I vår moderna tid är standarddatorer utan tvekan avancerade jämfört med vad vi kunde uppbringa för några decennier sedan. Men med hur snabba och olika datorer är nu är det svårt att föreställa sig något som kan bli ännu bättre. Ange quantum computing. Detta vetenskapsområde syftar till att använda universums lagar för att uppnå otroliga mål.
Så, vad exakt är kvantberäkning, och hur kommer det att påverka vår värld i framtiden?
Vad är Quantum Computing?
Även om dynamiken i kvantberäkningar fortfarande studeras idag, uppstod den ursprungligen på 1980-talet av fysikern Paul Benioff. Vid denna tidpunkt föreslog Benioff en kvantberäkningsmodell av Turing-maskinen. Efter detta hjälpte efterföljande individer till att utveckla teorin och tillämpningen av kvantberäkning, inklusive Isaac Chuang och Neil Gershenfeld.
Definitionen av kvantberäkning skiljer sig något beroende på vilken sida du besöker. Dess mest grundläggande form är en slags datoranvändning som förlitar sig på kvantmekanik för att fungera. Medan kvantdatorer en gång bara var en teori på papper, kommer de nu till liv.
Så, vilken typ av kvantdatorer har vi att göra med idag?
Quantum computing är fortfarande mycket under utveckling. Det är ett otroligt komplext område som har gett vika för många prototypmodeller, som Googles kvantdator Sycamore. 2019 meddelade Google att Sycamore tog minuter att lösa en beräkning som skulle ta en superdator 10 000 år. Men vad är skillnaden med kvantdatorer? Hur kan de utföra sådana enorma bedrifter?
Grunderna i Quantum Computing
En typisk dator använder enheter som kallas bitar för att fungera. En bit kan och kommer bara att ha ett av två värden: noll eller ett. Dessa bitar används för att skriva binär kod, en absolut häftklammer i datorvärlden.
Å andra sidan är något känt som en kvantbit (qubit) den mest grundläggande enheten av kvantdatorer. Det är dessa enheter som kvantdatorer behöver för att lagra data och utföra funktioner. En qubit kan bära information i ett kvanttillstånd och kan genereras på ett antal sätt, till exempel genom spinn av en elektron.
Qubits kan också ta hur många former som helst, såsom en foton eller fångade joner. Dessa är oändligt små partiklar som utgör grunden för vårt universum.
Qubits har mycket potential. De används för närvarande i kvantdatorer för att lösa flerdimensionella kvantalgoritmer och köra kvantmodeller. Det som är ganska otroligt med qubits är att de kan existera i flera tillstånd samtidigt. Det betyder att de samtidigt kan vara noll, ett eller något däremellan.
På grund av denna egenskap kan qubits överväga flera möjligheter samtidigt, vilket ger kvantdatorer möjligheten att utföra beräkningar innan ett objekts tillstånd blir mätbart. Detta gör att kvantdatorer kan lösa komplexa problem mycket snabbare än vanliga datorer.
Uppsidorna med kvantdatorer
Den största fördelen med kvantdatorer är den hastighet med vilken de kan utföra beräkningar. Sådan teknik kan ge datorhastigheter som traditionella datorer aldrig kommer att kunna uppnå. Kvantdatorer är också mycket mer kapabla att lösa mer komplexa problem än vanliga datorer och kan köra mycket komplexa simuleringar.
Denna avancerade förmåga som finns i kvantdatorer kallas ibland för "kvantöverlägsenhet," eftersom de har potential långt utöver vad datorer, eller till och med avancerade superdatorer, skulle kunna uppnå under de närmaste åren eller decennierna. Men kvantdatorer är inte på något sätt perfekta. Dessa maskiner kommer med några nackdelar som kan påverka deras framtida framgång.
Nackdelarna med kvantdatorer
Eftersom kvantdatorer fortfarande är i prototypstadiet måste många problem fortfarande övervinnas.
För det första behöver kvantdatorer extrema miljöer för att fungera. Faktum är att dessa maskiner måste existera i temperaturer på runt 450 grader Fahrenheit. Detta gör det svårt för kvantdatorer att nås av de flesta företag och av allmänheten. Ovanpå detta är kvantdatorer väldigt stora jämfört med dagens standardmodeller, liknande hur stor den första datorn var. Även om detta sannolikt kommer att förändras i framtiden, kommer det att bidra till otillgängligheten av denna teknik för vanliga människor i de tidiga utvecklingsfaserna.
Kvantdatorer hanterar också fortfarande felfrekvenser som är alldeles för höga. För framgångsrik integration i olika branscher måste vi vara säkra på att dessa maskiner ger en hög framgångsfrekvens så att de kan lita på.
Nu när vi förstår grunderna för kvantberäkning och dess för- och nackdelar, låt oss gå in på hur denna teknik kan tillämpas i olika branscher.
Användningen av kvantberäkning
Eftersom kvantdatorn fortfarande befinner sig något i dess tidiga utvecklingsstadier, kastas många idéer runt om vad den en dag skulle kunna göra. Det finns många missuppfattningar där ute angående kvantdatorer, vilket i stor utsträckning beror på missförstånd om tekniken. Vissa människor föreslår att kvantdatorer kommer att användas för att komma in i parallella universum eller till och med simulera tidsresor.
Även om dessa möjligheter inte exakt kan uteslutas, måste vi fokusera på de mer realistiska tillämpningarna av kvantberäkning som kan uppnås under de närmaste decennierna. Så låt oss gå in på tillämpningarna av kvantberäkning.
1. Artificiell intelligens och maskininlärning
Artificiell intelligens och maskininlärning är två andra tekniker som verkar nästan futuristiska men som blir mer avancerade med åren. När dessa teknologier utvecklas kan vi behöva gå vidare från vanliga datorer. Det är här kvantdatorer skulle kunna kliva in, med sin enorma potential att bearbeta funktioner och lösa beräkningar snabbt.
2. Cybersäkerhet
I takt med att cyberkriminella blir mer sofistikerade ökar vårt behov av höga nivåer av cybersäkerhet. I dag, cyberbrottslighet är oroande vanligt, med tusentals människor som riktas varje månad.
Med hjälp av kvantberäkning kan vi en dag lättare utveckla högkvalitativa cybersäkerhetsprotokoll som kan hantera även de mest sofistikerade attackerna.
Quantum computing har också potential att hjälpa till med kryptografi, särskilt inom ett område som kallas kvantkryptografi. Detta utforskar handlingen att utnyttja kvantmekaniken till utföra kryptografiska funktioner.
3. Läkemedelsutveckling
Förmågan hos kvantdatorer att förutsäga utfallet av situationer kan göra dem effektiva i läkemedelsutveckling. En kvantdator kan en dag hjälpa till att förutsäga hur vissa molekyler agerar i vissa scenarier. Till exempel kan en kvantdator förutsäga hur en drog skulle bete sig i en persons kropp.
Denna förhöjda forskningsnivå skulle kunna göra försök-och-fel-perioden för läkemedelsutveckling så mycket lättare.
Oron kring kvantberäkningar
När en ny typ av teknik utvecklas är det naturligt att människor känner sig lite oroliga. Så borde kvantberäkning vara ett problem för oss?
Det har pratats mycket om cybersäkerhet risker som kvantdatorer utgör. Även om kvantdatorer kan hjälpa till att uppnå högre nivåer av digital säkerhet, kan saker och ting gå åt andra hållet. Även om detta hot är hypotetiskt för tillfället, finns det en chans att det kan utvecklas till ett problem under de kommande åren, särskilt när kvantdatorer blir tillgängliga för allmänheten befolkning. Vissa företag erbjuder redan "kvantsäker VPN"tjänster i väntan.
Eftersom kvantdatorer kan lösa mycket komplexa problem, kan deras potential för effektivare lösenordsknäckning och data dekryptering ökar. Även om till och med superdatorer kämpar för att hitta stora dekrypteringsnycklar, kan kvantdatorer en dag ha förmågan att enkelt dekryptera känslig data, vilket skulle vara mycket goda nyheter för illvilliga aktörer.
Quantum Computing kommer att driva oss in i framtiden
Möjligheterna med kvantberäkningar är inget mindre än otroliga och kommer en dag att vara möjliga. Även om kvantberäkning fortfarande är i ett tidigt skede, kan fortsatta framsteg inom detta område leda oss till enorma tekniska bedrifter. Bara tiden får utvisa med denna!