Atgal į ateitį: kvantinio skaičiavimo peržiūra po 25 metų

Daugiau nei prieš 25 metus, maždaug 1999 m., parašiau straipsnį apie kvantinės kompiuterijos ateitį, kuris buvo paskelbtas Argentinos spausdinto laikraščio mokslo skyriuje.

Originalų straipsnį galite pasiekti čia (ispanų kalba) ir peržiūrėti automatinį vertimą spustelėję šią nuorodą .

Tada mano straipsnis buvo gana spekuliatyvus.

Kvantinė kompiuterija šiandien įgavo didelę trauką ir aktualumą diskusijose apie technologijas.

TL;DR: Paaiškinsiu kvantinį skaičiavimą penkiais lygiais skirtingoms auditorijoms.

Vaikas

Kvantinis kompiuteris yra tarsi itin išmani stebuklinga dėžutė.

Užuot naudoję įprastus bitus kaip įprasti kompiuteriai , jis naudoja specialius magiškus bitus, vadinamus kubitais .

Šie kubitai gali padaryti daugiau triukų nei įprasti bitai.

Įsivaizduokite, kad žaidžiate su suktuku. Kubitas yra tarsi besisukantis viršus, galintis atlikti daugybę triukų vienu metu.

Šie stebuklingi kompiuteriai vieną dieną gali padėti išspręsti neįmanomus 100 000 dalių galvosūkius.

Paauglys

Paveikslėlis, kurį galite žaisti su specialiais statybiniais blokais, naudojamais daugelyje vietų vienu metu.

Kvantiniai kompiuteriai naudoja kažką panašaus, vadinamo kubitais.

Pagalvokite apie stebuklingą monetą, kuri vienu metu gali būti galva ir uodega!

Kubitas gali būti 0, 1 arba abu, kaip moneta, besisukanti ore. Viskas iš karto.

Tai leidžia kvantiniams kompiuteriams vienu metu ištirti daugybę galimybių.

Kvantiniai kompiuteriai yra galingi, nes gali sulaužyti slaptus kodus, tokius kaip asmeniniai slaptažodžiai.

Tai tarsi itin galingas skaičiuotuvas, galintis išspręsti tikrai sunkius galvosūkius daug greičiau nei įprasti kompiuteriai.

Kolegijos studentas

Kvantinis kompiuteris veikia pagal kvantinės mechanikos principus).

Vietoj klasikinių bitų naudojate kubitus, kurie egzistuoja kvantinės superpozicijos būsenoje.

Kiekvienas kubitas vienu metu gali reikšti 0 ir 1, todėl galima atlikti masinį lygiagretų skaičiavimą.

Galite galvoti apie Schrödingerio katę – garsų minties eksperimentą, kai katė gali būti gyva ir mirusi vienu metu.

Kubitai veikia panašiai, būdami keliose būsenose vienu metu.

Kvantiniai kompiuteriai gali įvertinti didelius skaičius eksponentiškai greičiau nei klasikiniai kompiuteriai, sulaužantys viešuosius ir privačius raktus šifruotuose interneto ryšiuose.

Ši galimybė kelia grėsmę tradicinei kriptografijai ir blokų grandinėms, kurios priklauso nuo faktoringo sunkumų.

Tyrėjai taip pat tiria kvantinio skaičiavimo pasekmes daugialypėse teorijose, nes kubitai, atrodo, skaičiuoja daugelyje realijų.

Neseniai „Google“ teigė, kad kvantinis kompiuteris pasiekė „kvantinę viršenybę“ ir išsprendė problemą, kurios klasikiniai kompiuteriai negalėjo išspręsti per protingą laiką.

Gamtos tyrimas taip pat pabrėžė naujas kvantines medžiagas, skirtas kubitams stabilizuoti.

Keista tai, kad šios dalelės gali reikšti, kad tuo pačiu metu egzistuoja daug skirtingų realybių, pavyzdžiui, paralelinės visatos mokslinės fantastikos filmuose!

Absolventas

Kvantinė kompiuterija išnaudoja tokius kvantinius reiškinius kaip superpozicija, įsipainiojimas ir trukdžiai.

Nors klasikiniai bitai yra dvejetainiai, kubitai naudoja kvantinę superpoziciją, kad vienu metu pavaizduotų kelias būsenas.

Kvantinis įsipainiojimas užtikrina, kad kubitai išliks tarpusavyje susiję net ir per atstumą, todėl labai efektyvūs algoritmai.

Galite naudoti kvantinius vartus manipuliuoti kubitais, kad galėtumėte sukurti kvantines grandines kvantiniams algoritmams vykdyti.

Šoro algoritmas įgalina sveikųjų skaičių daugianario laiko faktorių, tiesiogiai keldamas grėsmę RSA kriptografijai ir išspręsdamas P vs NP problemą .

Panašiai Groverio algoritmas suteikia kvadratinį pagreitį nestruktūrizuotoms paieškos problemoms spręsti.

Šios pažangos skatina susirūpinimą dėl skaitmeninių sistemų apsaugos nuo kvantinių grėsmių.

Daugiapasaulės spekuliacijos kyla dėl to, kad superpozicijoje esantys kubitai gali sąveikauti su kitomis realybėmis, kaip teigiama Hugh Everetto Daugelio pasaulių interpretacijoje.

Tuo tarpu Kopenhagos aiškinimas rodo, kad kvantinis elgesys žlunga iki vieno rezultato, kai jį matuojate.

„Google“ tyrimai parodė kvantinį pranašumą (vėliau pavadintą kvantiniu pranašumu), per kelias sekundes išsprendus skaičiavimo užduotį, kuriai klasikiniams superkompiuteriams prireiktų tūkstančius metų.

Ekspertas

Kvantinė kompiuterija verčia informaciją apdoroti kvantinės superpozicijos, įsipainiojimo ir vieningos evoliucijos principus.

Kubitai peržengia klasikinius loginius vartus, koduodami informaciją daugiamatėje Hilberto erdvėje , įgalindami eksponentinę būsenos erdvę.

Algoritmai, tokie kaip Šoro algoritmas, išskaido pusiau pirminius sveikuosius skaičius per daugianarį laiką, pakenkdami kriptosistemoms, tokioms kaip RSA ir ECC.

Groverio algoritmas demonstruoja kvadratinį paieškos užduočių optimizavimą, atspindintį pagrindinę kvantinio pranašumo klasę.

Kvantinės mechanikos, kuria grindžiamos šios sistemos, aiškinimai skiriasi: Kopenhagos aiškinimas postulatuoja bangos funkcijos žlugimą matavimo metu.

Daugelio pasaulių interpretacijoje teigiama, kad skaičiavimo rezultatai apima lygiagrečias visatas, kol stebėjimas jas sutraukia į vieną.

Tai skatina diskusijas apie kvantinį lygiagretumą daugialypėse būsenose.

„Google“ demonstruodama kvantinį pranašumą panaudojo 54 kubitų Sycamore procesorių, kad atrankos problema būtų atlikta per 200 sekundžių, o anksčiau apskaičiuota, kad galingiausiuose pasaulyje superkompiuteriuose prireiks 10 000 metų.

Planko skalė (10^-35 m) rodo esminį erdvėlaikio grūdėtumą, galintį apriboti kvantinę skaičiavimo galią.

Gamtos ataskaitose pabrėžiama pažanga stabilizuojant kubitus taikant topologinę kvantinių klaidų taisymą ir gedimams atsparius dizainus, būtinus praktiniam kvantiniam skaičiavimui.

Ar jaudinatės dėl kvantinės ateities?