Tietokoneita ajateltiin aikoinaan tekniikoina, jotka ovat vain tutkijoiden ja koulutettujen ammattilaisten käytettävissä. Tietojenkäsittelyn historiassa tapahtui kuitenkin seisminen muutos 1970-luvun jälkipuoliskolla. Autoista ei ole vain tullut paljon pienempiä ja tehokkaampia. Ne tulivat kaikkien käytettäväksi omassa kodissaan.
Tietoja kvanttilaskennasta
Kvanttilaskenta on vasta alkuvaiheessa. Ne sisältävät joitakin 1900-luvun fysiikan kaikkein haastavimpia käsitteitä. Yhdysvalloissa Google, IBM ja NASA kokeilevat ja rakentavat ensimmäisiä kvantitietokoneita. Kiina sijoittaa aktiivisesti myös näihin tekniikoihin.
Uskotko, että tapahtuu samanlainen muutos kohti kvanttilaskentaa, kun harrastajat voivat leikkiä koteillaan tietokoneilla kotonaan? Tämä tapahtuu paljon aikaisemmin kuin useimmat ihmiset ajattelevat.
Henkilökohtaisten tietokoneiden nousu
Mainosvideo:
Ensimmäiset tietokoneet luotiin 1950-luvulla. Ne olivat suuria, usein epäluotettavia eikä nykypäivän standardien mukaan erityisen voimakkaita. Ne on suunniteltu vastaamaan maailmanlaajuisiin haasteisiin, kuten ensimmäisen vetypommin kehittäminen.
Vuonna 1964 John Kemeny ja Thomas Kurtz kirjoittivat PERUSKielen. Heidän tavoitteenaan oli luoda yksinkertainen ohjelmointikieli, joka olisi helppo oppia ja antaa kenelle tahansa mahdollisuuden käyttää sitä. Tämän seurauksena ohjelmointi on lakannut olemasta yksinomaan korkeasti päteville tutkijoille. Kuka tahansa voisi oppia tämän halutessaan.
Tämä muutos laskennassa jatkui, kun ensimmäiset kotitietokoneet ilmestyivät 1970-luvun lopulla. Harrastajat voivat nyt ostaa oman tietokoneen ja ohjelmoida sen kotona. Vanhemmat ja lapset voivat opiskella yhdessä. Nämä varhaiset tietokoneet eivät olleet kovin tehokkaita ja voit tehdä rajoitetun määrän asioita heidän kanssaan, mutta he olivat erittäin innostuneita.
Kun ihmiset leikkiivät autoillaan, he tajusivat tarvitsevansa enemmän ominaisuuksia ja enemmän voimaa. Microsoftin ja Applen perustajat tajusivat, että kotitietokoneella oli valtava tulevaisuus.
Lähes jokaisella amerikkalaisella on nyt kannettava tietokone, tabletti tai älypuhelin - tai kaikki kolme. He viettävät paljon aikaa sosiaaliseen mediaan, verkkokauppaan ja Internet-hakuihin.
Mikään näistä toiminnoista ei ollut olemassa 1950-luvulla. Kukaan ei tuolloin voinut ajatella sellaista. Niiden kehittäminen on johtanut uuden työkalun, tietokoneen, saatavuuteen.
Syötä kvantti
Klassiset laskelmat, kuten kodisi tietokone, perustuvat ihmisen laskelmiin. Kone jakaa kaiken laskennan perusosiin: binaarinumeroihin 0 ja 1. Tietokoneet käyttävät nykyään binaarinumeroita bittejä - koska ne on helppo toteuttaa kytkimillä, jotka ovat joko päällä tai pois päältä.
Kvanttilaskenta perustuu siihen, kuinka maailmankaikkeus laskee. Se sisältää kaiken klassisen laskennan, mutta sisältää myös useita uusia käsitteitä, jotka ovat tulleet kvanttifysiikasta.
Bittien sijasta kvanttilaskennassa on kvittejä. Kvanttilaskennan tulos on kuitenkin täsmälleen sama kuin klassisessa laskennassa: bittien lukumäärä.
Ero on siinä, että tämän prosessin aikana tietokone voi manipuloida kvittejä bittejä käyttämällä. Se voi laittaa kvitejä valtioiden superpositioon ja sekoittaa ne.
Mitä tämä tarkoittaa?
Sekä superpositiointi että takertuminen ovat kvantimekaniikan käsitteitä, joita useimmat ihmiset eivät tunne. Superpositio tarkoittaa karkeasti sitä, että qubit voi olla joko 0: n tai 1: n yhdistelmä. Integroituminen tarkoittaa kvittien välistä korrelaatiota. Kun mitataan yksi takertuneiden kvbittiparien joukosta, se näyttää heti, minkä arvon saat, kun mitat sen kumppania. Tätä Einstein kutsui "kauhistuttavaksi toiminnaksi etäältä".
Kvanttimekaniikan täydelliseksi kuvaamiseksi vaadittava matematiikka on pelottavaa, ja tätä taustaa tarvitaan kvantitietokoneen suunnitteluun ja rakentamiseen. Mutta kvanttilaskennan ymmärtämiseen ja kvanttipiirien suunnittelun aloittamiseen tarvittava matematiikka on paljon yksinkertaisempaa: lukion algebra on pohjimmiltaan ainoa vaatimus.
Kvanttilaskenta ja sinä
Kvantitietokoneet ovat vasta alkamassa. Ne ovat suuria koneita, jotka ovat epäluotettavia eikä vielä kovin tehokkaita.
Mihin niitä käytetään? Kvanttilaskennalla on tärkeitä sovelluksia salaustekniikassa. Vuonna 1994 MIT-matemaatikko Peter Shore osoitti, että jos kvantitietokoneet rakennettaisiin, ne voisivat rikkoa nykyaikaisia salausmenetelmiä Internetissä. Tämä rohkaisi luomaan uusia tapoja salata tieto, joka kestäisi kvanttihyökkäyksiä, aloittaen postkvanttisen kryptografian aikakaudella.
Näyttää myös siltä, että kvanttilaskennalla on todennäköisesti suuri vaikutus kemiaan. On tiettyjä reaktioita, joita klassisten tietokoneiden on vaikea simuloida. Kemistit toivovat kvantitietokoneiden olevan tehokkaita näiden ilmiöiden simuloinnissa.
Mutta meidän mielestämme ei ole järkevää spekuloida siitä, mitä suurin osa ihmisistä tekee kvanttitietokoneilla 50 vuodessa. Milloin kvantitietokoneista tulee jotain, jota jokainen voi käyttää kotonaan?
Vastaus on, että tämä on jo mahdollista. Vuonna 2016 IBM lisäsi pienen kvantitietokoneen pilveen. Kuka tahansa, jolla on Internet-yhteys, voi suunnitella ja ajaa omia kvanttipiirejään tällä tietokoneella. Kvanttipiiri on sarja perusvaiheita, jotka suorittavat laskelman.
IBM: n kvantitietokonetta ei ole vain ilmainen käyttää, mutta siinä on myös yksinkertainen graafinen käyttöliittymä. Se on pieni, ei kovin tehokas kone, samanlainen kuin ensimmäiset kotitietokoneet, mutta harrastajat voivat jo alkaa pelata. Muutos on alkanut.
johtopäätös
Ihmiset ovat siirtymässä aikakauteen, jossa kvantitietojen oppiminen ja kokeilu on helppoa. Kuten ensimmäisten kotitietokoneiden kohdalla, voi olla epäselvää, onko kvantitietokoneilla ratkaistavia ongelmia, mutta kun ihmiset leikkivät, luulen todennäköisesti, että he tarvitsevat enemmän virtaa ja enemmän ominaisuuksia. Tämä avaa tien uusille sovelluksille, joista emme ole vielä tietoisia.
Kirjoittaja: Angelina Simakova
Ja nyt tarjoamme lukea vaihtoehtoisen kuvan kvanttitietokoneista: "Kvanttitietokone? Ei tänään! Ei huomenna! Älä koskaan …?"