ฟิสิกส์

The Race for Quantum Supremacy: 7 เหตุผลที่ผู้คนตื่นเต้นกับคอมพิวเตอร์ควอนตัมมาก

The Race for Quantum Supremacy: 7 เหตุผลที่ผู้คนตื่นเต้นกับคอมพิวเตอร์ควอนตัมมาก

ในช่วงฤดูใบไม้ร่วงของปีที่แล้วคุณอาจได้เห็นบทความสองสามบทความที่ลอยอยู่บนอินเทอร์เน็ตที่ประกาศว่า Google ประสบความสำเร็จสูงสุดทางควอนตัม แม้ว่าคำว่าอำนาจสูงสุดของควอนตัมจะฟังดูเหมือนชื่อที่คุณได้รับหลังจากเล่น killstreak สิบคนในแคมเปญผู้เล่นหลายคนแนวไซไฟ แต่ความคิดที่ว่า Google จะเข้าถึงอำนาจสูงสุดของควอนตัมคือการพัฒนาครั้งใหญ่ในโลกของคอมพิวเตอร์ควอนตัม .

สำหรับผู้ที่ไม่ได้ฝึกหัดอำนาจสูงสุดควอนตัมเป็นคำที่ใช้ในโลกของคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่อธิบายถึงช่วงเวลาที่อุปกรณ์ควอนตัมที่ตั้งโปรแกรมได้สามารถแก้ปัญหาที่คอมพิวเตอร์คลาสสิกไม่สามารถแก้ไขได้

ในกรณีของ Google และได้อธิบายรายละเอียดในเอกสารที่เผยแพร่แล้วยักษ์ใหญ่ด้านการค้นหาประกาศว่าโปรเซสเซอร์ Sycamore 54 คิวบิตสามารถทำการคำนวณใน 200 วินาที ที่จะยึดครองซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังที่สุดในโลก 10,000 ปีในการแก้ปัญหา. ตอนนี้ช่วงเวลาแห่งควอนตัมสูงสุดของ Google ได้พบกับการตรวจสอบข้อเท็จจริงและความท้าทายจากคู่แข่งอย่าง IBM ถึงกระนั้นชุมชนการวิจัยโดยรวมก็ยินดีกับช่วงเวลาแห่งประวัติศาสตร์สำหรับอาณาจักรของคอมพิวเตอร์ควอนตัม อย่างไรก็ตามคุณอาจสงสัยว่าเหตุใดจึงมีการโฆษณามากมายรอบตัวคอมพิวเตอร์ควอนตัมและจะส่งผลโดยตรงต่อชีวิตของคุณหรือไม่

วันนี้คุณโชคดี เราจะเน้นถึงสาเหตุที่สำคัญที่สุดบางประการที่ทำให้ผู้คนรู้สึกตื่นเต้นกับการใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมและเทคโนโลยีที่เกิดขึ้นใหม่นี้จะเปลี่ยนแปลงชีวิตของคุณได้อย่างไรในไม่ช้า แต่เรากำลังก้าวไปข้างหน้า ก่อนที่เราจะข้ามไปที่การคำนวณควอนตัมจะส่งผลกระทบต่อโลกเรามาดูข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับคอมพิวเตอร์ควอนตัมคร่าวๆ

คอมพิวเตอร์ควอนตัมเริ่มได้รับความสนใจในปี 1994 เมื่อนักคณิตศาสตร์ปีเตอร์ชอร์ได้พัฒนาอัลกอริทึมควอนตัมที่สามารถค้นหาปัจจัยสำคัญของตัวเลขจำนวนมากได้อย่างมีประสิทธิภาพซึ่งหมายความว่าอัลกอริทึมเหล่านี้สามารถแก้ปัญหาได้ในช่วงเวลาที่มีความเกี่ยวข้องในทางปฏิบัติซึ่งเป็นสิ่งที่อยู่นอกเหนือความสามารถ ของ "อัลกอริทึมแบบคลาสสิกที่ล้ำสมัย"

เป็นไปได้อย่างไร? ทั้งคอมพิวเตอร์ควอนตัมและคอมพิวเตอร์คลาสสิกพยายามแก้ปัญหา อย่างไรก็ตามวิธีการที่พวกเขาจัดการข้อมูลเพื่อให้ได้คำตอบนั้นแตกต่างกันมาก

1. คอมพิวเตอร์ควอนตัมตั้งอยู่บนพื้นฐานของวิทยาศาสตร์ที่ "น่ากลัว"

ตามที่คุณอาจเดาได้การคำนวณควอนตัมมองไปที่โลกควอนตัมเพื่อทำงานโดยอาศัยหลักการสองประการของการซ้อนทับทางกลศาสตร์ควอนตัมและการพัวพัน การซ้อนทับอาจเป็นเรื่องที่ขัดกันเล็กน้อย แต่ต้องอดทนกับเรา

ในระยะสั้นการซ้อนทับหมายถึงปรากฏการณ์ทางควอนตัมที่ระบบควอนตัมสามารถมีอยู่ได้ในหลายสถานะหรือหลายสถานที่ในเวลาเดียวกัน กล่าวอีกนัยหนึ่งบางสิ่งอาจเป็น "ที่นี่" และ "ที่นั่น" หรือ "ขึ้น" และ "ลง" ในเวลาเดียวกัน ลองคิดดูว่ามีระบบคอมพิวเตอร์ที่เป็นได้ทั้ง 1 และ 0 ในเวลาเดียวกัน หลักการนี้วางกรอบสำหรับองค์ประกอบพื้นฐานของข้อมูลคอมพิวเตอร์ควอนตัม qubit

คิวบิตมีบทบาทคล้ายกับบิตในคอมพิวเตอร์ ตามที่อธิบายไว้ใน Frontiers of Engineering: Reports on Leading-Edge Engineering จากการประชุมวิชาการปี 2018 "ในการคำนวณแบบคลาสสิกบิตคือทรานซิสเตอร์ที่สามารถปิดหรือเปิดได้ซึ่งสอดคล้องกับสถานะ 0 และ 1 ในควิทเช่นอิเล็กตรอน 0 และ 1 นั้นสอดคล้องกับสถานะเช่นระดับพลังงานระดับล่างและระดับบนที่กล่าวถึงข้างต้น "

"คิวบิตแตกต่างจากบิตคลาสสิกซึ่งจะต้องอยู่ในสถานะ 0 หรือ 1 เสมอโดยความสามารถในการซ้อนทับด้วยความน่าจะเป็นที่แตกต่างกันซึ่งสามารถจัดการได้โดยการดำเนินการทางควอนตัมในระหว่างการคำนวณ"

ในระยะสั้นคอมพิวเตอร์ควอนตัมทำการคำนวณตามสถานะของวัตถุความน่าจะเป็นก่อนที่จะทำการวัดทำให้สามารถประมวลผลข้อมูลได้มากขึ้นแบบทวีคูณเมื่อเทียบกับคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิก นี่คือสิ่งที่ทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีความพิเศษ เนื่องจากหลักการซ้อนทับทำให้เราสามารถแก้ปัญหาหลาย ๆ ปัญหาได้หลายวิธี

2. คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถ "เก็บความไม่แน่นอน" ไว้ในหัวได้

ตัวอย่างเช่นสมมติว่าคุณขอให้ทั้งคอมพิวเตอร์ควอนตัมและคอมพิวเตอร์คลาสสิกคิดหาวิธีออกจากเขาวงกต คอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมจะลองใช้ทุกสาขาโดยพิจารณาเส้นทางทั้งหมดจนกว่าจะพบทางออกผ่านทางที่ถูกต้อง ในขณะที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะลองทุกเส้นทางพร้อมกัน คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถ "เก็บความไม่แน่นอนไว้ในหัว"

คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะถูกนำมาใช้เพื่อจัดการกับปัญหาที่สำคัญที่สุดในโลกตั้งแต่ปัญญาประดิษฐ์ไปจนถึงการดูแลสุขภาพ คุณตื่นเต้นหรือยัง?

3. คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะช่วยให้เราก้าวเข้าสู่ยุคของปัญญาประดิษฐ์

อย่างที่คุณทราบกันดีอยู่แล้วว่าปัญญาประดิษฐ์จะเปลี่ยนไปในทุกแง่มุมของสังคม ในความเป็นจริงคุณได้เห็นผลกระทบของ AI ในบ้านอัจฉริยะการดูแลสุขภาพและการขนส่งแล้ว อย่างไรก็ตามเรายังคงห่างไกลจากโลกของ AI ทั่วไป AI ที่สามารถคิดและทำเหมือนมนุษย์ได้

คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะนำเสนอโลกที่กำลังพัฒนาของปัญญาประดิษฐ์ที่มีพลังในการประมวลผลมากขึ้นซึ่งจะนำไปสู่ระบบ AI ที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้นซึ่งสามารถเข้าใจเราได้ดีขึ้น“ คิดด้วยตัวเอง” นำเสนอการเรียนรู้ของเครื่องที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นและแก้ปัญหาเล็กและใหญ่ได้ดีขึ้น คอมพิวเตอร์ควอนตัมอาจเป็นแรงผลักดันที่เราต้องการก้าวข้าม AI ที่แคบ

4. เราจะมีความปลอดภัยทางไซเบอร์ที่ดีขึ้น

พื้นฐานของการรักษาความปลอดภัยออนไลน์ขึ้นอยู่กับการแยกตัวเลขจำนวนมากออกเป็นช่วง ๆ ดังที่เราได้กล่าวไว้ข้างต้นคอมพิวเตอร์ควอนตัมนั้นยอดเยี่ยมในเรื่องนี้ อย่างไรก็ตามการนำคอมพิวเตอร์ควอนตัมไปใช้อย่างแพร่หลายในที่สุดจะทำให้วิธีการเข้ารหัสของเราล้าสมัยในที่สุด

คอมพิวเตอร์ควอนตัมอาจกลายเป็นภัยคุกคามร้ายแรงในมือคนผิด อย่างไรก็ตามข่าวดีก็คือมีการใช้เทคโนโลยีใหม่ ๆ ในการพัฒนาวิธีการเข้ารหัสใหม่ ๆ และเพื่อสร้างการสื่อสารที่ปลอดภัยเป็นพิเศษด้วยคุณสมบัติของกลศาสตร์ควอนตัมที่ขับเคลื่อนคอมพิวเตอร์

5. คอมพิวเตอร์ควอนตัมถูกนำมาใช้เพื่อพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ที่น่าตื่นเต้นอยู่แล้ว

คุณจะได้รับมือกับอุปกรณ์ควอนตัมหรือไม่? หรือคอมพิวเตอร์ Apple Quantum ใหม่ ๆ ? ไม่น่าจะเป็นไปได้ คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะถูกใช้โดย บริษัท เทคโนโลยีองค์กร R&D สถาบันการเงิน ฯลฯ ยิ่งไปกว่านั้นตอนนี้มี บริษัท ที่ใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัม

ขณะนี้ Google กำลังใช้โปรแกรมเหล่านี้เพื่อปรับปรุงซอฟต์แวร์ที่พบในยานพาหนะที่เป็นอิสระและเพื่อสร้างแบบจำลองปฏิกิริยาทางเคมีที่ดีขึ้น อย่างไรก็ตามหากคุณสนใจที่จะเล่นกับคอมพิวเตอร์ควอนตัมคุณสามารถเข้าถึงคอมพิวเตอร์ควอนตัมของ IBM ผ่านทางเว็บไซต์และเล่นเกมไพ่สองสามเกมได้หากต้องการ

6. การพยากรณ์อากาศจะแม่นยำมากขึ้น

การพยากรณ์อากาศมีความแม่นยำมาก แต่ก็ยังมีข้อบกพร่อง การทำนายสภาพอากาศได้อย่างแม่นยำเกินกว่าที่จะต้องนำร่มมาด้วยในวันนั้น สภาพอากาศสามารถส่งผลโดยตรงต่อการเติบโตและการทำงานของเศรษฐกิจ

ตามที่หัวหน้านักเศรษฐศาสตร์ Rodney F. Weiher เกือบ 30% ของ GDP สหรัฐฯ (6 ล้านล้านเหรียญ) ได้รับผลกระทบโดยตรงหรือโดยอ้อมจากสภาพอากาศผลกระทบต่อการผลิตอาหารการขนส่งและการค้าปลีกและอื่น ๆ คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะนำไปสู่ยุคใหม่ในการพยากรณ์อากาศและการทำนายภัยธรรมชาติ

7. คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะช่วยให้เราสร้างยาช่วยชีวิตได้ดีขึ้น

ดังที่ได้กล่าวมาแล้วสิ่งที่ดึงดูดใจที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของคอมพิวเตอร์ควอนตัมคือความสามารถในการวิเคราะห์สถานการณ์ที่นับไม่ถ้วนในเวลาเดียวกันเพื่อหาทางออก การวิจัยยาที่ใช้งานอยู่ต้องการให้นักเคมีประเมินปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลโปรตีนและสารเคมีเพื่อดูว่ายาจะช่วยปรับปรุงเงื่อนไขบางอย่างหรือรักษาโรคได้หรือไม่

อย่างไรก็ตามอย่างที่คุณสามารถจินตนาการได้ว่ามีชุดค่าผสมจำนวนมหาศาลที่ต้องวิเคราะห์ คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถลดเส้นโค้งนี้ลงได้ครึ่งหนึ่งช่วยให้นักเคมีค้นพบตัวเลือกยาที่มีประสิทธิภาพได้เร็วขึ้น ยิ่งไปกว่านั้นคอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถช่วยลดเวลาที่จำเป็นสำหรับการพัฒนาการรักษาด้วยยาเฉพาะบุคคล

สู่อนาคต

มีหลายเหตุผลที่ผู้คนควรตื่นเต้นกับคอมพิวเตอร์ควอนตัม อย่างไรก็ตามอย่าคาดหวังว่าจะได้เห็นเทคโนโลยีที่แขวนอยู่รอบ ๆ บ้านของคุณ ผลของคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะรู้สึกได้จากการปรับปรุงคุณภาพชีวิตของผู้คนทั่วโลกผ่านการสร้างสรรค์เทคโนโลยีที่ดีขึ้น คุณควรตื่นเต้นไหม? แน่นอน. ตามที่ระบุไว้โดย Nella Ludlow "คอมพิวเตอร์ควอนตัมสัญญาว่าจะเป็นเทคโนโลยีที่ก่อกวนด้วยการปรับปรุงความเร็วอย่างมากเช่นนี้ซึ่งวิธีแก้ปัญหาที่แก้ไขได้จริงสามารถแก้ไขได้ในชั่วโมงและวัน"

"ปัญหาเดียวกันนี้จะต้องใช้เวลาหลายร้อยปีในการแก้ไขบนซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ดีที่สุดของเราหรือที่เรียกว่าคอมพิวเตอร์คลาสสิกโดยการบังคับให้พวกเขาค้นหาวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้ทั้งหมด"


ดูวิดีโอ: Theoretical Reflections on Quantum Supremacy (ตุลาคม 2021).