda kod.
- Rigetti har en quantum-first molnplattform som för närvarande är i beta. Deras plattform är förkonfigurerad med deras Forest SDK.
Quantum Computing News in the Future
Drömmen är att kvantdatorer ska lösa problem som för närvarande är för stora och för komplexa för att lösas med standardhårdvara – särskilt för miljömodellering och sjukdomsinneslutning. Stationära datorer har inte utrymme att köra dessa komplexa beräkningar och utföra denna otroliga mängd dataanalys. Quantum computing tar de största stora datainsamlingarna och bearbetar denna information på en bråkdel av den tid det skulle ta på en stationär dator. Data som skulle ta en stationär dator flera år att bearbeta och analysera tar bara några dagar för en kvantdator. Kvantberäkning är fortfarande i sin linda, men den har potential att lösa de mest komplexa världsproblemen med ljusets hastighet. Det är någons gissning om hur långt kvantdatorer kommer att växa och till tillgängligheten av kvantdatorer.