Кванттык эсептөөлөр абдан чоң көлөмдөгү маалыматты укмуштуудай жогорку ылдамдыкта иштетүү үчүн кванттык механиканы колдонот. Кванттык компьютерге бир нече мүнөттөн бир нече саатка чейин рабочий компьютерде чечүү үчүн жылдар же ондогон жылдар талап кылынат.
Кванттык эсептөөлөр суперкомпьютерлердин жаңы муунуна негиз түзүүдө. Бул кванттык компьютерлер моделдөө, логистика, трендди талдоо, криптография жана жасалма интеллект сыяктуу тармактарда учурдагы технологиялардан ашып түшөрү күтүлүүдө.
Кванттык эсептөөлөр түшүндүрүлдү
Кванттык эсептөө идеясы биринчи жолу 1980-жылдардын башында Ричард Фейнман жана Юрий Манин тарабынан ойлоп табылган. Фейнман менен Манин кванттык компьютер берилиштерди стольный компьютер жасай албаган жолдор менен окшоштура алат деп ишенишкен. Изилдөөчүлөр биринчи кванттык компьютерлерди 1990-жылдардын аягында гана курушкан.
Кванттык эсептөөлөр эсептөөлөрдү аткаруу үчүн суперпозиция жана чырмалыш сыяктуу кванттык механиканы колдонот. Кванттык механика – физиканын өтө кичинекей, обочолонгон же муздак нерселерди изилдөөчү тармагы.
Кванттык эсептөөнүн негизги иштетүү бирдиги - кванттык бит же кубиттер. Кубиттер кванттык компьютерде жалгыз атомдордун, субатомдук бөлүкчөлөрдүн же өтө өткөргүч электр чынжырларынын кванттык механикалык касиеттерин колдонуу менен түзүлөт.
Кубиттер рабочий компьютерлер колдонгон биттерге окшош, анткени кубиттер 1 же 0 кванттык абалда болушу мүмкүн. Кубиттер 1 жана 0 абалдарынын суперпозициясында болушу менен айырмаланат, башкача айтканда, кубиттер бир эле учурда 1 менен 0нү тең көрсөтө алат.
Кубиттер суперпозицияда болгондо, эки кванттык абал кошулуп, башка кванттык абал пайда болот. Суперпозиция бир эле учурда бир нече эсептөөлөр иштетилет дегенди билдирет. Ошентип, эки кубит бир эле учурда төрт санды көрсөтө алат. Кадимки компьютерлер биттерди мүмкүн болгон эки абалдын биринде, 1 же 0дө гана иштетишет жана эсептөөлөр бирден иштетилет.
Кванттык компьютерлер кубиттерди иштетүү үчүн да чырмалууну колдонушат. Кубит чырмалышканда, ал кубиттин абалы башка кубиттин абалына көз каранды, ошондуктан бир кубит анын байкалбаган түгөйүнүн абалын ачып берет.
Кванттык процессор – компьютердин өзөгү
Кубиттерди түзүү татаал иш. Кубитти каалаган убакытка сактоо үчүн тоңгон чөйрө талап кылынат. Кубитти түзүү үчүн зарыл болгон өтө өткөргүч материалдарды абсолюттук нөлгө чейин муздатуу керек (болжол менен минус 272 Цельсий). Эсептөөдөгү каталарды азайтуу үчүн кубиттер фон ызы-чуусунан да корголушу керек.
Кванттык компьютердин ичи кооз алтын люстрага окшош. Ооба, ал чыныгы алтындан жасалган. Бул суюлтуу муздаткычы, ал кванттык чиптерди муздатат, ошону менен компьютер суперпозицияларды түзө алат жана маалыматтын эч бирин жоготпостон кубиттерди ороп алат.
Кванттык компьютер бул кубиттерди башкара турган кванттык механикалык касиеттерин көрсөткөн ар кандай материалдан жасайт. Кванттык эсептөө долбоорлору кубиттерди ар кандай жолдор менен жаратат, мисалы, супер өткөргүч зымды айлантуу, электрондорду айлантуу жана фотондордун иондорун же импульстарын кармоо. Бул кубиттер суюлтулган муздаткычта түзүлгөн муздаткыч температураларда гана болот.
Кванттык эсептөөчү программалоо тили
Кванттык алгоритмдер маалыматтарды талдап, маалыматтардын негизинде симуляцияларды сунуштайт. Бул алгоритмдер кванттык багытталган программалоо тилинде жазылган. Бир нече квант тилдери изилдөөчүлөр жана технологиялык компаниялар тарабынан иштелип чыккан.
Бул кванттык эсептөө программалоо тилдеринин бир нечеси:
- QISKit: IBMдин Quantum Information Software Kit - бул кванттык программаларды жазуу, симуляциялоо жана иштетүү үчүн толук стектүү китепкана.
- Q: Microsoft Quantum Development Kit камтылган программалоо тили. Иштеп чыгуу комплектинде кванттык симулятор жана алгоритм китепканалары бар.
- Cirq: схемаларды жазуу жана бул схемаларды кванттык компьютерлерде жана симуляторлордо иштетүү үчүн питон китепканасын колдонгон Google тарабынан иштелип чыккан кванттык тил.
- Forest: Rigetti Computing тарабынан түзүлгөн, кванттык программаларды жазган жана иштеткен иштеп чыгуучу чөйрө.
Кванттык эсептөө үчүн колдонулат
Чыныгы кванттык компьютерлер акыркы бир нече жылда жеткиликтүү болуп калды жана бир нече ири технологиялык компанияларда гана кванттык компьютер бар. Бул технологиялык компаниялардын айрымдарына Google, IBM, Intel жана Microsoft кирет. Бул технология лидерлери ар кандай көйгөйлөрдү чечүү үчүн өндүрүүчүлөр, каржылык кызмат көрсөтүүчү фирмалар жана биотехнологиялык фирмалар менен иштешүүдө.
Кванттык компьютердик кызматтардын болушу жана эсептөө кубаттуулугунун өнүгүшү изилдөөчүлөр менен илимпоздорго мурда чечүү мүмкүн болбогон маселелердин чечимдерин табуу үчүн жаңы куралдарды берет. Кванттык эсептөө укмуштуудай көлөмдөгү маалыматтарды талдоо, ал маалыматтар боюнча симуляцияларды түзүүгө, чечимдерди иштеп чыгууга жана көйгөйлөрдү чечкен жаңы технологияларды түзүүгө кеткен убакытты жана ресурстарды кыскартты.
Бизнес жана өнөр жай бизнес жүргүзүүнүн жаңы жолдорун изилдөө үчүн кванттык эсептөөнү колдонушат. Бул жерде бизнеске жана коомго пайда алып келе турган кванттык эсептөө долбоорлорунун бир нечеси:
- Аэрокосмос өнөр жайы аба кыймылын башкаруунун жакшы жолдорун изилдөө үчүн кванттык эсептөөлөрдү колдонот.
- Финансылык жана инвестициялык фирмалар каржылык инвестициялардын тобокелдигин жана кирешелүүлүгүн талдоо, портфелдик стратегияларды оптималдаштыруу жана каржылык өткөөлдөрдү жөнгө салуу үчүн кванттык эсептөөлөрдү колдонууга үмүттөнүшөт.
- Өндүрүүчүлөр жеткирүү чынжырларын жакшыртуу, өндүрүш процесстеринде натыйжалуулукту түзүү жана жаңы өнүмдөрдү иштеп чыгуу үчүн кванттык эсептөөлөрдү колдонууда.
- Биотехнологиялык фирмалар жаңы дарылардын ачылышын тездетүү жолдорун изилдеп жатышат.
Кванттык компьютерди табыңыз жана кванттык эсептөө менен эксперимент жасаңыз
Кээ бир компьютер илимпоздору рабочий компьютерде кванттык эсептөөлөрдү имитациялоо ыкмаларын иштеп чыгышат.
Дүйнөдөгү ири технологиялык компаниялардын көбү кванттык кызматтарды сунушташат. Бул кванттык кызматтар рабочий компьютерлер жана системалар менен жупташканда, рабочий компьютерлер менен кванттык иштетүү татаал маселелерди чече турган чөйрөнү түзөт.
- IBM IBM Q чөйрөсүн бир нече реалдуу кванттык компьютерлерге жана булут аркылуу колдоно турган симуляцияларга мүмкүнчүлүк берет.
- Alibaba Cloud кванттык эсептөөчү булут платформасын сунуштайт, анда сиз ыңгайлаштырылган кванттык коддорду иштетип, сынай аласыз.
- Microsoft Q программалоо тилин, кванттык симуляторлорду жана колдонууга даяр коддун иштеп чыгуу китепканаларын камтыган кванттык өнүктүрүү комплектин сунуштайт.
- Ригеттиде кванттык биринчи булут платформасы бар, ал учурда бета версиясында. Алардын платформасы Forest SDK менен алдын ала конфигурацияланган.
Кванттык эсептөөлөр келечектеги жаңылыктар
Кванттык компьютерлер азыркы учурда өтө чоң жана өтө татаал маселелерди стандарттуу жабдыктар менен чече албайт, өзгөчө экологияны моделдөө жана оорулардын алдын алуу үчүн.
Истталдык компьютерлерде мындай татаал эсептөөлөрдү жүргүзүү жана укмуштуудай көлөмдөгү маалыматтарды талдоо үчүн орун жок. Кванттык эсептөөлөр эң чоң чоң маалыматтарды чогултат жана бул маалыматты рабочий компьютерде талап кылынган убакыттын бир аз бөлүгүндө иштетет. Иштетүүчү компьютерде иштеп чыгуу жана талдоо үчүн бир нече жыл талап кылынган дайындар кванттык компьютер үчүн бир нече эле күндү талап кылат.
Кванттык эсептөөлөр али башталышында, бирок ал эң татаал дүйнөлүк маселелерди жарыктын ылдамдыгы менен чечүү мүмкүнчүлүгүнө ээ. Кванттык эсептөөлөр канчалык өсөөрүн жана кванттык компьютерлердин жеткиликтүүлүгүн ким билет.
