U naše moderno doba, standardna računala su nedvojbeno napredna u usporedbi s onim što smo mogli skupiti prije nekoliko desetljeća. Međutim, s obzirom na to koliko su računala sada brza i raznolika, teško je zamisliti nešto što bi moglo biti još bolje. Unesite kvantno računalstvo. Ovo područje znanosti ima za cilj korištenje zakona svemira za postizanje nevjerojatnih ciljeva.
Dakle, što je točno kvantno računalstvo i kako će ono utjecati na naš svijet u budućnosti?
Što je kvantno računalstvo?
Iako se dinamika kvantnog računalstva još uvijek proučava danas, izvorno ga je 1980-ih pojavio fizičar Paul Benioff. U to je vrijeme Benioff predložio kvantni računalni model Turingovog stroja. Nakon toga, sljedeći pojedinci pomogli su u razvoju teorije i primjene kvantnog računalstva, uključujući Isaaca Chuanga i Neila Gershenfelda.
Definicija kvantnog računalstva neznatno se razlikuje ovisno o mjestu koje posjećujete. Njegov najosnovniji oblik je vrsta računalstva koje se za rad oslanja na kvantnu mehaniku. Dok su kvantna računala nekoć bila samo teorija na papiru, sada oživljavaju.
Dakle, s kakvim kvantnim računalima danas imamo posla?
Kvantno računalstvo još je uvelike u razvoju. To je nevjerojatno složeno područje koje je ustupilo mjesto brojnim prototipovima modela, poput Googleovog kvantnog računala Sycamore. Godine 2019. Google je objavio da je Sycamoreu trebalo nekoliko minuta da riješi izračun za koji bi superračunalu trebalo 10.000 godina. Ali što je drugačije s kvantnim računalima? Kako mogu izvesti tako velike pothvate?
Osnove kvantnog računarstva
Tipično računalo za funkcioniranje koristi jedinice poznate kao bitovi. Bit može i uvijek će imati samo jednu od dvije vrijednosti: nula ili jedan. Ovi se bitovi koriste za pisanje binarnog koda, apsolutne spajalice u svijetu računalstva.
S druge strane, nešto što je poznato kao kvantni bit (qubit) najosnovnija je jedinica kvantnih računala. Upravo su te jedinice potrebne kvantnim računalima za pohranu podataka i izvršavanje funkcija. Qubit može nositi informacije u kvantnom stanju i može se generirati na više načina, kao što je vrtnja elektrona.
Kubiti također mogu poprimiti bilo koji oblik, poput fotona ili zarobljenog iona. To su infinitezimalno male čestice koje čine osnovu našeg svemira.
Qubiti imaju puno potencijala. Trenutno se koriste u kvantnim računalima za rješavanje višedimenzionalnih kvantnih algoritama i pokretanje kvantnih modela. Ono što je prilično nevjerojatno kod kubita je da mogu postojati u više stanja istovremeno. To znači da mogu istovremeno biti nula, jedan ili bilo što između.
Zbog ovog svojstva, qubiti mogu razmatrati više mogućnosti odjednom, što kvantnim računalima daje mogućnost izvođenja izračuna prije nego što stanje objekta postane mjerljivo. To kvantnim računalima omogućuje rješavanje složenih problema puno brže od običnih računala.
Prednosti kvantnih računala
Najveća prednost kvantnih računala je brzina kojom mogu izvoditi izračune. Takva tehnologija može osigurati brzine računanja koje tradicionalna računala nikada neće moći postići. Kvantna računala također su daleko sposobnija za rješavanje složenijih problema od tipičnih računala i mogu pokretati vrlo složene simulacije.
Ova napredna sposobnost koju nose kvantna računala ponekad se naziva "kvantna superiornost," budući da imaju potencijal daleko veći od računala ili čak naprednih superračunala, mogao postići u sljedećih nekoliko godina ili desetljeća. Ali kvantna računala nipošto nisu savršena. Ovi strojevi imaju nekoliko nedostataka koji mogu utjecati na njihov budući uspjeh.
Loše strane kvantnih računala
Budući da su kvantna računala još uvijek u fazi prototipa, mnoge probleme tek treba prevladati.
Prvo, kvantna računala trebaju ekstremna okruženja u kojima funkcioniraju. Zapravo, ovi strojevi moraju postojati na temperaturama od oko 450 stupnjeva Fahrenheita. Zbog toga je kvantnim računalima teško pristupiti većini tvrtki i javnosti. Povrh toga, kvantna računala su vrlo velika u usporedbi s današnjim standardnim modelima, slično koliko je veliko bilo prvo računalo. Iako će se to vjerojatno promijeniti u budućnosti, pridonijet će nedostupnosti ove tehnologije za obične ljude u ranim fazama razvoja.
Kvantna računala također se još uvijek suočavaju sa stopama grešaka koje su jednostavno previsoke. Za uspješnu integraciju u razne industrije, moramo biti sigurni da ti strojevi pružaju visoku stopu uspješnosti kako bi se na njih mogli pouzdati.
Sada kada razumijemo osnove kvantnog računalstva i njegove prednosti i nedostatke, pozabavimo se time kako se ova tehnologija može primijeniti u raznim industrijama.
Upotreba kvantnog računarstva
Budući da je kvantno računalstvo još uvijek donekle u ranim fazama razvoja, razbacuju se mnoge ideje o tome što bi moglo jednog dana učiniti. Postoji mnogo zabluda u vezi s kvantnim računalima, što je uglavnom posljedica nesporazuma o tehnologiji. Neki ljudi predlažu da će se kvantna računala koristiti za ulazak u paralelne svemire ili čak za simulaciju putovanja kroz vrijeme.
Iako se ove mogućnosti ne mogu točno isključiti, moramo se usredotočiti na realističnije primjene kvantnog računalstva koje bi se mogle postići tijekom sljedećih nekoliko desetljeća. Dakle, prijeđimo na primjene kvantnog računalstva.
1. Umjetna inteligencija i strojno učenje
Umjetna inteligencija i strojno učenje još su dvije tehnologije koje se čine gotovo futurističkima, ali s godinama postaju sve naprednije. Kako se ove tehnologije razvijaju, možda ćemo morati prijeći sa standardnih računala. Ovdje bi mogla uskočiti kvantna računala, sa svojim golemim potencijalom za brzo procesiranje funkcija i rješavanje izračuna.
2. Kibernetička sigurnost
Kako kibernetički kriminalci postaju sve sofisticiraniji, naša potreba za visokom razinom kibernetičke sigurnosti raste. Danas, kibernetički kriminal je zabrinjavajuće čest, s tisućama ljudi koji su ciljani mjesečno.
Koristeći kvantno računalstvo, možda ćemo jednog dana moći lakše razviti visokokvalitetne kibersigurnosne protokole koji se mogu uhvatiti u koštac i s najsofisticiranijim napadima.
Kvantno računalstvo također ima potencijal pomoći u kriptografiji, posebno u polju poznatom kao kvantna kriptografija. Ovo istražuje čin iskorištavanja kvantne mehanike za obavljaju kriptografske funkcije.
3. Razvoj lijekova
Sposobnost kvantnih računala da predvide ishod situacija može ih učiniti učinkovitima u razvoju lijekova. Kvantno računalo bi jednog dana moglo pomoći u predviđanju kako se određene molekule ponašaju u određenim scenarijima. Na primjer, kvantno računalo moglo bi predvidjeti kako će se droga ponašati u tijelu osobe.
Ova povišena razina istraživanja mogla bi znatno olakšati razdoblje pokušaja i pogrešaka u razvoju lijekova.
Zabrinutost oko kvantnog računalstva
Kada se razvija nova vrsta tehnologije, prirodno je da se ljudi osjećaju malo zabrinuto. Dakle, treba li nas kvantno računalstvo brinuti?
Mnogo se govorilo o kibernetičkoj sigurnosti opasnosti koje nose kvantna računala. Iako kvantna računala mogu pomoći u postizanju viših razina digitalne sigurnosti, stvari bi mogle krenuti u suprotnom smjeru. Iako je ova prijetnja u ovom trenutku hipotetska, postoji šansa da bi se mogla razviti u pitanje u nadolazećim godinama, osobito kada kvantna računala postanu dostupna široj javnosti populacija. Neke tvrtke već nude "kvantno otporni VPN" usluge u iščekivanju.
Budući da kvantna računala mogu riješiti vrlo složene probleme, njihov potencijal za učinkovitije probijanje lozinki i dešifriranje podataka povećava se. Dok se čak i superračunala bore da pronađu velike ključeve za dešifriranje, kvantna računala bi jednog dana mogla imati mogućnost lakog dešifriranja osjetljivih podataka, što bi bila dobra vijest za zlonamjerne aktere.
Kvantno računalstvo će nas gurnuti u budućnost
Mogućnosti koje nudi kvantno računalstvo nisu ništa manje nego nevjerojatne i jednog će dana biti ostvarive. Iako je kvantno računalstvo još uvijek u ranoj fazi, daljnji napredak u ovom polju mogao bi nas dovesti do velikih tehnoloških podviga. Samo će vrijeme pokazati s ovim!
