क्वांटम कंप्यूटर क्या कर सकता है

क्वांटम भौतिकी का जन्म 1900 में हुआ था, जब मैक्स प्लैंक ने सुझाव दिया था कि ऊर्जा लगातार अवशोषित नहीं होती है, लेकिन अलग-अलग भागों में - क्वांटा। उनके विचार को और विकसित किया गया था: आइंस्टीन फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव, बोह परमाणु के सिद्धांत, रदरफोर्ड ने प्रयोगात्मक रूप से दिखाया कि परमाणु नाभिक कैसा दिखता है, लुई डी ब्रोगली ने तरंगों और पदार्थ के बीच की सीमा को मिटा दिया, हेबर्गबर्ग और श्रोडिंगर ने क्वांटम यांत्रिकी विकसित की।

क्वांटम भौतिकी को समझना कठिन है - इसका गणितीय उपकरण "मानव" भाषा में अनुवाद करना लगभग असंभव है। लेकिन रोजमर्रा की जिंदगी में इसकी अभिव्यक्तियों को "स्पर्श" करने के लिए काफी वास्तविक है: लेजर, फ्लैश ड्राइव, सीडी, एकीकृत सर्किट या ग्राफीन - ये सभी प्रौद्योगिकियां क्वांटम भौतिकी के लिए धन्यवाद प्रकट हुईं। यह तर्कसंगत है कि उन्होंने इसे गणना के लिए उपयोग करने का निर्णय लिया - क्वांटम कंप्यूटर में।

क्वांटम कंप्यूटर सामान्य कंप्यूटर से मौलिक रूप से भिन्न होते हैं: वे सूचनाओं को तीव्रता के एक क्रम में संसाधित करते हैं, और उनकी मेमोरी अधिक घातीय होती है। पहले से ही अब, प्रयोगात्मक नमूने सबसे शक्तिशाली सुपर कंप्यूटर की तुलना में कुछ समस्याओं को तेजी से हल करते हैं। क्वांटम कंप्यूटर शुरू करने की संभावनाएं हैं। उनकी मदद से, आप नई दवाएं बना सकते हैं, मिश्रित सामग्री प्लास्टिक की तुलना में टाइटेनियम और लाइटर से अधिक मजबूत होती है, सुपरकंडक्टर्स जो कमरे के तापमान पर काम करते हैं, पूर्ण एन्क्रिप्शन सुरक्षा प्राप्त करते हैं या सार्वभौमिक कृत्रिम बुद्धि विकसित करते हैं। लेकिन वास्तव में, सब कुछ इतना रसपूर्ण नहीं है। ऐसा इसलिए है क्योंकि हम अभी तक यह नहीं समझ पाए हैं कि क्वांटम कंप्यूटर वास्तव में क्या कर सकता है ।


अनातोली डायमरस्की (स्कोलेटेक) एक सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी है जो क्वांटम सिस्टम भौतिकी के क्षेत्र में काम करता है। अनातोली बताएगा कि क्वांटम कंप्यूटर कैसे सामान्य से अलग होता है और आईटी उद्योग वादे की क्या संभावनाएं हैं।

एक नियमित कंप्यूटर कैसे काम करता है?

क्वांटम कंप्यूटर क्या है और यह कैसे काम करता है, यह समझाने के लिए, आपको दूर से शुरू करने और यह बताने की आवश्यकता है कि एक नियमित कंप्यूटर कैसे काम करता है। एक पारंपरिक कंप्यूटर का संचालन दो मापदंडों द्वारा निर्धारित किया जाता है: स्मृति, गणना की गति।

मेमोरी एक कंप्यूटिंग सिस्टम की मुख्य विशेषता है। एक कंप्यूटर ऐसी जानकारी को पढ़, लिख और प्रोसेस कर सकता है जो मेमोरी में स्टोर होती है।

कंप्यूटर सबसे सरल संचालन करता है: संख्याओं का गुणन, घटाव, जोड़। यदि आप इन ऑपरेशनों को बहुत अधिक और जल्दी से करते हैं, तो आप उन्हें एक प्रोग्राम में जोड़ सकते हैं जो जानकारी संसाधित करता है। यह कैसे डेटाबेस, खोज, या तंत्रिका नेटवर्क काम करते हैं। गणना की गति या संचालन के निष्पादन की गति (एफएलओपीएस) यहां महत्वपूर्ण है ।

एक तीसरा (अतिरिक्त) पैरामीटर है - नियतात्मकता,सभी कंप्यूटिंग प्रणालियों के लिए सामान्य विशेषता। इसका मतलब है कि सभी मशीनें एक प्रोग्राम के अनुसार काम करती हैं जो अद्वितीय है - शून्य हमेशा शून्य होता है, और एक इकाई निश्चित रूप से एक इकाई होती है। कोई अन्य व्याख्याएं नहीं दी गई हैं और अनिश्चितता का कोई तत्व नहीं है।

अनिश्चितता केवल इनपुट स्तर पर पेश की जा सकती है, उदाहरण के लिए, यादृच्छिक संख्याओं द्वारा। इनपुट यादृच्छिक हो सकता है, लेकिन प्रोग्राम हमेशा स्पष्ट रूप से सभी आने वाले डेटा को संसाधित करता है।

क्वांटम कंप्यूटर कैसे काम करता है?

यह अलग तरह से काम करता है - सहज ज्ञान युक्त तर्क द्वारा। सामान्य की तरह, यह गणना करता है, लेकिन यह क्वांटम यांत्रिकी के नियमों पर आधारित है ।

शास्त्रीय दुनिया और शास्त्रीय यांत्रिकी नियतात्मक हैं। इसका मतलब है कि कंप्यूटर में किसी भी मेमोरी रजिस्टर का मान हमेशा 0 या 1 होता है, और प्लेट हमेशा या तो पूरी या टूटी हुई होती है।

क्वांटम-मैकेनिकल प्रणाली में ऐसी कोई स्पष्टता नहीं है, लेकिन एक संभावना है जो इसके सार को निर्धारित करती है। यहां सही सवाल यह है: प्लेटों के टूटने या बरकरार रहने की संभावना क्या है, क्या संभावना है कि रजिस्टर के मान 0 या 1 हैं?


क्वांटम यांत्रिकी में संभाव्यता पहली महत्वपूर्ण अवधारणा है । क्वांटम यांत्रिकी के दृष्टिकोण से, श्रोडिंगर प्लेटें पूरी और टूटी हुई दोनों हैं। एक निश्चित संभावना है कि वे पूरे हैं, और कुछ संभावना है कि वे टूट गए हैं। यह अनिश्चितता वास्तविक भौतिक दुनिया को दर्शाती है।

शास्त्रीय स्तर पर, अनिश्चितता हमारी अज्ञानता को उजागर करती है। उदाहरण के लिए, जब हम स्पोर्टलोटो लॉटरी टिकट खरीदते हैं, तो हम जीतने की संभावना रखते हैं क्योंकि हम जीतने वाली संख्या नहीं जानते हैं।

शास्त्रीय भौतिकी के लिए, एक लॉटरी एक संभाव्य प्रक्रिया नहीं है। आप हमेशा हाथ की गति का वर्णन कर सकते हैं जो प्रत्येक गेंद के ड्रम, गति और प्रक्षेपवक्र को लॉन्च करता है। सैद्धांतिक रूप से, आप विजेता संख्या का अनुमान लगा सकते हैं (हालांकि व्यवहार में यह मुश्किल है)। क्वांटम यांत्रिकी में, सैद्धांतिक रूप से भी , कोई अनुमान नहीं लगा सकता हैआगे दूसरा क्या होगा। हम केवल संभावना के संदर्भ में इसकी भविष्यवाणी कर सकते हैं।

दूसरी अवधारणा सुपरपोजिशन का सिद्धांत है । एक नियमित बिट केवल मानों में पाया जाता है 0 या 1. क्वांटम कंप्यूटरों में कोई साधारण बिट्स नहीं होते हैं, लेकिन क्वांटम बिट्स - क्वाबिट होते हैं । क्वांटम बिट कुछ संभावना के साथ राज्य 0 या 1 में है। एक qubit इन राज्यों में एक साथ हो सकती है, इसके अलावा, विभिन्न संयोजनों में - इन राज्यों के एक सुपरपोजिशन में।

जब सिस्टम (qubit) राज्य 0 या 1 में एक साथ होता है, हम केवल संभावनाओं के बारे में बात कर सकते हैं। यदि कई राज्य हैं, तो सिस्टम सभी संभावित राज्यों में एक साथ है, लेकिन प्रत्येक के लिए कम संभावना है। यह मौलिक रूप से महत्वपूर्ण है।

एक शास्त्रीय कार्यक्रम में, समय पर प्रत्येक विशेष क्षण में, कार्यक्रम की प्रत्येक पंक्ति एक विशिष्ट मेमोरी सेल के साथ काम करती है। क्वांटम यांत्रिकी में, आप एक ही समय में सभी मेमोरी कोशिकाओं के साथ काम कर सकते हैं ।

क्वांटम कंप्यूटर की "मेमोरी"

क्वांटम और शास्त्रीय कंप्यूटर मेमोरी के बीच मुख्य अंतर क्या है? एक नियमित कंप्यूटर पर, हम बाइनरी कोड में नंबर लिखते हैं। उदाहरण के लिए, बाइनरी सिस्टम में 8 नंबर 00001000 जैसा दिखता है, और इसे लिखने के लिए 4 बिट्स पर्याप्त हैं।

क्वांटम कंप्यूटरों में, क्वबिट्स 0 या 1 में कुछ संभावना के साथ होती हैं। संभावना एक संख्या है। अनंत सटीकता के साथ एकल संख्या लिखने के लिए, आपको अनंत संख्या में बिट्स की आवश्यकता होती है। इसलिए, सिद्धांत रूप में, एक qubit एक भौतिक प्रणाली है जिसमें अनंत मात्रा में मेमोरी होती है ।

व्यवहार में, माप विधियों में सीमित सटीकता है। हम मानते हैं कि यह सामान्य मशीन (फ्लोट) से मेल खाती है। यह पता चलता है कि qubit में दो नंबर होते हैं: संभावना यह है कि qubit 0 और राज्य 1 में है।

नोट: सादगी के लिए, हम इस बात को अनदेखा करते हैं कि राज्य 0 और 1 में एक qubit की संभावनाओं का योग एक के बराबर होना चाहिए। मुख्य निष्कर्ष सरलीकरण पर निर्भर नहीं करता है।

एक qubit दो वास्तविक संख्या (फ्लोट) से मेल खाती है। यह एक बड़ी जीत है, क्योंकि एक नियमित कंप्यूटर पर दो वास्तविक संख्याओं के लिए आपको दो मशीन शब्दों की आवश्यकता होती है - 128 साधारण बिट्स, और हम एक क्वांटम के साथ प्रबंधित हुए। ऐसा लग सकता है कि एक क्वांटम कंप्यूटर सामान्य से 128 गुना बेहतर है। लेकिन यह ऐसा नहीं है।

एक क्वांटम कंप्यूटर तेजी से सामान्य से बेहतर है।

एक qubit 2 वास्तविक संख्या है। दो qubits - 4 वास्तविक संख्या। लेकिन आठ क्विट आठ शून्य और लोगों के 256 संभावित कॉन्फ़िगरेशन हैं - दो से आठवीं शक्ति।

एक qubit के लिए, लाभ 128 गुना है, और आठ qubit के लिए यह बहुत बड़ा है - 256 * 128। स्मृति में n qubits की एक प्रणाली समतुल्य है$$$2^n$ वास्तविक संख्याये।

क्वांटम मेमोरी की क्षमता तेजी से बढ़ रही है।

एक साधारण लैपटॉप की मेमोरी 15 qubits के बराबर होती है, 40 qubits सबसे शक्तिशाली डेटा सेंटर की मेमोरी के बराबर होती हैं, और 50-60 qubits दुनिया भर के सभी डेटा सेंटर की कुल मेमोरी से अधिक होती हैं।

तीन से चार qubits साधारण शास्त्रीय स्मृति में 10-20 गुना वृद्धि के बराबर है। रिकॉर्डिंग की जानकारी के किसी भी अन्य शास्त्रीय तरीकों की तुलना में क्वांटम मेमोरी बहुत अधिक है। यह क्वांटम कंप्यूटिंग की मुख्य क्षमता है।

लेकिन क्वांटम मेमोरी की क्षमता में एक घातीय वृद्धि एक आयाम समस्या का कारण बनती है । आयाम के अभिशाप के कारण, शास्त्रीय कंप्यूटर पर इस तरह की क्वांटम प्रणाली का वर्णन करना मुश्किल है - अधिक से अधिक स्मृति की आवश्यकता है।

क्वांटम कंप्यूटर क्या कार्य हल कर सकता है?

यदि क्वांटम दुनिया अनिश्चितता के स्तर पर चल रही है, तो किसी भी चीज़ की गणना करना कैसे संभव है? क्वांटम यांत्रिकी का एक संभाव्य स्वभाव है, और हमें एक सटीक उत्तर की आवश्यकता है। यदि आपको केवल दो संख्याओं को गुणा करने की आवश्यकता है तो सब कुछ कैसे काम करेगा?

मैं कक्षा एनपी की समस्याओं के उदाहरण के द्वारा समझाऊंगा , अर्थात, ऐसी समस्याएँ जिनका समाधान बहुपद समय में नहीं मिल सकता है - किसी भी स्थिति में, धारणा के तहत$$$P\neq NP$। हालांकि, बहुपद समय में समाधान की शुद्धता को सत्यापित किया जा सकता है। यह एक बंद ताले को तोड़ने के समान है: हम नहीं जानते कि मास्टर कुंजियों का उपयोग कैसे करें, लेकिन हम किसी भी कुंजी की जांच कर सकते हैं, यदि कोई हो।

सुपरपोज़िशन के सिद्धांत के लिए धन्यवाद, क्वांटम सिस्टम सभी राज्यों में तुरंत है और सबसे अच्छे विकल्प की तलाश में है। सिस्टम एक निश्चित उत्तर नहीं देता है, लेकिन यह संभावना बढ़ाता है कि सबसे अच्छा विकल्प एक समाधान है। जब सिस्टम किसी समाधान पर रुक जाता है, तो हम इसे शुद्धता के लिए जल्दी से जांच सकते हैं।

यदि यह पता चला है कि उत्तर गलत है, तो क्वांटम कंप्यूटर को फिर से शुरू करें। सही उत्तर प्राप्त करने की संभावना 50% से अधिक है, और अक्सर बहुत अधिक है। तो, क्वांटम एल्गोरिथम की 2-4 शुरुआत में, हमें सही उत्तर मिलता है।

हमारे पास एक निश्चित उत्तर नहीं होगा, लेकिन केवल सही उत्तर पाने की संभावना है। लेकिन यह संभावना बहुत अधिक है। वास्तव में, हम अनुमान लगा रहे हैं, लेकिन कॉफी के आधार पर नहीं, बल्कि वैज्ञानिक एक पर। कुछ पुनरावृत्तियों में, हम उत्तर पाएंगे और सत्यापित करेंगे कि यह सही है।

क्वांटम कंप्यूटर पैरामीटर

एक क्लासिक कंप्यूटर में दो गुणवत्ता पैरामीटर होते हैं: स्मृति की मात्रा और संचालन की संख्या। एक नियमित कंप्यूटर के साथ, हम डिफ़ॉल्ट रूप से मान लेते हैं कि हमारे पास लिखने और पढ़ने के लिए सभी मेमोरी स्थानों तक पहुंच है।

क्वांटम मामले में, तीन पैरामीटर हैं।

मेमोरी की मात्रा या क्विबिट्स की संख्या । अधिक स्मृति, बेहतर? क्वांटम कंप्यूटर के लिए, नहीं - जब हम क्वैब की संख्या बढ़ाते हैं, तो क्वांटम सिस्टम की जटिलता बढ़ती है। पृथक राज्य में व्यवस्था बनाए रखना मुश्किल हो जाता है।

परिचालन समय या अनुक्रमिक संचालन की संख्या (सुसंगतता)। प्रणाली को एक अलग स्थिति में बनाए रखा जाना चाहिए - भौतिकी में इसे सुसंगतता कहा जाता है। यदि हम क्वांटम सिस्टम को पर्यावरण के साथ बातचीत करने की अनुमति देते हैं, तो यह क्वांटम मेमोरी की कोशिकाओं की स्थिति को नष्ट कर देगा। शून्य और लोगों के बजाय बस शोर होगा।

हम सिस्टम को यथासंभव लंबे समय तक अलग रखने की कोशिश करते हैं। लेकिन जितना अधिक क्वांटम संचालन हम करते हैं, उतना ही समय उन पर खर्च किया जाता है, जिसका अर्थ है कि एक पृथक राज्य में प्रणाली को बनाए रखना अधिक से अधिक कठिन है।

नोट: यहां ऑपरेशन की संख्या प्रति सेकंड नहीं है, बल्कि पूरे सिस्टम ऑपरेशन के समय के लिए है।

एक विरोधाभास उठता है: अधिक qubits, कम संचालन उपलब्ध हैं । इसलिए, जिस समय के दौरान आप सिस्टम को अलग रख सकते हैं और एक निश्चित संख्या में ऑपरेशन कर सकते हैं वह एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है।

एक नियमित कंप्यूटर की कल्पना करें जिसमें कूलिंग नहीं है। जब तक कंप्यूटर ओवरहीट नहीं होता, तब तक उसके पास कुछ गिनने का समय होता है, और फिर वह बंद हो जाता है। मोटे तौर पर क्वांटम कंप्यूटर में भी यही होता है। इसका एक "प्रशंसक" नहीं है: जितना अधिक यह काम करता है, उतना ही यह तब तक गर्म होता है जब तक यह ढह नहीं जाता। इसलिए, ऑपरेशन की संख्या पर एक सीमा है।

सार्वभौमिकता। एक क्लासिक कंप्यूटर में, कोई भी ऑपरेशन उपलब्ध हैं: गुणा, विभाजन, घटाव। सैद्धांतिक रूप से, क्वांटम में भी। लेकिन व्यवहार में, केवल पड़ोसी qubits, जो एक सीधी रेखा पर, एक आयताकार या वर्ग सरणी में स्थित हैं, के साथ संचालन करना बहुत आसान है। सभी qubits के साथ काम करने के लिए, एक बहुत ही जटिल वास्तुकला की आवश्यकता होती है - व्यवहार में, वे अभी भी नहीं जानते कि कैसे।



तीनों क्षेत्र एक-दूसरे के साथ संघर्ष करते हैं। हम एक को सुधार सकते हैं, लेकिन अन्य दो के बिगड़ने के कारण ऐसा होगा। अब जब तकनीक अपनी प्रारंभिक अवस्था में है, कई प्रोटोटाइप प्लेटफॉर्म को प्रतिष्ठित किया जा सकता है, और उनमें से प्रत्येक अन्य दो की कीमत पर एक दिशा के प्रदर्शन को बेहतर बनाने की कोशिश कर रहा है।

प्रोटोटाइप

मैं तीन प्रोटोटाइपों को उजागर करूंगा जो बड़ी कंपनियां काम कर रही हैं। Google, IBM, Intel, Microsoft क्वांटम कंप्यूटर के विकास में निवेश कर रहे हैं। साथ में, उन्होंने विकास, प्रयोगशालाओं और अनुसंधान केंद्रों में $ 500 मिलियन से अधिक का निवेश किया है।

पहले क्लासिक कंप्यूटर पूरे कमरे पर कब्जा कर लेते थे, वैक्यूम ट्यूबों पर काम करते थे और इतने गर्म होते थे कि उन्हें अलग-अलग शक्तिशाली शीतलन की आवश्यकता होती थी। क्वांटम कंप्यूटर उनके समान हैं - ये अलमारियाँ 3 मीटर ऊंची हैं, जिनमें से अधिकांश शीतलन प्रणालियों द्वारा कब्जा कर ली गई हैं। कंप्यूटर निरपेक्ष शून्य के करीब तापमान तक ठंडा होता है ताकि क्वांटम सिस्टम अपने कंप्यूटिंग कार्यों को कर सकें।

यूनिवर्सल क्वांटम कंप्यूटर

ये Google और IBM की लगभग 20 क्विट मेमोरी वाली यूनिवर्सल मशीनें हैं। वे कोई भी ऑपरेशन करते हैं, क्योंकि पूरी सार्वभौमिकता अपेक्षाकृत कम संख्या में क्वैबिट के साथ उपलब्ध है, और फिर एक व्यावहारिक सीमा उत्पन्न होती है। शायद एक साल में लोग सीखेंगे कि 30-40 क्विट के साथ कैसे काम किया जाए।

यूनिवर्सल क्वांटम कंप्यूटर मनमानी क्वांटम एल्गोरिदम को लागू करने में सक्षम हैं, उदाहरण के लिए, शोर और ग्रोवर एल्गोरिदम।

आधुनिक क्रिप्टोग्राफी प्रमुख कारकों में संख्याओं के अपघटन पर आधारित है। यह वर्तमान में अज्ञात है कि क्या एक बहुपद गैर-क्वांटम एल्गोरिथ्म फ़ैक्टरीकरण समस्या के लिए मौजूद है। हालांकि, 25 साल पहले, पीटर शोर ने एक लेख प्रकाशित किया था जिसमें बताया गया था कि कैसे एक क्वांटम कंप्यूटर एक बहुत बड़े पूर्णांक को प्रमुख कारकों में विघटित कर सकता है।

क्वांटम कंप्यूटर एल्गोरिदम नियतात्मक रूप से काम नहीं करता है, लेकिन 50% से अधिक के सही उत्तर की संभावना के साथ सरल कारकों का अनुमान लगाता है और एक नियमित रूप से तेजी से साधारण कारकों को तेजी से पाता है।

क्वांटम कंप्यूटरों के प्रसार के साथ, सभी आधुनिक एन्क्रिप्शन विधियां कमजोर होंगी, और यह पिछले 25 वर्षों में क्वांटम एल्गोरिदम के विकास में मुख्य प्रेरणा है। लेकिन अभी के लिए, शोर विधि को लागू करना अभी भी मुश्किल है, क्योंकि एल्गोरिथ्म को एक बड़े क्वांटम कंप्यूटर की आवश्यकता होती है। छोटे लोग समस्या को केवल छोटी संख्या के लिए हल करते हैं।

एक अन्य उदाहरण जो क्वांटम कंप्यूटिंग की क्षमता को प्रदर्शित करता है, जो समीकरण के समाधान को खोजने या खोजने के कार्य के लिए ग्रोवर एल्गोरिथम है।$$$f(x)=1$कहाँ पे $$$f(x)$किसी प्रकार का जटिल कार्य।

ऊपर उल्लिखित शोर और एनग्रेवर एल्गोरिदम के अलावा, बड़ी संख्या में अन्य क्वांटम एल्गोरिदम हैं। कोई भी भौतिक प्रणाली संतुलन में जाना चाहती है - क्वांटम कोई अपवाद नहीं है। वैज्ञानिक दृष्टिकोण से, संतुलन के बारे में नहीं, बल्कि व्यवस्था की मूल स्थिति के बारे में बोलना अधिक सही है। क्लासिक एनालॉग बाकी की स्थिति है। सिस्टम हमेशा न्यूनतम ऊर्जा के साथ आराम की स्थिति में जाना चाहता है। कम्प्यूटेशनल समस्याओं के संदर्भ में, यह ऊर्जा को कम करने का एक अनुकूलन कार्य है। एक क्वांटम कंप्यूटर ऐसी समस्याओं को हल कर सकता है।

क्वांटम एल्गोरिदम और कंप्यूटर की प्रयोज्यता के पूरे क्षेत्र को अभी तक समझा नहीं गया है। लेकिन पहले से ही दर्जनों अलग-अलग अनुकूलन समस्याएं हैं जो क्वांटम कंप्यूटर और एल्गोरिदम संभाल सकती हैं, और नए पाए जाते हैं।

क्वांटम सिम्युलेटर्स ऑफ़ लिमिटेड वर्सेटिलिटी

यह एक और दिशा है: सार्वभौमिकता सीमित है, लेकिन अलगाव (सुसंगतता) बनी हुई है। ये 50-70 क्वैब के मोड़ पर कंप्यूटर हैं, जो कि स्मृति में पहले से ही किसी भी सुपर कंप्यूटर से अधिक है।

इस सीमा पर, एक विशेष क्वांटम कंप्यूटर की क्षमताएं शास्त्रीय एक की क्षमताओं से बेहतर हैं - क्वांटम श्रेष्ठता उत्पन्न होती है । इसका मतलब है कि क्वांटम कंप्यूटर कुछ समस्याओं को हल कर सकते हैं जो सामान्य (यहां तक ​​कि सुपर कंप्यूटर) को पूरा होने में दसियों, सैकड़ों या हजारों साल लगेंगे।

अक्टूबर 2019 में, Google ने घोषणा की कि उसने क्वांटम श्रेष्ठता हासिल की है। समाचार सभी प्रमुख अखबारों और पत्रिकाओं में दिखाई दिया, इसी वैज्ञानिक लेख को नेचर में प्रकाशित किया गया था। कई समाचार पत्र कई अखबारों, यहां तक ​​कि न्यूयॉर्क टाइम्स और वॉल स्ट्रीट जर्नल द्वारा प्रकाशित किए गए हैं, जो विज्ञान से दूर हैं।

वास्तव में, Google ने सीमित बहुमुखी प्रतिभा के साथ क्वांटम प्रोसेसर विकसित किया है। इसमें काफी बड़ी संख्या में बटेर हैं, और यह किसी भी क्लासिक कंप्यूटर की तुलना में कुछ संकीर्ण कार्य कर सकता है। एक और सवाल यह है कि ये बहुत ही संकीर्ण और कृत्रिम कार्य हैं।

2 हजार से क्वैबिट की संख्या के साथ असंगत प्रोसेसर

यदि आप सार्वभौमिकता और सुसंगतता के बारे में भूल जाते हैं, तो आप 2 या 3-4 हजार की मात्रा भी जोड़ सकते हैं। कनाडा की डी-वेव कंपनी इस क्षेत्र में लगी हुई है। उनके पास एक हजार क्वाइब वाले प्रोसेसर हैं, लेकिन बिना किसी सहारे के।

क्वांटम कंप्यूटर के संभावित अनुप्रयोग

एक बड़ा संभावित अनुप्रयोग क्रिप्टोग्राफी है। दूसरा अनुकूलन कार्य है जो विभिन्न क्षेत्रों में उत्पन्न होता है।

विज्ञान। क्वांटम कंप्यूटिंग कण व्यवहार, मॉडल डीएनए अणुओं की भविष्यवाणी या नई दवाओं को विकसित करने में मदद कर सकता है। उदाहरण के लिए, वे फार्माकोलॉजी में क्वांटम कंप्यूटिंग लागू करने की कोशिश कर रहे हैं। ऐसा करने के लिए, आपको यह समझने की आवश्यकता है कि विभिन्न प्रोटीन किस रूप में लेते हैं (जिसे आप सूक्ष्म क्वांटम ऑब्जेक्ट के रूप में सोच सकते हैं)। हम नहीं जानते कि वे कैसे व्यवहार करेंगे, लेकिन इसे समझने का सबसे आसान तरीका क्वांटम कंप्यूटर पर उनके व्यवहार का अनुकरण करना है। इस वैज्ञानिक कार्य में एक बड़ी व्यावसायिक क्षमता है: नई दवाएं, पूरक, एंटीबायोटिक।

नई सामग्री।सामग्रियों के विज्ञान में, मुख्य बात परमाणुओं की बातचीत को समझना है, जिसे क्वांटम कंप्यूटरों पर मॉडल किया जा सकता है। यह भी एक वैज्ञानिक कार्य है, लेकिन नई सामग्री बनाने के बाद, इसे पहले ही बेचा जा सकता है।

मशीन सीखने और कृत्रिम बुद्धि। मशीन लर्निंग एक जटिल प्रक्रिया है जिसमें बड़ी मात्रा में संगणना की आवश्यकता होती है। जबकि क्वांटम कंप्यूटर से कोई व्यावहारिक लाभ नहीं है, क्योंकि वे अब विकास के गलत स्तर पर हैं। लेकिन लंबे समय में, क्वांटम कंप्यूटर मानक एल्गोरिदम को गति दे सकते हैं। कुछ मामलों में, यह क्रांतिकारी दिखता है, क्योंकि आप तंत्रिका नेटवर्क के प्रशिक्षण समय को दसियों गुना कम कर सकते हैं।

परिवहन, ऊर्जा, रसद।इन क्षेत्रों में कई अनुकूलन समस्याएं हैं। उदाहरण के लिए, ऊर्जा क्षेत्र में, मुख्य समस्या पूरे देश में विद्युत ऊर्जा का वितरण है। विभिन्न क्षेत्रों में बिजली की कीमत अलग-अलग होती है, जबकि ऊर्जा के संचरण वाले हिस्से के दौरान नुकसान होता है, और इसके साथ लाभ होता है। अधिक पैसा बनाने के लिए, व्यवसाय हस्तांतरण को अनुकूलित करने का प्रयास कर रहा है। यह उन कार्यों में से एक है जो एनपी वर्ग में है। सही समाधान खोजना कठिन है, लेकिन एक क्वांटम कंप्यूटर मदद कर सकता है।

व्यवसाय एप्लिकेशन। व्यवसाय में, केवल बड़ी कंपनियां और निगम क्वांटम कंप्यूटिंग में शामिल हैं। दिग्गजों के पास धन और संसाधन हैं, उदाहरण के लिए, Google, डी-वेव या आईबीएम (महान उपलब्धियों के साथ क्षेत्र के नेता)।

कंपनी की वेबसाइट डी-वेव पर लिखा है कि पहले से ही 150 व्यावसायिक अनुप्रयोगों में, क्वांटम कंप्यूटिंग का उपयोग किया जाता है। आईबीएम ने एक ब्रोशर जारी किया है जिसमें बताया गया है कि क्वांटम कंप्यूटर के साथ क्या किया जा सकता है। ये दर्जनों विभिन्न उद्योग हैं और संभावित सैकड़ों व्यापारिक समाधान हैं। तो यह कागज पर दिखता है।



वास्तव में, सब कुछ थोड़ा अलग है। प्रौद्योगिकी का विकास अभी तक इसे व्यवहार में लाने के स्तर पर नहीं है।

आईटी उद्योग के लिए क्वांटम क्रांति का क्या मतलब है?

कुछ भी दूर नहीं है। हम तथाकथित एनआईएसक्यू युग में हैं - शोर इंटरमीडिएट-स्केल क्वांटम तकनीक । इसका मतलब है कि अब ऐसे क्वांटम उपकरण नहीं हैं जो शास्त्रीय कंप्यूटरों के साथ प्रतिस्पर्धा कर सकते हैं। क्वांटम सिस्टम बनाना अभी तक संभव नहीं है कि सभी मामलों में शास्त्रीय को पार कर जाए: बल्कि छोटे, सार्वभौमिक और अलग-थलग। अब तक, केवल सिस्टम प्राप्त किए गए हैं जो एक कंप्यूटिंग क्लस्टर की तुलना में बेहतर एक निश्चित प्रकार के अत्यधिक विशिष्ट कार्यों का प्रदर्शन करते हैं। क्वांटम तकनीक अभी तक व्यावहारिक नहीं है। मैं अपने दैनिक कार्यों के लिए इस विशाल क्षमता का उपयोग करना चाहूंगा, लेकिन मुझे नहीं पता कि यह कैसे करना है।

क्वांटम प्रौद्योगिकी में एक बड़ी "विघटनकारी क्षमता है।" यदि आप ऊपर उल्लिखित अनुकूलन समस्याओं में से कम से कम एक को अच्छी तरह से हल करना सीखते हैं, तो यह कम से कम एक विशिष्ट उद्योग को बदल देगा। मुझे उम्मीद है कि 5-10 वर्षों में कुछ क्षेत्रों में स्थिति बदल जाएगी।

कई कंपनियां वास्तविक क्वांटम कंप्यूटर के प्रोटोटाइप बनाती हैं - वे पहले से ही जानते हैं कि कुछ कैसे करना है, लेकिन अभी तक यह पर्याप्त नहीं है।

स्कोलेटेक में, हम मुख्य प्रश्न का उत्तर देने की कोशिश कर रहे हैं - आप क्वांटम कंप्यूटर का उपयोग कैसे और क्यों कर सकते हैं। मेरे सहयोगियों के साथ व्लादिमीर एंटोनोव और ओलेग एस्टाफ़िएवहम एक ऐसी परियोजना पर काम कर रहे हैं जिसमें हम एक छोटे क्वांटम कंप्यूटर पर काम कर रहे हैं। दुर्भाग्य से, कुछ वास्तुशिल्प और डिजाइन मुद्दों को अभी तक हल नहीं किया गया है, क्योंकि हम अभी भी निश्चित नहीं हैं कि इस कंप्यूटर को किन कार्यों को हल करना होगा। यदि आप इस प्रश्न में रुचि रखते हैं, तो मैं आपको इस पर चर्चा करने के लिए आमंत्रित करता हूं ।

जिस ब्याज के साथ हाईलाड ++ प्रतिभागियों ने क्वांटम कंप्यूटर और परमाणु ऊर्जा संयंत्रों पर रिपोर्ट प्राप्त की, उससे हमें इन सम्मेलनों में ऐसे विषयों पर अधिक ध्यान देने की प्रेरणा मिली । इसलिए, मई में ऑनलाइन रीट ++ में हमारे पास संबंधित क्षेत्र में वैज्ञानिक क्षेत्र और आईटी के आवेदन के अनुभाग होंगे। और यह त्योहार "रूसी इंटरनेट टेक्नोलॉजीज" की नवीनता का केवल एक छोटा सा हिस्सा है - अधिक जानकारी के लिए, वेबसाइट और समाचार पत्र देखें ।