آیا برای انقلاب محاسبات کوانتومی آماده هستید؟


خلاصه اجرایی

مسابقه کوانتوم قبلاً آغاز شده است. دولت ها و سرمایه گذاران خصوصی در سراسر جهان میلیاردها دلار صرف تحقیق و توسعه کمی می کنند. توزیع کلید کوانتومی مبتنی بر ماهواره برای رمزنگاری مشخص شده و بنیان شبکه ارتباطی جهانی مبتنی بر امنیت کوانتومی را بنا نهاده است. IBM ، گوگل ، مایکروسافت ، آمازون و سایر شرکت ها سرمایه گذاری زیادی در توسعه سخت افزار و نرم افزار محاسبات کوانتومی در مقیاس بزرگ انجام می دهند. هنوز کسی در آنجا نیست. با این حال ، رهبران تجارت باید استراتژی هایی را برای پرداختن به سه زمینه اصلی در نظر بگیرند: 1.) برنامه ریزی برای امنیت کمی ، 2.) تعریف موارد استفاده برای محاسبات کوانتومی ، و 3) تفکر از طریق طراحی مسئولانه. با برنامه ریزی مسئولانه ، ضمن پذیرفتن عدم اطمینان در آینده ، شرکت ها می توانند شانس آماده شدن برای آینده کمی را بهبود ببخشند.

بیشتر بخوانیم:
با این هدایای کاملاً خیره کننده هالووین ترس را به ارمغان آورید

Sandeepkumar Patel / گتی ایماژ

فیزیک کوانتوم واقعاً زندگی ما را تغییر داده است. به لطف اختراع لیزر و ترانزیستور – هر دو محصول تئوری کوانتوم – تقریباً هر دستگاه الکترونیکی که امروز استفاده می کنیم نمونه ای از فیزیک کوانتوم در کار است. اکنون که می خواهیم بیشتر از قدرت جهان کوانتوم استفاده کنیم ، ممکن است اکنون در آستانه یک انقلاب کوانتومی دوم باشیم. محاسبات کوانتومی و ارتباطات کوانتومی می توانند بسیاری از بخش ها را تحت تأثیر قرار دهند ، از جمله بهداشت ، انرژی ، امور مالی ، امنیت و سرگرمی. مطالعات اخیر پیش بینی صنعت کوانتومی به ارزش میلیاردها دلار تا سال 2030 را نشان می دهد. با این وجود ، قبل از دستیابی به این سطح از تأثیر گسترده ، باید بر چالش های عملی قابل توجهی غلبه کرد.

کوانتوم در مقابل کلاسیک

اگرچه نظریه کوانتوم بیش از یک قرن قدمت دارد ، اما انقلاب کوانتومی فعلی مبتنی بر این واقعیت است که اخیراً عدم قطعیت – یک ویژگی اساسی ذرات کوانتوم – می تواند یک منبع قدرتمند باشد. در سطح ذرات کوانتومی منفرد ، مانند الکترون یا فوتون (ذرات نور) ، شناخت دقیق هر مشخصه ذره در هر برهه از زمان غیرممکن است. به عنوان مثال ، GPS موجود در اتومبیل شما می تواند موقعیت ، سرعت و جهت شما را یک باره به شما بگوید و به اندازه کافی دقیق است تا شما را به مقصد برساند. اما سیستم موقعیت یابی کوانتومی جهانی (GPS) نمی تواند همه خصوصیات الکترون را به طور همزمان و دقیق نشان دهد ، نه به دلیل طراحی نادرست ، بلکه به دلیل قوانین فیزیک کوانتوم از این امر جلوگیری می کند. در دنیای کوانتوم ، ما باید از زبان احتمالات استفاده کنیم ، نه از یقین. در زمینه محاسبه بر اساس اعداد دودویی (بیت) 0 و 1 ، این بدان معنی است که بیت های کوانتومی (qubits) احتمال 1 و برخی احتمال 0 به طور همزمان دارند.

مرکز بینش

این عدم دقت در ابتدا گیج کننده است. در رایانه های کلاسیک روزمره ، 0 و 1 با سوئیچ ها و مدارهای الکترونیکی روشن و خاموش مرتبط هستند. ندانستن دقیق اینکه آیا کار می کند یا نه از نظر رایانه منطقی نخواهد بود. در واقع ، ممکن است منجر به اشتباه در محاسبات شود. اما ایده انقلابی پردازش اطلاعات کوانتومی این است که عدم اطمینان کوانتومی – که یک رسانه مبهم بین “برهم نهی” صفر و یک است – در واقع یک خطا نیست ، بلکه یک مزیت است. این اهرم های جدیدی را برای راه های کارآمدتر برقراری ارتباط و پردازش داده ها فراهم می کند.

ارتباط کوانتومی و محاسبات کوانتومی در محل کار

یکی از پیامدهای ماهیت احتمالی نظریه کوانتوم این است که اطلاعات کوانتومی را نمی توان به طور دقیق رونویسی کرد. از نظر ایمنی ، این یک بازی را تغییر می دهد. هکرهایی که سعی در تکثیر کلیدهای کوانتومی مورد استفاده برای رمزگذاری و ارسال پیام دارند ، حتی اگر به رایانه کوانتومی یا سایر منابع قدرتمند دسترسی داشته باشند ناامید می شوند. این رمزگذاری غیرقابل نفوذ اساساً بر اساس قوانین فیزیک است نه الگوریتم های پیچیده ریاضی که امروزه استفاده می شود. در حالی که تکنیک های کدگذاری ریاضی مستعد شکسته شدن توسط رایانه های قدرتمند کافی هستند ، شکستن رمزنگاری کوانتومی مستلزم نقض قوانین فیزیک است.

همانطور که رمزنگاری کوانتومی با روشهای رمزگذاری فعلی مبتنی بر پیچیدگی ریاضی تفاوت اساسی دارد ، رایانه های کوانتومی نیز با رایانه های کلاسیک امروزی تفاوت اساسی دارند. این دو ماشین ، اسب و ارابه متفاوت هستند. این ماشین در مقایسه با اسب و گاری بر اساس قوانین مختلف فیزیک بنا شده است. شما را سریعتر به مقصد می رساند و به مقصدهای جدید و قبلاً غیرقابل دستیابی می رسید. در مورد کامپیوتر کوانتومی در مقایسه با رایانه کلاسیک نیز می توان همین را گفت. یک رایانه کوانتومی از قوانین احتمالی فیزیک کوانتوم برای پردازش داده ها و انجام محاسبات به روشی جدید استفاده می کند. این می تواند بعضی از کارهای محاسباتی را سریعتر به اتمام برساند ، و می تواند کارهای جدیدی را که قبلاً غیرممکن بود ، مثلاً ، حمل و نقل کوانتومی ، که در آن اطلاعات رمزگذاری شده در ذرات کوانتوم در جایی ناپدید می شوند و دقیقاً (اما نه بلافاصله) در یک مکان دور دیگر بازسازی می شوند ، انجام دهد. در حالی که به نظر می رسد این داستان علمی تخیلی است ، این شکل جدید انتقال داده می تواند یک جز component حیاتی در اینترنت کوانتومی آینده باشد.

یک کاربرد بسیار مهم رایانه های کوانتومی ممکن است شبیه سازی و تجزیه و تحلیل مولکول ها برای توسعه دارو و طراحی مواد باشد. یک رایانه کوانتومی به طور منحصر به فردی برای چنین کارهایی مناسب است زیرا طبق قوانین فیزیک کوانتومی ذراتی که شبیه سازی می کند کار خواهد کرد. استفاده از ماشین کوانتوم برای شبیه سازی شیمی کوانتوم ممکن است بسیار کارآمدتر از استفاده از سریعترین ابر رایانه های کلاسیک امروزی باشد.

رایانه های کوانتومی همچنین برای حل کارهای پیچیده بهینه سازی و انجام جستجوی سریع برای داده های طبقه بندی نشده ایده آل هستند. این ممکن است برای بسیاری از برنامه ها ، از فیلتر کردن آب و هوا ، داده های بهداشتی یا مالی ، تا بهبود تدارکات زنجیره تامین ، مدیریت نیروی کار یا جریان ترافیک مناسب باشد.

برای آینده کمی آماده شوید

مسابقه کوانتوم قبلاً آغاز شده است. دولت ها و سرمایه گذاران خصوصی در سراسر جهان میلیاردها دلار صرف تحقیق و توسعه کمی می کنند. توزیع کلید کوانتومی مبتنی بر ماهواره برای رمزنگاری مشخص شده و بنیان شبکه ارتباطی جهانی مبتنی بر امنیت کوانتومی را بنا نهاده است. IBM ، گوگل ، مایکروسافت ، آمازون و سایر شرکت ها سرمایه گذاری زیادی در توسعه سخت افزار و نرم افزار محاسبات کوانتومی در مقیاس بزرگ انجام می دهند. هنوز کسی در آنجا نیست. در حالی که امروزه اندازه رایانه های کوانتومی کوچک است ، اما یکی از اصلی ترین موانع مقیاس بندی فناوری ، مسئله مقابله با خطاها است. در مقایسه با بیت ها ، کیوبیت ها بسیار شکننده هستند. حتی کوچکترین اخلال در دنیای خارج نیز برای از بین بردن اطلاعات کوانتومی کافی است. به همین دلیل است که اکثر ماشین آلات فعلی باید در محیط های منزوی که در دمای بسیار سردتر از فضای خارج کار می کنند ، به دقت محافظت شوند. در حالی که یک چارچوب نظری برای اصلاح خطای کمی ایجاد شده است ، اجرای آن به روش صرفه جویی در انرژی و منابع چالش های عمده مهندسی را ایجاد می کند.

با توجه به وضعیت فعلی این رشته ، مشخص نیست که چه زمانی و یا تمام قدرت محاسبات کوانتومی در دسترس است. با این حال ، رهبران کسب و کار باید در نظر داشته باشند که استراتژی هایی را برای پرداختن به سه حوزه اصلی در نظر بگیرند:

  1. برنامه ریزی برای امنیت کوانتومی: پروتکل های رمزگذاری داده های فعلی نه تنها در مقابل رایانه های کوانتومی آینده ، بلکه در برابر رایانه های کلاسیک قدرتمندتر نیز آسیب پذیر هستند. استانداردهای جدید برای کدگذاری (اعم از کلاسیک یا کوانتومی) اجتناب ناپذیر است. انتقال به یک ساختار ایمن کوانتومی و پشتیبانی از یک زیرساخت امنیت داده به برنامه ریزی کمی ، منابع و تخصص نیاز دارد. حتی اگر رایانه های کوانتومی یک دهه دیگر فاصله نداشته باشند ، انتظار برای سازگاری تا آن زمان دیر خواهد بود. زمان شروع فرآیند است.
  2. تعریف موارد استفاده: هیچ کس نمی تواند بسیاری از شیوه های تأثیرگذاری رایانه های کلاسیک بر همه جنبه های زندگی ما را پیش بینی کند. پیش بینی برنامه های کوانتومی به همان اندازه چالش برانگیز است. به همین دلیل است که برای استفاده کامل از پتانسیل محاسبات کوانتومی ، رهبران و کارشناسان تجارت در بخشهای مختلف مانند بهداشت ، امور مالی و انرژی باید با محققان کمی و مهندسان سخت افزار / نرم افزار ارتباط برقرار کنند. این امر توسعه راه حلهای کوانتومی مخصوص صنعت را که برای فناوریهای کوانتومی موجود یا برای محاسبات کوانتومی مقیاس پذیر در آینده طراحی شده اند ، تسهیل می کند. تخصص و آموزش بین رشته ای برای ایجاد و رشد فروشگاه کاربردهای کوانتومی بسیار مهم است.
  3. تفکر از طریق طراحی مسئولانه: چه کسی فناوری کوانتومی را توسعه داده و به آن دسترسی خواهد داشت و کاربران چگونه با آن تعامل خواهند داشت؟ تأثیر هوش مصنوعی و بلاکچین ضرورت در نظر گرفتن پیامدهای اجتماعی ، اخلاقی و زیست محیطی فناوری های جدید را نشان داده است. این روزهای آغازین صنعت کوانتوم است. این یک فرصت نادر برای تعبیه روشهای فراگیر از همان ابتدا و ایجاد یک نقشه راه مسئولانه و پایدار برای محاسبات کوانتومی فراهم می کند.

رشد سریع بخش فناوری کمی طی پنج سال گذشته هیجان انگیز بوده است. اما آینده همچنان غیرقابل پیش بینی است. خوشبختانه ، تئوری کوانتوم به ما می گوید که غیرقابل پیش بینی بودن لزوما چیز بدی نیست. در حقیقت ، دو کیوبیت می توانند به گونه ای به هم متصل شوند که به صورت جداگانه نامشخص باشند ، اما کاملاً با هم هماهنگ می شوند – یا هر دو کیوبیت 0 یا هر دو هستند. این ترکیب اطمینان مشترک و غیرقابل پیش بینی بودن فردی – پدیده ای به نام درهم تنیدگی – یک سوخت قدرتمند است که چندین الگوریتم محاسبات کوانتومی. همچنین ممکن است درسی در مورد چگونگی ایجاد یک صنعت کوانتومی برگزار شود. با برنامه ریزی مسئولانه ، ضمن پذیرفتن عدم اطمینان در آینده ، شرکت ها می توانند شانس آماده شدن برای آینده کمی را بهبود ببخشند.


منبع: بادرود نیوز

لینک ها کوتاه شده

tinyurl.com/y28dhjpk
is.gd/nENurV
shrtco.de/cXyBl
clck.ru/Qu4UY
u.nu/tb5qt
ulvis.net/fHB

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *