מחשוב קוונטי תקציר מהימים הראשונים ועד נכון לאחרונה

למחשוב קוונטי

II. מחשוב קוונטי

III. רעיונות מחשוב קוונטי

IV. יישומי מחשוב קוונטי

V. חומרת מחשוב קוונטי

VI. תוכנת מחשוב קוונטי

VII. אתגרי מחשוב קוונטי

ח. הטבות מחשוב קוונטי

ט. חסרונות מחשוב קוונטי

קוריוזים

נוֹשֵׂא	אפשרויות
מחשוב קוונטי	צרכן בסיביות קוונטיות (qubits) כדי לסמל נתונים קוויביטים יכולים להשתנות ל במספר תרחישים בו-זמנית זה מתיר למחשבים קוונטיים להגשים חובות מסוימות מוקדם יותר באופן אקספוננציאלי ממחשבים קלאסיים
מילה קוונטי	שיטה לכתיבת אלגוריתמים קוונטיים צרכן בתחביר מובחן משפות תכנות קלאסיות יהיה גם מסובך ללמוד איך ולהבין
אבולוציה של מחשוב	המחשוב האסתטי היה הצורה השלטת של המחשוב במשך הרבה שנים מחשוב קוונטי הוא אזור חדש לגמרי ומתפתח זה ממשיך להיות בשלבי ההתקדמות המוקדמים רגוע, עם זאת יש לו אפשרי לחולל מהפכה בדרך שבה אנו מערכות מחשב
מחשוב קוונטי	הכללים של מחשוב קוונטי הונחו בתחילת המאה העשרים המחשב האישי הקוונטי הראשוני נבנה בשנות ה-90 המחשוב הקוונטי ממשיך להיות בשלבי ההתקדמות המוקדמים רגוע, עם זאת יש לו אפשרי לחולל מהפכה בדרך שבה אנו מערכות מחשב
הדרך קדימה עבור המחשוב הקוונטי	למחשוב קוונטי יש אפשרי לחולל מהפכה במגוון גדול של תעשיות זה אולי לשימוש לפיתוח תרופות מרשם חדשות מבפנים, לעצב בדים מתחילים וליצור סוגים חדשות מבפנים של בינה מלאכותית הטווח הארוך של המחשוב הקוונטי הוא מזהיר, עם זאת יש ממשיך להיות מצבים תובעניים מספר רב של שצריך לנצח עליהם

II. מחשוב קוונטי

ההיסטוריה של המחשוב הקוונטי היא עבר היסטורי ארוכה ומרתקת, החל מימיה הראשונים של מכניקת הקוונטים. בשנות השמונים החלו חוקרים לחקור בדיקה צולבת את היכולת של מערכות מחשב קוונטיים לפתרון דאגות מסוימות שאינן ניתנות לפתרון עבור מערכות מחשב קלאסיים. בשנות ה-2000, חל גל של סוגיה במחשוב קוונטי, כאשר הסטודנטים התקדמו משמעותית בפיתוח אלגוריתמים וחומרה קוונטיים. בימים אלה, מחשוב קוונטי הוא ממשיך להיות אזור צעיר יותר באופן קיצוני, אך יש לו אפשרי לחולל מהפכה בתחומים מספר רב של ורבים של מדע וטכנולוגיה.

רעיונות מחשוב קוונטי

מחשוב קוונטי הוא מעין חדש לגמרי של מחשוב המשתמש בעקרונות מכניקת הקוונטים לעיבוד נתונים. זה מתיר למחשבים קוונטיים לפענח דאגות מסוימות בלתי אפשריות עבור מערכות מחשב קלאסיים.

אחד מעקרונות הדבר החשוב של מחשוב קוונטי הוא סופרפוזיציה. המשמעות היא שסיבית קוונטית, או קיוביט, יכולה להשתנות ל מוכן של סופרפוזיציה, שבה היא יכול אפילו 0 וכמו כן 1 בו-זמנית. זה מתיר למחשבים קוונטיים להגשים חישובים על מגוון של סיכויים בו-זמנית, מה עשוי להנחות להאצה דרמטית בסוגים מסוימים של חישובים.

עקרון מפתח תוספת של מחשוב קוונטי הוא הסתבכות. שמשמעותה הפריט היא שניתן לקשר שני קיוביטים יחדיו באופן שמצבו של קיוביט אחד משפיע על מצבו של השני, יכול אפילו כאשר הם מופרדים במרחק גדול. זה אולי לשימוש ליצירת אלגוריתמים קוונטיים שהם מספר יותר חזקים מאלגוריתמים קלאסיים.

המחשוב הקוונטי ממשיך להיות בשלבי ההתקדמות המוקדמים רגוע, עם זאת יש לו אפשרי לחולל מהפכה בתחומים מספר רב של ורבים, כמו בינה מלאכותית, קריפטוגרפיה וגילוי תרופות מרשם.

II. מחשוב קוונטי

מחשוב קוונטי הוא אזור חדש לגמרי יחסית, שמקורותיו חדשים בשנות ה-1900 המוקדמות. בשנת 1900, מקס פלאנק הנחה שאנרגיה אינה נפלטת או נספגת בזרם קבוע, אלא במנות נפרדות, או קוונטות. קונספט זה פותח לאחר מכן דרך אלברט איינשטיין, שהראה שהאור עצמו פרחוני מקוונטות, המכונות פוטונים.

בשנות העשרים פיתח ורנר הייזנברג את עקרון אי הידע, הקובע שאי אפשר למדוד יכול אפילו את מיקומו וכמו כן את התנע של חלקיק בשליטה ממש מושלם. לעקרון זה יש עונשים עמוקות על מחשוב קוונטי, שכן המשמעות היא שלא ניתן לנצל במחשבים קוונטיים לביצוע חובות מסוימות שמחשבים קלאסיים יכולים.

בשנות השמונים הציעו דיוויד דויטש וריצ'רד פיינמן את הספקולציה ליישם במכניקת הקוונטים לביצוע חישובים. זה גרם לפיתוח האלגוריתמים הקוונטיים הראשונים, שהצליחו לפענח דאגות שהיו בלתי פתירות עבור מערכות מחשב קלאסיים.

בשנות ה-90, אזור המחשוב הקוונטי החל לצמוח באימפולסיביות. פותחו מגוון של אלגוריתמים קוונטיים מתחילים, ונבנו המחשבים הקוונטיים הראשונים. לחלופין, מערכות מחשב קוונטיים מוקדמים אותם היו קטנים באופן קיצוני ומוגבלים ביכולותיהם.

בשנות ה-2000, אזור המחשוב הקוונטי סבל לצמוח. נבנו מערכות מחשב קוונטיים גדולים וחזקים יותר, ופותחו אלגוריתמים קוונטיים מתחילים. מחשוב קוונטי החל לגרור את תשומת לבם של חברות גדולים וסוכנויות ממשלתיות, שראו את היכולת של מערכות מחשב קוונטיים לחולל מהפכה במגוון גדול של תעשיות.

בימים אלה, אזור המחשוב הקוונטי התגלה ממשיך להיות בשלביו הראשונים, אך הוא צומח באימפולסיביות. ישנם כעת מגוון של יוזמות של מחשוב קוונטי בקנה גודל גדול, והצפוי כי מערכות מחשב קוונטיים יהפכו לזמינים מסחרית בשנים הקרובות. כאשר זה מתרחש, למחשוב קוונטי צפויה להשתנות ל השפעה עצומה על כל הסוגים של תעשיות, מפיננסים ועד שירותי רווחה ועד בינה מלאכותית.

V. חומרת מחשוב קוונטי

חומרת מחשוב קוונטי היא המכשירים הפיזיים המשמשים לביצוע חישובים קוונטיים. התקנים אותם מורכבים ברוב המקרים מקיוביטים, שהם יחידת הרעיונות הבסיסית במחשוב קוונטי. קוויביטים לא מעט מ מביטים קלאסיים בכך שהם יכולים לתחזק בסופרפוזיציה של תרחישים, באופן ספציפי הם לעתים קרובות 0 ו-1 בו זמנית. אפשרות זו של קיוביטים מאפשרת למחשבים קוונטיים להגשים חישובים מסוימים שאינם אפשריים עבור מערכות מחשב קלאסיים.

ישנם מגוון של זנים לא מעט מ של ארכיטקטורות חומרת מחשוב קוונטי שנמצאים בפיתוח. יסוד מהנפוצים ביותר כוללים:

• מערכות מחשב קוונטיים של מלכודת יונים לקוחות ביונים כלואים, מזכיר יוני בריליום, כקיוביטים. קוויביטים אותם מוחזקים דרך שדות אלקטרומגנטיים, ומצביהם מטופלים באמצעות לייזרים.
• מחשבי תהודה מגנטית גרעינית (NMR) לקוחות בספינים הגרעיניים של אטומים כקיוביטים. קיוביטים אותם מטופלים באמצעות גלי מערכת סטריאו.
• מערכות מחשב קוונטיים פוטונים לקוחות בפוטונים כקיוביטים. קיוביטים אותם עוברים מניפולציה באמצעות רכיבים אופטיים, מזכיר מפצלי אלומה ומעבירי פאזה.
• מערכות מחשב קוונטיים מוליכי-על לקוחות בקיוביטים מוליכים-על, העשויים מחומרים בעלי התנגדות אפסית לזרם חשמלי. קיוביטים אותם מטופלים באמצעות גלי מיקרו.

לכל אחת מהארכיטקטורות הללו יש הטבות וחסרונות משלה. מערכות מחשב קוונטיים מלכודת יונים הם אחת הטכנולוגיות הבוגרות ביותר, אך הם יכול אפילו מהיקרות ביותר. מחשבי NMR קוונטים הם זולים יחסית, עם זאת הם יכול אפילו הרבה פחות ניתנים להרחבה מארכיטקטורות אחרות. מערכות מחשב קוונטיים פוטוניים הם מהירים באופן קיצוני, עם זאת הם יכול אפילו באופן קיצוני שבירים. מערכות מחשב קוונטיים מוליכי-על הם עידן חדשה ומבטיחה, אך הם ממשיך להיות בשלבי ההתקדמות המוקדמים שלהם ממש.

ההתקדמות של חומרת מחשוב קוונטי הוא אזור שמתפתח באימפולסיביות. ככל שיתפתחו מדעים יישומיים חדשות מבפנים, כישרונות המחשבים הקוונטים ימשיכו לעצום. זה יוביל למרות הכל לפיתוח מערכות מחשב קוונטיים המסוגלים לפענח דאגות בלתי אפשריות עבור מערכות מחשב קלאסיים.

VI. תוכנת מחשוב קוונטי

תוכנת מחשוב קוונטי נועדה לפעול על מערכות מחשב קוונטיים. זה אזור חדש לגמרי יחסית, ועדיין נעשה מספר ניתוח בתחום הזה. לחלופין, יש כבר מגוון של תוכנות מחשוב קוונטי זמינות, משלב:

* Qiskit: Qiskit היא ספריית Python עבור מחשוב קוונטי שפותחה דרך IBM. הוא שנותן הרבה ציוד לפיתוח והרצה של אלגוריתמים קוונטיים.
* Cirq: Cirq היא ספריית Python עבור מחשוב קוונטי שפותחה דרך גוגל. הוא שנותן הרבה ציוד לפיתוח והרצה של אלגוריתמים קוונטיים.
* ProjectQ: ProjectQ היא ספריית C++ עבור מחשוב קוונטי שפותחה דרך ETH ציריך. הוא שנותן הרבה ציוד לפיתוח והרצה של אלגוריתמים קוונטיים.

אלו הן רק מעטים מתוכנות המחשוב הקוונטי הרבות ההיצע. ככל שתחום המחשוב הקוונטי ממשיך להתאים את עצמך, אנו יכולים להסתכל על להציץ תוכנות מחשוב קוונטי חדשניות ועוצמתיות נוסף יותר מפותחות.

VII. אתגרי מחשוב קוונטי

מחשוב קוונטי הוא עידן חדשה ומבטיחה בלי אפשרי לחולל מהפכה בתחומים מספר רב של. לחלופין, ישנם מגוון של מצבים תובעניים שצריך לנצח עליהם קודם ל שניתן כנראה יהיה ליישם במחשבים קוונטיים אינטנסיבי. מצבים תובעניים אלו כוללים:

• רעש: מערכות מחשב קוונטיים רגישים לרעש, שעלול לשבור לפעולתם. רעש זה אולי להצליח ב ממגוון משאבים, כמו הסביבה שלנו, החומרה עצמה והאלגוריתמים המשמשים להפעלה על המחשב האישי.
• שינוי שגיאות: מערכות מחשב קוונטיים מועדים יותר לשגיאות ממחשבים קלאסיים. הרציונל לכך היא שסיביות קוונטיות, או קיוביטים, כישרונות להשתנות ל בסופרפוזיציה של תרחישים, מה שהופך אותן ליותר רגישות לשגיאות. יש הכרח בטכניקות לתיקון שגיאות כדי להחליש את מגוון של השגיאות המתרחשות במחשב קוונטי.
• מדרגיות: מערכות מחשב קוונטיים צריכים להשתנות ל ניתנים להרחבה כדי להשתנות ל שימושיים עבור חבילות על כדור הארץ האמיתי. שמשמעותה הפריט היא שהם צריכים להשתנות ל מסוגלים לטפל ב הרבה מ קיוביטים ולבצע חישובים מורכבים.
• חבילות: ישנן מגוון של חבילות פוטנציאליים למחשוב קוונטי, אך ממשיך להיות לא מיותר לציין אילו חבילות יהיו המוצלחים ביותר. הרציונל לכך היא שמחשבים קוונטיים ממשיך להיות בשלבי ההתקדמות המוקדמים שלהם ממש, ועדיין לא מפורסם כיצד הם יפעלו בהגדרות של המגזר האמיתי.

אפילו נניח האתגרים הללו, מחשוב קוונטי הוא עידן חדשה ומבטיחה בלי אפשרי לחולל מהפכה בתחומים מספר רב של. ככל שהחוקרים ממשיכים להרחיב מערכות מחשב קוונטיים ולהתגבר על האתגרים העומדים בפניהם, כנראה יש שהמחשוב הקוונטי יהפוך לתת דחיפה ל יותר ולשימוש אינטנסיבי יותר.

הטבות מחשוב קוונטי

מחשוב קוונטי מספק מגוון יתרונות פוטנציאליים על פני מחשוב מתוחכם מדי, משלב:

• קצב: מערכות מחשב קוונטיים יכולים להגשים חישובים מסוימים מוקדם יותר באופן אקספוננציאלי ממחשבים קלאסיים. הרציונל לכך היא שמחשבים קוונטיים יכולים ליישם בסופרפוזיציה ובהסתבכות כדי לסמל ולעבד נתונים באופן שמחשבים קלאסיים אינם יכולים.
• דיוק: מערכות מחשב קוונטיים יכולים להשתנות ל מדויקים יותר ממחשבים קלאסיים בפתרון דאגות מסוימות. הרציונל לכך היא שמחשבים קוונטיים יכולים ליישם בתיקון שגיאות קוונטי כדי לפתור שגיאות המתרחשות בשלב מסוים של החישוב.
• עוצמה אנרגיה חשמלית: מחשבי קוונטים יכולים להשתנות ל חסכוניים יותר בצריכת החשמל ממחשבים קלאסיים. הרציונל לכך היא שמחשבים קוונטיים אינם דורשים כוח רבה כדי לפעול כמו מערכות מחשב קלאסיים.
• בטיחות: ניתן לנצל במחשבי קוונטיים ליצירת אלגוריתמים קריפטוגרפיים מאובטחים יותר ממחשבים קלאסיים. הרציונל לכך היא שמחשבים קוונטיים יכולים לפגוע סוגים ספציפיים של הצפנה שנחשבים בימים אלה למאובטחים.

הטבות אלו הופכים את המחשוב הקוונטי לטכנולוגיה מבטיחה עבור כל הסוגים של חבילות, משלב:

• למידת ידוע כ
• עיבוד שפה טבעית
• כִּימִיָה
• מדע החומרים
• לְמַמֵן

ככל שטכנולוגיית המחשוב הקוונטי ממשיכה להתאים את עצמך, כנראה יש שנראה נוסף יותר חבילות לטכנולוגיה בעלות הזו.

ט. חסרונות מחשוב קוונטי

אפילו נניח היתרונות המגוונים של מחשוב קוונטי, יש יכול אפילו מגוון של חסרונות שיש לחשוב על. אותם כוללים:

• דקוהרנטיות קוונטית. מערכות מחשב קוונטיים רגישים ביותר לרעש סביבתי, שעלול לדחוף לקיוביטים שלהם ממש להתפרק ולאבד את מצבם הקוונטי. זה אולי להקשות על סיים חישובים מדויקים במחשב קוונטי.
• שינוי שגיאות קוונטי. שינוי שגיאות קוונטי הוא דרך אחת שניתן ליישם בה כדי למתן את ההשלכות של דה-קוהרנטיות קוונטית. לחלופין, הוא מפואר מבחינה חישובית וירצה להאט משמעותית את הביצועים של מחשב אישי קוונטי.
• מדרגיות. מספר יותר מסובך להאריך מערכות מחשב קוונטיים ממחשבים קלאסיים. הרציונל לכך היא שמספר הקיוביטים הנדרשים לביצוע חישוב נתון מתרחב באופן אקספוננציאלי בלי ממד הסוגיה. זה מקשה על בניית מערכות מחשב קוונטיים גדולים מספיק כדי לפענח דאגות מעשיות.
• תִכנוּת. מערכות מחשב קוונטיים מספר יותר קשים לתכנות ממחשבים קלאסיים. הרציונל לכך היא שמחשבים קוונטיים יכולים להגשים כל הסוגים בהרבה של תנועות ממחשבים קלאסיים, ואין שפות תכנות מבוססות למחשבים קוונטיים.

אלו רק מעטים מהחסרונות של מחשוב קוונטי. לחלופין, חזק מאוד לרמוז כי חסרונות אלו אינם בלתי עבירים. ככל שהמחקר על מחשוב קוונטי נמשך, כנראה יש שהחסרונות הללו יתגברו. זה יהפוך את המחשוב הקוונטי לטכנולוגיה כמעט וחזקה יותר, בלי אפשרי לחולל מהפכה בדרך שבה אנו חושבים על מחשוב.

ש: מהו מחשוב קוונטי?

ת: מחשוב קוונטי הוא מעין חדש לגמרי של מחשוב המשתמש בעקרונות מכניקת הקוונטים כדי להגשים חישובים. זה מובחן ממחשוב מתוחכם מדי, שמשתמש בסיביות שיכולות להשתנות ל 0 או 1. סיביות קוונטיות, או קיוביטים, כישרונות להשתנות ל 0, 1 או שניהם בו-זמנית. זה מתיר למחשבים קוונטיים להגשים חישובים מסוימים מספר יותר מהר טוען מערכות מחשב קלאסיים.

ש: מהם היישומים של מחשוב קוונטי?

ת: למחשוב קוונטי יש אפשרי לחולל מהפכה בתחומים מספר רב של ורבים, משלב למידה תרופות מרשם, מודלים פיננסיים ובינה מלאכותית. זה אולי לשימוש יכול אפילו לפיתוח בדים מתחילים ולפתור דאגות מורכבות שכרגע בלתי אפשריות עבור מערכות מחשב קלאסיים.

ש: מהם האתגרים של מחשוב קוונטי?

ת: ישנם מגוון של מצבים תובעניים הקשורים למחשוב קוונטי, משלב בנייה קיוביטים יציבים, עיצוב אלגוריתמים יעילים ובניית מערכות מחשב קוונטיים בקנה גודל גדול. לחלופין, בתחומים אלו חלה התפתחות משמעותית, והצפוי כי מחשוב קוונטי יהפוך למציאות בשנים הקרובות.