Квантын тооцоолол нь асар их хэмжээний мэдээллийг итгэмээргүй өндөр хурдаар боловсруулахын тулд квант механикийг ашигладаг. Ширээний компьютерт хэдэн жил эсвэл хэдэн арван жил шаардагдах асуудлыг квант компьютер шийдвэрлэхэд хэдэн минутаас хэдэн цаг зарцуулдаг.
Квантын тооцоолол нь шинэ үеийн суперкомпьютерийн эхлэлийг тавьж байна. Эдгээр квант компьютерууд нь загварчлал, логистик, чиг хандлагын шинжилгээ, криптограф, хиймэл оюун ухаан зэрэг салбарт одоо байгаа технологиос давуу байх төлөвтэй байна.
Квантын тооцоолол тайлбарлав
Квантын тооцооллын санааг анх 1980-аад оны эхээр Ричард Фейнман, Юрий Манин нар төсөөлж байжээ. Фэйнман, Манин нар квант компьютер нь ширээний компьютерийн чадахгүй байгаа байдлаар өгөгдлийг дуурайж чаддаг гэж үздэг. Судлаачид 1990-ээд оны сүүл хүртэл анхны квант компьютерийг бүтээгээгүй.
Квантын тооцоолол нь тооцоолол хийхдээ суперпозиция, орооцолдох зэрэг квант механикийг ашигладаг. Квант механик нь маш жижиг, тусгаарлагдсан эсвэл хүйтэн зүйлсийг судалдаг физикийн салбар юм.
Квантын тооцооллын үндсэн боловсруулах нэгж нь квант бит буюу кубит юм. Кубитуудыг квант компьютерт нэг атом, дэд атомын тоосонцор эсвэл хэт дамжуулагч цахилгаан хэлхээний квант механик шинж чанарыг ашиглан бүтээдэг.
Кубитууд нь ширээний компьютерт ашигладаг битүүдтэй төстэй бөгөөд кубит нь 1 эсвэл 0 квант төлөвт байж болно. Кубитууд нь 1 ба 0 төлөвийн дээд байрлалд байж чаддагаараа ялгаатай бөгөөд энэ нь кубит нь 1 ба 0-ын аль алиныг нэгэн зэрэг илэрхийлж болно.
Кубитууд суперпозицияд байх үед хоёр квант төлөв нэгдэж, өөр квант төлөв үүсдэг. Суперпозиция гэдэг нь хэд хэдэн тооцооллыг нэгэн зэрэг боловсруулдаг гэсэн үг юм. Тиймээс хоёр кубит нь дөрвөн тоог нэгэн зэрэг илэрхийлж болно. Энгийн компьютерууд битийг 1 эсвэл 0 гэсэн хоёр боломжит төлөвийн зөвхөн нэгээр нь боловсруулдаг ба тооцооллыг нэг нэгээр нь боловсруулдаг.
Квантын компьютерууд мөн кубит боловсруулахдаа орооцолдох аргыг ашигладаг. Кубит орооцолдох үед тухайн кубитийн төлөв нь өөр нэг кубитийн төлөвөөс хамаардаг тул нэг кубит нь түүний ажиглагдаагүй хосын төлөвийг харуулах болно.
Квантын процессор бол компьютерийн цөм юм
Кубит үүсгэх нь хэцүү ажил юм. Кубитийг ямар ч хугацаанд хадгалахын тулд хөлдөөсөн орчин шаардлагатай. Кубит үүсгэхэд шаардагдах хэт дамжуулагч материалыг үнэмлэхүй тэг хүртэл (хасах 272 Цельс) хөргөх ёстой. Тооцооллын алдааг багасгахын тулд кубитууд нь арын чимээ шуугианаас хамгаалагдсан байх ёстой.
Квантын компьютерын дотор тал нь гоёмсог алтан лааны суурь шиг харагдаж байна. Тийм ээ, энэ нь жинхэнэ алтаар хийгдсэн байдаг. Энэ нь квант чипүүдийг хөргөгч шингэрүүлэгч хөргөгч бөгөөд ингэснээр компьютер суперпозиция үүсгэж, кубитуудыг ороож, мэдээллийг алдалгүйгээр хийх боломжтой.
Квантын компьютер эдгээр кубитуудыг хянах боломжтой квант механик шинж чанарыг харуулсан аливаа материалаас хийдэг. Квантын тооцооллын төслүүд нь хэт дамжуулагч утсыг эргүүлэх, электронуудыг эргүүлэх, фотонуудын ион эсвэл импульс барих гэх мэт янз бүрийн аргаар кубит үүсгэдэг. Эдгээр кубит нь зөвхөн шингэрүүлсэн хөргөгчинд бий болсон хөлдөлтийн доод температурт л байдаг.
Квантын тооцооллын програмчлалын хэл
Квантын алгоритм нь өгөгдөлд дүн шинжилгээ хийж, өгөгдөлд тулгуурлан симуляцийг санал болгодог. Эдгээр алгоритмууд нь квант төвлөрсөн програмчлалын хэлээр бичигдсэн байдаг. Хэд хэдэн квант хэлийг судлаачид болон технологийн компаниуд боловсруулсан.
Эдгээр нь квант тооцооллын програмчлалын цөөн хэдэн хэл юм:
- QISKit: IBM-ийн Quantum Information Software Kit нь квант программ бичих, дуурайх, ажиллуулах бүрэн хэмжээний номын сан юм.
- Q: Microsoft Quantum Development Kit-д багтсан програмчлалын хэл. Хөгжлийн иж бүрдэл нь квант симулятор болон алгоритмын сангуудыг агуулдаг.
- Cirq: Google-ийн боловсруулсан квант хэл бөгөөд эдгээр хэлхээг квант компьютер болон симулятор дээр бичиж, ажиллуулахын тулд питон номын санг ашигладаг.
- Forest: Rigetti Computing-ээс бүтээсэн квант программ бичиж, ажиллуулдаг хөгжүүлэгчийн орчин.
Квантын тооцоололд ашигладаг
Сүүлийн хэдэн жилд бодит квант компьютерууд гарч ирсэн бөгөөд хэдхэн том технологийн компаниудад квант компьютер байдаг. Эдгээр технологийн компаниудын зарим нь Google, IBM, Intel, Microsoft юм. Эдгээр технологийн удирдагчид янз бүрийн асуудлыг шийдвэрлэхийн тулд үйлдвэрлэгчид, санхүүгийн үйлчилгээний пүүсүүд болон биотехнологийн фирмүүдтэй хамтран ажиллаж байна.
Квантын компьютерийн үйлчилгээний хүртээмж, тооцоолох хүчин чадлын дэвшил нь судлаачид, эрдэмтдэд өмнө нь шийдвэрлэх боломжгүй байсан асуудлуудын шийдлийг олох шинэ арга хэрэгслийг олгож байна. Квантын тооцоолол нь гайхалтай хэмжээний өгөгдөлд дүн шинжилгээ хийх, тэдгээр өгөгдлийн загварчлалыг бий болгох, шийдлийг боловсруулах, асуудлыг засах шинэ технологийг бий болгоход зарцуулдаг цаг хугацаа, нөөцийг багасгасан.
Бизнес болон үйлдвэрлэл бизнес эрхлэх шинэ арга замыг судлахын тулд квант тооцооллыг ашигладаг. Бизнес болон нийгэмд тустай байж болох квант тооцооллын хэд хэдэн төслүүд энд байна:
- Сансар огторгуйн салбар нь агаарын хөдөлгөөнийг удирдах илүү сайн аргуудыг судлахын тулд квант тооцооллыг ашигладаг.
- Санхүүгийн болон хөрөнгө оруулалтын пүүсүүд санхүүгийн хөрөнгө оруулалтын эрсдэл ба өгөөжийг шинжлэх, багцын стратегийг оновчтой болгох, санхүүгийн шилжилтийг шийдвэрлэхэд квант тооцооллыг ашиглана гэж найдаж байна.
- Үйлдвэрлэгчид нийлүүлэлтийн сүлжээгээ сайжруулах, үйлдвэрлэлийн үйл явцдаа үр ашгийг бий болгох, шинэ бүтээгдэхүүн боловсруулахын тулд квант тооцооллыг нэвтрүүлж байна.
- Биотехнологийн фирмүүд шинэ эмийн нээлтийг түргэсгэх арга замыг судалж байна.
Квантын компьютер олоод квантын тооцоололоор туршилт хий
Зарим компьютерийн эрдэмтэд ширээний компьютер дээр квант тооцооллыг дуурайх аргыг боловсруулдаг.
Дэлхийн хамгийн том технологийн компаниуд квант үйлчилгээг санал болгодог. Эдгээр квант үйлчилгээ нь ширээний компьютер болон системтэй хослуулсан тохиолдолд квант боловсруулалт-ширээний компьютерт- нарийн төвөгтэй асуудлыг шийдвэрлэх орчинг бүрдүүлдэг.
- IBM нь хэд хэдэн бодит квант компьютер болон үүлэн ашиглан ашиглах симуляцид хандах боломжтой IBM Q орчныг санал болгож байна.
- Alibaba Cloud нь квант тооцооллын үүлэн платформыг санал болгож байгаа бөгөөд та тусгайлан бүтээсэн квант кодуудыг ажиллуулж, туршиж үзэх боломжтой.
- Microsoft нь Q програмчлалын хэл, квант симулятор, ашиглахад бэлэн кодын хөгжүүлэлтийн санг агуулсан квант хөгжүүлэлтийн иж бүрдлийг санал болгож байна.
- Rigetti нь квант-анхны үүлэн платформтой бөгөөд одоогоор бета хувилбарт байна. Тэдний платформыг Forest SDK-тай нь урьдчилан тохируулсан.
Ирээдүйн квант тооцооллын мэдээ
Мөрөөдөл бол квант компьютерууд одоогоор хэт том, хэт төвөгтэй асуудлуудыг стандарт техник хэрэгслээр шийдвэрлэхэд, ялангуяа хүрээлэн буй орчны загварчлал, өвчнөөс урьдчилан сэргийлэхэд зориулагдсан болно.
Ширээний компьютерт эдгээр нарийн төвөгтэй тооцооллыг хийж, гайхалтай хэмжээний өгөгдлийн шинжилгээ хийх зай байхгүй. Квантын тооцоолол нь хамгийн том хэмжээний мэдээллийн цуглуулгыг авч, энэ мэдээллийг ширээний компьютерт зарцуулах цаг хугацааны багахан хугацаанд боловсруулдаг. Ширээний компьютерт хэдэн жилийн турш боловсруулж, дүн шинжилгээ хийхэд шаардагдах өгөгдлийг квант компьютерт хэдхэн хоног зарцуулдаг.
Квантын тооцоолол анхан шатандаа байгаа ч дэлхийн хамгийн төвөгтэй асуудлыг гэрлийн хурдаар шийдвэрлэх боломжтой. Квантын тооцоолол хэр зэрэг хөгжихийг хэн ч таамаглаж, мөн квант компьютерийн хүртээмжтэй болно.
