Artėja keistais kvantinės fizikos principais sukurtų kompiuterių metas, o kai galiausiai ateis, jie pakeis viską. Ericas Ladizinsky'is, kvantinių kompiuterių kompanijos „D-Wave“ vienas iš įkūrėjų, pateikė puikų paaiškinimą, kuo skiriasi paprastas kompiuteris ir kvantinis kompiuteris WIRED 2014 konferencijoje Londone.
Artėja keistais kvantinės fizikos principais sukurtų kompiuterių metas, o kai galiausiai ateis, jie pakeis viską.
Ericas Ladizinsky'is, kvantinių kompiuterių kompanijos „D-Wave“ vienas iš įkūrėjų, pateikė puikų paaiškinimą, kuo skiriasi paprastas kompiuteris ir kvantinis kompiuteris WIRED 2014 konferencijoje Londone:
Įsivaizduokite, turite per penkias minutes surasti „X“, parašytą knygoje iš Kongreso bibliotekos (ten saugoma 50 milijonų knygų). Tai būtų neįmanoma. Bet jei būtumėte 50 milijonų paralelių visatų ir kiekvienoje galėtumėte ieškoti skirtingų knygų puslapiuose, vienoje iš tų visatų ieškomą dalyką rastumėte.
Įprastinių kompiuterių atveju, tai atrodytų it pametęs galvą bėgiotumėte, stengdamasis peržiūrėti kuo daugiau knygų per penkias minutes. Kvantinio kompiuterio atveju, jūs pasidalinate į 50 milijonų ir neskubomis kiekvienoje realybėje peržvelgiate po vieną knygą.
Jei taip skamba kaip magija ar raganavimas, nesate vieni. Kartą fizikas Richardas Feynmanas yra pasakęs: „Jei manote suprantantis kvantų fiziką, tai kvantų fizikos nesuprantate“.
Bendrai paėmus, įprastiniai kompiuteriai vienu metu turi spręsti po vieną problemą, o kvantiniai gali spręsti daug problemų tu pačiu metu. Toks greitis gali iš pagrindų pakeisti ištisas pramonės šakas.
Ir svarbu ne vien greitis. Kvantiniai kompiuteriai gali spręsti tokio tipo sudėtingas problemas, kurias paprasti kompiuteriai sprendžia išties prastai. Problemų sprendimu jie labiau primena žmones, tad jie gali geriau atlikti žmogiškas užduotis.
Žinia, dar reikia išspręsti daug techninių problemų, kol turėsime visiškai funkcionuojančius kvantinius kompiuterius, bet štai keletas labiausiai kvapą gniaužiančių būsimų kvantinių kompiuterių pritaikymų:
Itin tikslios orų prognozės
Net turint puikiausius temperatūrą ir slėgį matuojančius instrumentus, yra pernelyg daug būdų, kaip gali pasireikšti konkretus orų išsidėstymas, ir dabar orų prognozės yra, geriausiu atveju, informuoti spėjimai, sako Ray'us Johnsonas, startuoliškos kvantinių skaičiavimų kompanijos „QxBranch“ tarybos narys.
Kvantiniai kompiuteriai visus šiuos duomenis išanalizuoti ir geriau nurodyti, kur ir kada bus blogas oras. Galima būtų iš anksto įspėti apie ateinančias audras, uraganus, o atsiradęs papildomas laikas pasiruošimui leistų išgelbėti gyvybes. „Google“ inžinerijos direktorius Hartmutas Nevenas, taip pat pabrėžė, kad kvantiniai kompiuteriai galėtų padėti sukurti geresnius klimato modelius, leidžiančius geriau įvertinti žmonių įtaką aplinkai. Šie modeliai padeda įvertinti būsimą šilimą, ir nustatyti, kokių veiksmų turime imtis, kad išvengtume katastrofų. Žinojimas daugiau apie mūsų klimato vystymąsi ilgainiui mums tik padės.
Efektyvesnis vaistų atradimas
Chemikai turi išbandyti krūvas skirtingų molekulių kombinacijų, kol randa turinčią reikiamas savybes, kovojančią su liga. Šis procesas gali trukti keletą metų ir kainuoja milijonus dolerių. Chemikai daug šių kombinacijų pateikia kitos fazės tyrimams iš kurių dauguma nepasitvirtina.
Kvantiniai kompiuteriai taip pat galėtų žmonių genus nuskaityti ir išanalizuoti daug sparčiau už dabar naudojamus metodus, ir tai galėtų padaryti personalizuotus vaistus ir gydymą labiau prieinamą.
Dabar daug vaistų nepatenka į rinką, nes, tarkime, maža žmonių grupė į juos reaguoja itin prastai. Tokiu atveju vaistas dažniausiai atmetamas, nors kai kuriems žmonėms jis galėtų padėti. Su personalizuota genų analize ir geresniu vaistų supratimu, galėtume blogą poveikį numatyti.
Galas transporto kamščių košmarams
Jei planuojate kelionę automobiliu su 10 skirtingų sustojimų, įprastas kompiuteris turėtų suskaičiuoti visų įmanomų kelių ilgius ir tada rasti geriausią. Kvantinis kompiuteris galėtų paskaičiuoti visų kelių ilgius tuo pačiu metu ir optimalų rasti daug sparčiau – būtent tokių skaičiavimų reikia lėktuvų nukreipimui ar transporto analizei.
Sudėtinga oro transporto analizė kvantiniu kompiuteriu reikštų efektyvesnį skrydžių planavimą ir sutrumpintų keliones, kadangi galėtume geriau išvengti susigrūdimų oro uostuose kylant ir leidžiantis.
Tokia pati technika galėtų būti panaudota greitkeliuose ir painiose miesto gatvėse, kad būtų išvengta spūsčių.
Kariuomenės ir gynybos stiprinimas
Palydovai nuolat pateikia krūvas vaizdų ir video informacijos. Tai daug daugiau , nei kas nors galėtų peržvelgti, tad didelė dalis tiesiog numetama, sako Johnsonas. Tuose atmestuose duomenyse gali būti kritiškai svarbių žvalgybos duomenų.
Kvantinis kompiuteris šį duomenų kalną galėtų peržiūrėti daug greičiau, nei įprastas kompiuteris ar žmogus, ir galėtų nurodyti vaizdus, kuriuos turėtume ištirti nuodugniau, o į kuriuos galime nekreipi dėmesio ir ramia širdimi išmesti.
Įprastiniai kompiuteriai „Where's Waldo?“ tipo užduotis atlieka blogai, bet, kvantiniai kompiuteriai, kaip ir žmonės, išties gerai atrenka tam tikras detales sujauktame fone.
Saugi, šifruota komunikacija
Nuolatos naudojame šifravimą, žinome tai, ar ne. Remiamės ja, prisijungdami prie elektroninio pašto ar naudodamiesi kredito kortele, kai perkame ką nors internetu.
Šifravimą galima padaryti dar saugesnį, naudojant tą pačią keistąją kvantų mechanikos savybę, dėl kurios kvantiniai kompiuteriai veikia.
Ši itin saugi komunikacija vadinama kvantinio rakto pasidalinimas ir ja naudojantis, galima kam nors nusiųsti žinutę, kurią jie gali perskaityti tik turėdami jos dešifravimo raktą. Jei raktą perima dar kas nors, dėl keistosios kvantų mechanikos magijos, šis tampa beverčiu ir žinutės negali perskaityti niekas. Preliminari tokios komunikacijos versija naudojama keliose vietose Europoje, bet JAV ji iš esmės neprieinama.
Bet nors tas pats kvantinės kompiuterijos principas gali komunikacijas padaryti saugesnes, kvantiniai kompiuteriai gali smarkiai supaprastinti dabar naudojamų šifruotų žinučių dešifravimą. Kai kuriuose Edwardo Snowdeno nutekintuose dokumentuose iš NSA aprašomi agentūros planai kurti kvantinį kompiuterį būtent tokiai užduočiai.
Jei į programišiaus (ar landžios vyriausybės) rankas kada pakliūtų veikiantis kvantinis kompiuteris, senesniems užšifruotiems duomenims, pavyzdžiui, bankuose ir vyriausybėse, kiltų rimtas pavojus.
Spartesnis kosmoso tyrinėjimas
Naudodami Kepler kosminį teleskopą, astronomai atrado beveik 2000 patvirtintų planetų už mūsų sistemos ribų.
Kepleris planetų ieško, žvelgdamas į tolimas žvaigždes ir laukdamas, kol egzoplaneta praskries prieš žvaigždės diską. Kai taip nutinka, egzoplaneta meta šešėlį. kurį astronomai gali ištirti ir spėti, ar jų atmosfera tinkama gyvybei.
Kvantinis kompiuteris galėtų peržiūrėti daugiau duomenų teleskopais padarytuose vaizduose, pastebėti daugiau egzoplanetų, ir padėtų greitai nustatyti kuriose didžiausia tikimybė būti gyvybei. Jis netgi galėtų rasti Keplerio nepastebėtas egzoplanetas iš senesnių atvaizdų.
Mašinų mokymasis ir automatika
Tai skamba itin kraupiai, bet kaip ir žmonės, kvantiniai kompiuteriai gali mokytis iš patirties. Jie gali taisyti savo klaidas. Pavyzdžiui, kvantinis kompiuteris galėtų pakeisti vis stringančios programos kodą.
Tokia koncepcija vadinama mašininiu mokymusi – panašiai kinta „Facebook“ jums pateikiamos naujienos, priklausomai nuo to, kurias naujienas „palaikinat“, tik daug sudėtingiau.
Kvantinių kompiuterių mašininis mokymasis gali padėti mums daugelį užduočių atlikti daug sparčiau ir efektyviau, o nuolatinis kvantinių kompiuterių vykdomas kvantinių kompiuterių tobulinimas gali sukurti tokius dalykus, kaip pusiau automatiniai transporto aparatai ir kitos pažangios dirbtinio intelekto formos.
Visos šios perspektyvos jaudina, bet dar laukia tolimas kelias, kol jos taps realybe. Tačiau kvantiniais kompiuteriais domisi tokie technologijų gigantai, kaip Google ir NASA, o kai tokios didelės kompanijos užsiima nauja technologija, didelių proveržių paprastai ilgai laukti netenka.
Johnsonas mano, kad esame pačiame šios srities didžiųjų atradimų paribyje, bet iš tiesų jie tik pati pradžia.
„Manau jie turės daug daug pritaikymų, apie kuriuos dabar net negalvojame“, – svarsto Johnsonas.
