Kvantecomputere bruger kvantemekanik til at behandle enorme mængder information med en utrolig høj hastighed. Det tager et par minutter til flere timer for en kvantecomputer at løse et problem, som en stationær computer ville tage år eller årtier at løse.
Quantum computing sætter scenen for en ny generation af supercomputere. Disse kvantecomputere forventes at overgå eksisterende teknologi inden for områder som modellering, logistik, trendanalyse, kryptografi og kunstig intelligens.
Quantum Computing Explained
Ideen om kvanteberegning blev først tænkt i begyndelsen af 1980'erne af Richard Feynman og Yuri Manin. Feynman og Manin mente, at en kvantecomputer kunne simulere data på måder, som en stationær computer ikke kunne. Det var først i slutningen af 1990'erne, at forskere byggede de første kvantecomputere.
Kvanteberegning bruger kvantemekanik, såsom superposition og sammenfiltring, til at udføre beregninger. Kvantemekanik er en gren af fysikken, der studerer ting, der er ekstremt små, isolerede eller kolde.
Den primære behandlingsenhed for kvanteberegning er kvantebits eller qubits. Qubits skabes i kvantecomputeren ved hjælp af de kvantemekaniske egenskaber af enkelte atomer, subatomare partikler eller superledende elektriske kredsløb.
Qubits ligner de bits, der bruges af stationære computere, idet qubits kan være i en 1 eller 0 kvantetilstand. Qubits adskiller sig ved, at de også kan være i en superposition af 1- og 0-tilstandene, hvilket betyder, at qubits kan repræsentere både 1 og 0 samtidigt.
Når qubits er i superposition, lægges to kvantetilstande sammen og resulterer i en anden kvantetilstand. Superposition betyder, at flere beregninger behandles samtidigt. Så to qubits kan repræsentere fire tal samtidigt. Almindelige computere behandler bits i kun én af to mulige tilstande, 1 eller 0, og beregninger behandles én ad gangen.
Kvantecomputere bruger også entanglement til at behandle qubits. Når en qubit er sammenfiltret, afhænger denne qubits tilstand af en anden qubits tilstand, således at en qubit afslører tilstanden af dets uobserverede par.
Kvanteprocessoren er kernen i computeren
Oprettelse af qubits er en vanskelig opgave. Det kræver et frossent miljø at opretholde en qubit i længere tid. De superledende materialer, der kræves for at skabe en qubit, skal afkøles til det absolutte nulpunkt (ca. minus 272 Celsius). Qubits skal også være afskærmet mod baggrundsstøj for at reducere fejl i beregningen.
Indersiden af en kvantecomputer ligner en fancy guldlysekrone. Og ja, den er lavet med ægte guld. Det er et fortyndingskøleskab, der køler kvantechipsene, så computeren kan skabe superpositioner og sammenfiltre qubits uden at miste noget af informationen.
Kvantecomputeren laver disse qubits af ethvert materiale, der viser kvantemekaniske egenskaber, der kan kontrolleres. Kvanteberegningsprojekter skaber qubits på forskellige måder, såsom looping af superledende ledninger, roterende elektroner og indfangning af ioner eller pulser af fotoner. Disse qubits findes kun i temperaturer under frysepunktet, der skabes i fortyndingskøleskabet.
The Quantum Computing Programming Language
Kvantealgoritmer analyserer dataene og tilbyder simuleringer baseret på dataene. Disse algoritmer er skrevet i et kvantefokuseret programmeringssprog. Adskillige kvantesprog er blevet udviklet af forskere og teknologivirksomheder.
Dette er et par af kvantecomputerens programmeringssprog:
- QISKit: Quantum Information Software Kit fra IBM er et bibliotek med fuld stack til at skrive, simulere og køre kvanteprogrammer.
- Q: Programmeringssproget inkluderet i Microsoft Quantum Development Kit. Udviklingssættet indeholder en kvantesimulator og algoritmebiblioteker.
- Cirq: Et kvantesprog udviklet af Google, der bruger et pythonbibliotek til at skrive kredsløb og køre disse kredsløb i kvantecomputere og simulatorer.
- Forest: Et udviklermiljø skabt af Rigetti Computing, der skriver og kører kvanteprogrammer.
Anvendelse til kvanteberegning
Rigtige kvantecomputere er blevet tilgængelige i de sidste par år, og kun få store teknologivirksomheder har en kvantecomputer. Nogle af disse teknologivirksomheder omfatter Google, IBM, Intel og Microsoft. Disse teknologiledere arbejder sammen med producenter, finansielle servicevirksomheder og biotekvirksomheder for at løse en række problemer.
Tilgængeligheden af kvantecomputertjenester og fremskridtene inden for computerkraft giver forskere og videnskabsmænd nye værktøjer til at finde løsninger på problemer, som tidligere var umulige at løse. Quantum computing har reduceret mængden af tid og ressourcer, det tager at analysere utrolige mængder data, skabe simuleringer om disse data, udvikle løsninger og skabe nye teknologier, der løser problemer.
Erhverv og industri bruger kvantecomputere til at udforske nye måder at drive forretning på. Her er et par af de kvantecomputerprojekter, der kan gavne erhvervslivet og samfundet:
- Luftfartsindustrien bruger kvantecomputere til at undersøge bedre måder at styre flytrafikken på.
- Finans- og investeringsselskaber håber at kunne bruge kvanteberegning til at analysere risikoen og afkastet af finansielle investeringer, optimere porteføljestrategier og afvikle finansielle overgange.
- Producenter anvender kvantecomputere for at forbedre deres forsyningskæder, skabe effektivitet i deres fremstillingsprocesser og udvikle nye produkter.
- Biotekvirksomheder udforsker måder at fremskynde opdagelsen af nye lægemidler på.
Find en kvantecomputer, og eksperimentér med kvanteberegning
Nogle dataloger udvikler metoder til at simulere kvanteberegning på en stationær computer.
Mange af verdens største teknologivirksomheder tilbyder kvantetjenester. Når de er parret med stationære computere og systemer, skaber disse kvantetjenester et miljø, hvor kvantebehandling - med stationære computere - løser komplekse problemer.
- IBM tilbyder IBM Q-miljøet med adgang til adskillige rigtige kvantecomputere og simuleringer, du kan bruge gennem skyen.
- Alibaba Cloud tilbyder en quantum computing cloud platform, hvor du kan køre og teste specialbyggede kvantekoder.
- Microsoft tilbyder et kvanteudviklingssæt, der inkluderer Q-programmeringssproget, kvantesimulatorer og udviklingsbiblioteker med klar-til-brug kode.
- Rigetti har en quantum-first cloud platform, der i øjeblikket er i beta. Deres platform er forudkonfigureret med deres Forest SDK.
Quantum Computing News in the Future
Drømmen er, at kvantecomputere vil løse problemer, der i øjeblikket er for store og for komplekse til at løse med standardhardware - især til miljømodellering og sygdomsinddæmning.
Desktop-computere har ikke plads til at køre disse komplekse beregninger og udføre denne utrolige mængde dataanalyse. Quantum computing tager de største store dataindsamlinger og behandler disse oplysninger på en brøkdel af den tid, det ville tage på en stationær computer. Data, der ville tage en stationær computer flere år at behandle og analysere, tager kun et par dage for en kvantecomputer.
Quantum computing er stadig i sin vorden, men den har potentialet til at løse de mest komplekse verdensproblemer med lysets hastighed. Det er enhvers gæt på, hvor langt kvantecomputere vil vokse og tilgængeligheden af kvantecomputere.
