Uwolnienie potencjału obliczeń kwantowych: Rewolucja w branżach i rozwiązywanie złożonych problemów
Czy wiesz, że 14 kwietnia obchodzony jest Światowy Dzień Kwantów? Stała Plancka opisuje zachowanie cząstek i fal w skali atomowej, w tym cząsteczkowy aspekt światła, na którym opierają się obliczenia kwantowe.
Czym więc są Obliczenia kwantowe?
Obliczenia kwantowe to badania nad rozwojem technologii komputerowych skoncentrowanych wokół zasad teorii kwantowej, wywodzącej się z fizyki. Obliczenia kwantowe wykorzystują kombinację bitów do wykonywania określonych zadań obliczeniowych. W rezultacie obserwujemy rozwój komputerów kwantowych, czyli maszyn, które wykorzystują właściwości fizyki kwantowej do przechowywania danych i wykonywania obliczeń. Może to być niezwykle korzystne przy szybkim i wydajnym rozwiązywaniu złożonych i masowych operacji. Natomiast komputery klasyczne, do których zaliczają się smartfony i laptopy, kodują informacje w binarnych "bitach", które mogą przyjmować wartość 0 lub 1. W komputerze kwantowym podstawową jednostką pamięci jest bit kwantowy lub kubit.
Zastosowania obliczeń kwantowych:
Wykorzystanie operacji obliczeń kwantowych w kilku zastosowaniach może pomóc w usprawnieniu procesów w wielu branżach, zaoszczędzić miliony godzin i zapewnić ścieżkę do rozwiązywania najbardziej złożonych problemów. Poniżej wymieniono niektóre zastosowania, w których obliczenia kwantowe mogą odgrywać znaczącą rolę:
- Chemia obliczeniowa: Jednym z najbardziej obiecujących zastosowań obliczeń kwantowych będzie dziedzina chemii obliczeniowej. Konwencjonalnym komputerom trudno jest przetwarzać najmniejsze i ogromne liczby cząsteczek, ale obliczenia kwantowe zapewniają strategiczną ścieżkę do mapowania cząsteczek, co z kolei stwarza możliwości dla badań farmaceutycznych. Niektóre z krytycznych problemów, które można rozwiązać za pomocą obliczeń kwantowych, dotyczą obszaru badań klinicznych in silico
- Sztuczna inteligencja: Sztuczna inteligencja jest już wschodzącą technologią w różnych dziedzinach, od handlu elektronicznego i opieki zdrowotnej po finanse i edukację. Ale wraz z obliczeniami kwantowymi podejmowanie decyzji będzie o wiele łatwiejsze
- Finanse: Obliczenia kwantowe mogą pomóc w tworzeniu dokładniejszych symulacji i prognoz aktywności rynkowej, aby ułatwić pracę analitykom, czego nie potrafią robić klasyczne komputery
- Opieka zdrowotna: Skuteczność obliczeń kwantowych w opiece zdrowotnej może umożliwić wiele znaczących przełomów, takich jak szybkie sekwencjonowanie DNA i przetwarzanie dużych ilości danych dotyczących opieki zdrowotnej.
Poniżej wymieniono niektóre z innych głównych zastosowań:
Największe firmy wprowadzające technologię obliczeń kwantowych do swojej działalności to:
- IBM: W 2016 roku stała się pierwszą firmą, która zaoferowała dostęp do obliczeń kwantowych w chmurze, a teraz planuje wydać procesor 433-kubitowy o nazwie Osprey i Condor, procesor 1121-kubitowy, który zastąpi go w 2023 roku, z nadzieją na wydajniejsze rozwiązywanie problemów
- QCI: Firma wierzy w uzupełnianie obliczeń klasycznych obliczeniami kwantowymi i, zgodnie z tą wizją, zaprezentowała oprogramowanie jako usługa (SaaS) o nazwie Qatalyst, platformę obliczeń kwantowych
- Xanadu: Kanadyjski start-up oferujący pierwszą platformę obliczeń kwantowych opartą na fotonice, dostępną za pośrednictwem chmury, w której system ten wykorzystuje światło zamiast nadprzewodników, co pozwala im działać w temperaturze pokojowej
- Microsoft: Jego platforma chmurowa Azure wprowadziła komputery kwantowe wyprodukowane przez Honeywell i IonQ, aby rozwiązywać problemy, które są poza zasięgiem konwencjonalnych maszyn. BMW, Airbus i Roche już testują komputery kwantowe firmy Microsoft
Analiza rynku:
Według Fortune Business Insights; oczekuje się, że rynek obliczeń kwantowych wzrośnie z 486,1 mln USD w 2021 r. do 3180,9 mln USD w 2028 r., przy CAGR wynoszącym 30,8% w okresie 2021-2028. Gdzie wartość rynku wyniosła 392,5 mln USD w 2020 r. Stwierdzono, że popyt na obliczenia kwantowe wzrośnie wraz z upływem czasu, ponieważ będą one szeroko stosowane przez wiele usług obliczeniowych.
Przyszłość obliczeń kwantowych:
Ponieważ superkomputery są ograniczone do rozwiązywania problemów liniowych i trudno jest znaleźć rozwiązania problemów chaotycznych, obliczenia kwantowe wykorzystują rozwiązania złożonych problemów, takich jak modelowanie białek, wykorzystując fizykę mechaniki kwantowej. Może również próbować kilku rozwiązań jednocześnie. Może również obsługiwać dane przetwarzane przez systemy AI, co wymaga ogromnej mocy obliczeniowej.
Wniosek:
Jak już wiemy, obliczenia kwantowe dodają wartości wielu zastosowaniom dzięki wykorzystaniu kubitów, które mogą być jednocześnie 1 i 0, ale nie możemy pomijać wad obliczeń kwantowych. Jedną z najtrudniejszych części jest ich solidna natura, niezwykle trudno jest je skonstruować. Ponadto kwantowy procesor będzie miał własne problemy z wydajnością i przegrzewaniem się.
Dlatego cechy, które sprawiają, że systemy kwantowe są zdolne, czynią je również delikatnymi i powodują rozpad całego systemu.
Autor: Riya Singh