Sex exempel på kvantdatorer kommer att hjälpa oss mycket

Datorer existerar inte i ett vakuum. De lösa problem, och de problem som de lösa, enbart bestäms av hårdvaran. GPU: er behandlade bild; processorer ger artificiell intelligens AI algoritmer arbete, kvantdatorer är utformade för ... vad?

Sex exempel på kvantdatorer kommer att hjälpa oss mycket

medan kraften i kvantberäkning är imponerande, det betyder inte att den existerande programvara körs bara en miljard gånger snabbare. De flesta kvantdatorer har också en viss typ av problem, av vilka en del är väl löst, vissa inte. Nedan hittar du de viktigaste tillämpningsområden där kvantdatorer kommer att behöva skjuta hundra, när de blir kommersiellt gångbar.

AI

Den viktigaste tillämpningen av kvantdatorer - en artificiell intelligens. AI bygger på principer för lärande i processen att utvinna erfarenheter, blir mer exakt som återkopplingsoperationen, tills slutligen han förvärvar "intelligens", och låta datorn. Det är självlärd problemlösning av en viss typ.

Denna återkoppling beror på beräkningen sannolikheten för ett flertal möjliga utfall, och kvantberäkning är idealisk för denna typ av operationer. Artificiell intelligens, backas upp av kvantdatorer kommer att förändra alla branscher, från bilar till medicin, och säga att AI kommer att vara för det tjugoförsta århundradet av vad elektricitet var till tjugonde.

Till exempel planerar Lockheed Martin att använda sin kvantdator D-Wave testning för autopilot, som är alltför svårt för klassiska datorer och Google använder en kvantdator för att utveckla program som kan skilja bilar från vägskyltar. Vi har nått en punkt bortom vilken AI skapar mer AI, och dess makt och värde kommer bara att växa.

Molekylär modellering

Ett annat exempel - detta är den exakta modellering av molekylära interaktioner, sökandet efter optimala konfigurationer för kemiska reaktioner. Denna "kvantkemi" är så komplex att bara en enkel molekyler kan analyseras med hjälp av moderna digitala datorer.

Kemiska reaktioner kvant i naturen som mycket invecklad bildar kvantöverlagringstillstånd. Men fullt utvecklade kvantdatorer kommer att kunna räkna med komplexa processer utan problem.

Google är redan gör inbrytningar på detta område, simulera energin i vätgasmolekylen. Resultatet är mer effektiva produkter, solbatterier till läkemedel, och i synnerhet gödningsmedel; som gödselmedel står för upp till 2% av den globala energiförbrukningen, påverkan på energi och miljö kommer att vara enorm.

Cryptography

De flesta av de system IT-säkerhet bygger på svårigheten att facto stora mängder i prime. Även digitala datorer som beräknar varje möjlig faktor som kan hantera det under en lång tid, måste du "knäcka koden" resulterar i en hög kostnad och ogenomförlig.

Kvantdatorer kan utföra denna facto exponentiellt mer effektivt än digitala datorer, vilket gör moderna säkerhetsmetoder föråldrade. Nya metoder för kryptering, som dock ta tid: i augusti 2015 NSA började samla en lista över toleranta kvantdatorer kryptografiska tekniker som kunde motstå kvantdatorer, och i april 2016 National Institute of Standards and Technology har startat en översyn allmänheten som kommer att pågå från fyra till sex år. I utvecklingen är också lovande metoder för kvantkryptografi, vilket kommer att innebära en ensidig karaktär quantum sammanflätning. Nätverk inom staden har visat sin effektivitet i flera länder, och kinesiska forskare har nyligen förklarat att klarat intrasslad fotoner från omlopps "quantum" satellit i tre separata basstationer på jorden.

finansiell modellering

Dagens marknader är en av de mest komplexa system i allmänhet. Även om vi har utvecklat många vetenskapliga och matematiska verktyg för att arbeta med dem, att de fortfarande saknar de förhållanden som kan skryta med andra vetenskapliga discipliner: det finns ingen kontrollerad miljö att genomföra experiment.

För att lösa detta problem, har investerare och analytiker vände sig till kvantdatorer. Den omedelbara fördelen är att slumpmässig inneboende i kvantdatorer, kongruent med den stokastiska karaktären hos de finansiella marknaderna. Investerare ofta vill utvärdera fördelningen av resultaten av ett mycket stort antal scenarier genereras slumpmässigt.

En annan fördel, som erbjuds kvantdatorer är att finansiella transaktioner såsom skiljedom ibland kan kräva flera successiva steg, och antalet möjligheter de gör mycket snabbare än tillåtet för vanliga digital dator.

Väder prognoser

NOAA chefen sparar Rodney Weir hävdar att nästan 30% av USA: s BNP ($ 6000 miljarder) är direkt eller indirekt beroende av väderförhållandena påverkar livsmedelsproduktionen, transport och detaljhandel, bland annat. Förmågan att bättre förutsäga vädret kommer att ha en stor fördel i många områden, för att inte nämna den extra tid som krävs för att återhämta sig från naturkatastrofer. Även om forskarna har länge förbryllat över processerna pogodoobrazovaniya ekvationer bakom sig, bland annat ett antal variabler, kraftigt försvårar den klassiska modellering. Som kvant forskare Seth Lloyd, "användningen av en klassisk dator för sådan analys kommer att ta så lång tid att vädret kommer att ha tid att förändras." Därför Lloyd och hans kollegor vid MIT har visat att ekvationerna som styr vädret, har en dold våg natur, som mycket väl kan lösas med hjälp av en kvantdator.

Hartmut Neven, Director of Development vid Google sade att kvantdatorer också kan bidra till att skapa en bättre klimatmodeller, som skulle kunna ge oss en djupare förståelse för hur människor påverkar miljön. På grundval av dessa modeller bygger vi vår förståelse av framtida uppvärmningen, och de hjälper oss att avgöra vilka åtgärder som krävs för att förebygga katastrofer.

partikelfysik

Ironiskt nog kan en fördjupad studie av fysik med kvantdatorer leda ... till studiet av nya fysiken. Modell av elementarpartikelfysik är ofta extremt komplicerade och kräver långa beslut innebära en hel del dator tid för numerisk simulering. De är idealiska för kvantdatorer, och forskarna har redan lagt ögonen på dem.

Forskare vid University of Innsbruck och Institutet för kvantoptik och kvantinformation (IQOQI) nyligen använda en programmerbar kvantsystem för sådan manipulation av modeller. För detta ändamål har en enkel version av en kvantdator, i vilken jonerna gör logiska operationer, de grundläggande stegen i vilken dator som helst beräkning. Simuleringen visade utmärkt överensstämmelse med de faktiska beskrivna fysikaliska experiment.

"Dessa två tillvägagångssätt kompletterar varandra perfekt", säger teoretisk fysiker Peter Zoller. "Vi kan inte ersätta experiment, som genomförs vid partikelacceleratorer. Men utvecklingen av kvant simulatorer, kan vi bättre förstå en av dessa experiment. "

Nu investerare försöker nästla sig in i ekosystem av kvantdatorer, och inte bara inom datorindustrin: banker, flyg företag, IT-säkerhet - de alla kommer till krönet av dator revolution.

Medan kvantberäkning redan ha en inverkan på fältet ovan, är listan inte uttömmande i alla fall, och det är den mest intressanta. Som med all ny teknik kommer i framtiden att visas helt otänkbara applikationer i takt med hårdvaruutveckling.