Kvantedatabehandling bruker kvantemekanikk til å behandle enorme mengder informasjon med en utrolig høy hastighet. Det tar noen minutter til flere timer for en kvantedatamaskin å løse et problem som en stasjonær datamaskin vil ta år eller tiår å løse.
Quantum computing setter scenen for en ny generasjon superdatamaskiner. Disse kvantedatamaskinene forventes å overgå eksisterende teknologi på områder som modellering, logistikk, trendanalyse, kryptografi og kunstig intelligens.
Quantum Computing Explained
Ideen om kvanteberegning ble først tenkt ut på begynnelsen av 1980-tallet av Richard Feynman og Yuri Manin. Feynman og Manin mente at en kvantedatamaskin kunne simulere data på måter som en stasjonær datamaskin ikke kunne. Det var først på slutten av 1990-tallet at forskere bygde de første kvantedatamaskinene.
Kvanteberegning bruker kvantemekanikk, som superposisjon og sammenfiltring, for å utføre beregninger. Kvantemekanikk er en gren av fysikk som studerer ting som er ekstremt små, isolerte eller kalde.
Den primære prosesseringsenheten for kvanteberegning er kvantebiter eller kvantebiter. Qubits lages i kvantedatamaskinen ved å bruke de kvantemekaniske egenskapene til enkeltatomer, subatomære partikler eller superledende elektriske kretser.
Qubits ligner på bitene som brukes av stasjonære datamaskiner ved at qubits kan være i en 1 eller 0 kvantetilstand. Qubits er forskjellige ved at de også kan være i en superposisjon av 1- og 0-tilstandene, noe som betyr at qubits kan representere både 1 og 0 samtidig.
Når qubits er i superposisjon, legges to kvantetilstander sammen og resulterer i en annen kvantetilstand. Superposisjon betyr at flere beregninger behandles samtidig. Så to qubits kan representere fire tall samtidig. Vanlige datamaskiner behandler biter i bare én av to mulige tilstander, 1 eller 0, og beregninger behandles én om gangen.
Kvantedatamaskiner bruker også entanglement for å behandle qubits. Når en qubit er entangled, avhenger tilstanden til den qubiten av tilstanden til en annen qubit, slik at en qubit avslører tilstanden til dets uobserverte par.
Quantum-prosessoren er kjernen i datamaskinen
Å lage qubits er en vanskelig oppgave. Det krever et frossent miljø for å opprettholde en qubit over lengre tid. De superledende materialene som kreves for å lage en qubit må avkjøles til absolutt null (ca. minus 272 Celsius). Qubitene må også skjermes fra bakgrunnsstøy for å redusere feil i beregningen.
Innsiden av en kvantedatamaskin ser ut som en fancy gulllysekrone. Og, ja, den er laget med ekte gull. Det er et fortynningskjøleskap som kjøler ned kvantebrikkene slik at datamaskinen kan lage superposisjoner og vikle inn qubits uten å miste noe av informasjonen.
Kvantedatamaskinen lager disse qubitene fra ethvert materiale som viser kvantemekaniske egenskaper som kan kontrolleres. Kvantedatabehandlingsprosjekter skaper qubits på forskjellige måter, for eksempel sløyfe av superledende ledning, spinnende elektroner og fange ioner eller pulser av fotoner. Disse qubitene eksisterer bare i temperaturer under frysepunktet opprettet i fortynningskjøleskapet.
The Quantum Computing Programming Language
Kvantealgoritmer analyserer dataene og tilbyr simuleringer basert på dataene. Disse algoritmene er skrevet i et kvantefokusert programmeringsspråk. Flere kvantespråk er utviklet av forskere og teknologiselskaper.
Dette er noen av programmeringsspråkene for kvanteberegning:
- QISKit: Quantum Information Software Kit fra IBM er et fullstack-bibliotek for å skrive, simulere og kjøre kvanteprogrammer.
- Q: Programmeringsspråket inkludert i Microsoft Quantum Development Kit. Utviklingssettet inkluderer en kvantesimulator og algoritmebiblioteker.
- Cirq: Et kvantespråk utviklet av Google som bruker et pythonbibliotek til å skrive kretser og kjøre disse kretsene i kvantedatamaskiner og simulatorer.
- Forest: Et utviklermiljø laget av Rigetti Computing som skriver og kjører kvanteprogrammer.
Uses for Quantum Computing
Ekte kvantedatamaskiner har blitt tilgjengelig de siste årene, og bare noen få store teknologiselskaper har en kvantedatamaskin. Noen av disse teknologiselskapene inkluderer Google, IBM, Intel og Microsoft. Disse teknologilederne samarbeider med produsenter, finansielle tjenestefirmaer og bioteknologifirmaer for å løse en rekke problemer.
Tilgjengeligheten av kvantedatatjenester og fremskrittet innen datakraft gir forskere og forskere nye verktøy for å finne løsninger på problemer som tidligere var umulige å løse. Kvantedatabehandling har redusert mengden tid og ressurser det tar å analysere utrolige mengder data, lage simuleringer av disse dataene, utvikle løsninger og lage nye teknologier som løser problemer.
Bedrifter og industri bruker kvantedatabehandling for å utforske nye måter å drive forretning på. Her er noen av kvanteberegningsprosjektene som kan være til nytte for næringslivet og samfunnet:
- Luftfartsindustrien bruker kvantedatabehandling for å undersøke bedre måter å administrere flytrafikken på.
- Finans- og verdipapirforetak håper å bruke kvantedatabehandling for å analysere risikoen og avkastningen av finansielle investeringer, optimalisere porteføljestrategier og avgjøre økonomiske overganger.
- Produsenter tar i bruk kvantedatabehandling for å forbedre forsyningskjedene sine, skape effektivitet i produksjonsprosessene og utvikle nye produkter.
- Bioteknologifirmaer utforsker måter å akselerere oppdagelsen av nye medisiner på.
Finn en kvantedatamaskin og eksperiment med kvanteberegning
Noen informatikere utvikler metoder for å simulere kvanteberegning på en stasjonær datamaskin.
Mange av verdens største teknologiselskaper tilbyr kvantetjenester. Når de er sammenkoblet med stasjonære datamaskiner og systemer, skaper disse kvantetjenestene et miljø der kvantebehandling – med stasjonære datamaskiner – løser komplekse problemer.
- IBM tilbyr IBM Q-miljøet med tilgang til flere ekte kvantedatamaskiner og simuleringer du kan bruke gjennom skyen.
- Alibaba Cloud tilbyr en skyplattform for kvantedatabehandling der du kan kjøre og teste spesialbygde kvantekoder.
- Microsoft tilbyr et kvanteutviklingssett som inkluderer programmeringsspråket Q, kvantesimulatorer og utviklingsbiblioteker med klar-til-bruk kode.
- Rigetti har en quantum-first skyplattform som for øyeblikket er i beta. Plattformen deres er forhåndskonfigurert med Forest SDK.
Quantum Computing News in the Future
Drømmen er at kvantedatamaskiner vil løse problemer som for øyeblikket er for store og for komplekse til å løse med standard maskinvare, spesielt for miljømodellering og sykdomsbekjempelse.
Stasjonære datamaskiner har ikke plass til å kjøre disse komplekse beregningene og utføre denne utrolige mengden dataanalyse. Quantum computing tar de største store datainnsamlingene og behandler denne informasjonen på en brøkdel av tiden det vil ta på en stasjonær datamaskin. Data som vil ta en stasjonær datamaskin flere år å behandle og analysere, tar bare noen få dager for en kvantedatamaskin.
Kvantedatabehandling er fortsatt i sin spede begynnelse, men den har potensial til å løse de mest komplekse verdensproblemene med lysets hastighet. Det er noens gjetning om hvor langt kvantedatabehandling vil vokse og tilgjengeligheten av kvantedatamaskiner.
