Квантовый компьютер

Квантовый компьютер — это особый компьютер, который вычисляет вещи по-другому. Вместо системы значений "0 или 1" он использует одновременно "0 и 1", таким образом процессы обработки информации происходят намного быстрее.

Квант — неделимая порция какой-либо величины в физике. Пример: фотон — это квант света, т.е. частица света, с которой проводятся расчёты.

Есть несколько квантовых компьютеров, к которым каждый из нас может получить доступ в облаке (например, на сайте ibm).

Для обработки информации / решения задач они используют квантовые алгоритмы, такие как алгоритм Шора. В принципе, на таком компьютере можно запустить все классические алгоритмы.

Алгоритм — небольшая процедура или формула решения повторяющейся проблемы, когда выполняется определённая последовательность действий.

Как квантовый компьютер работает?

До появления квантового компьютера все устройства хранили информацию в битах — это мельчайшая единица информации, которая принимает только два значения: 0 или 1.

Эту систему можно сравнить с электроприборами: когда выключено — 0, когда включено — 1. Когда имеются миллиарды таких наборов (выкл./вкл./выкл.), можно набрать данные: текст, изображения, и т.д. Например:

• цифра 7 — это 00110111
• восклицательный знак (!) — это 00100001

Делая какую-то операцию, обычное устройство ставит 0 и 1, записывает и стирает промежуточные вычисления, чтобы не занимать память, таким образом, вычисления требуют много времени. В то время как квантовый компьютер хранит и обрабатывает информацию с помощью кубитов.

Это будто состояние 0 и 1 (выкл. и вкл.) одновременно — включаются и выключаются, находятся в переходном состоянии или могут считаться включёнными и выключенными одновременно. Это будто вы включили лампу, но она мигает: и то, и другое, или оба одновременно.

Некоторые результаты тестирования в Китае в 2020 году показали, что квантовый компьютер может выполнять задачи в 100 триллионов раз быстрее, чем классический суперкомпьютер.

Что такое кубит?

Кубит (или квантовый бит) — это квантово-механический аналог привычного нам бита. В классических вычислениях информация кодируется в битах (каждый бит может иметь значение 0 или 1), а в квантовых вычислениях информация кодируется в кубитах (как ∣0⟩ и ∣1⟩).

Эта двухуровневая квантовая система с двумя базовыми состояниями кубита, которые обычно записываются как ∣0⟩ и ∣1⟩. Кубит имеет способность находиться в состоянии суперпозиции. Это означает, что кубит может одновременно находиться в состоянии ∣0⟩, ∣1⟩ или в линейной комбинации обоих состояний.

Возможное применение квантового компьютера

Этот вид компьютеров в основном применяется в следующих областях:

• Искусственный интеллект (ИИ) и машинное обучение (machine learning, ML),
• Разработка и создание лекарственных препаратов,
• Молекулярное моделирование (ММ),
• Кибербезопасность и криптография,
• Финансовое моделирование,
• Физика элементарных частиц (ФЭЧ),
• Вычислительная химия,
• Оптимизация логистики,
• Прогноз погоды.

Узнайте также про Антикитерский механизм, Искусственный интеллект, Алгоритм Дейкстры и Фотон.