Что такое квантовые вычисления [и почему предприятия должны об заботиться]


Квантовые вычисления переходят от научной фантастики к реальности. Вот что должны знать корпоративные ИТ-специалисты.

Первое, что нужно знать о квантовых вычислениях, это то, что они не вытеснят традиционные или «классические» вычисления. Второе, что нужно знать: квантовые вычисления - все еще зарождающаяся технология, которая, вероятно, не будет готова к прайм-тайм еще несколько лет.

И третье, что вы должны знать? Время , чтобы начать защищать безопасность ваших данных от квантовых компьютеров в настоящее время.

Вот обзор того, что вы должны знать о квантовых вычислениях.

Квантовые вычисления объяснили
Классические компьютеры, которые мы использовали десятилетиями, используют последовательность двоичных разрядов. Каждый бит всегда находится в одном из двух определенных состояний - 0 или 1, которые действуют как переключатели включения и выключения для управления функциями компьютера. В отличие от этого, квантовый компьютер использует квантовые биты или кубиты. Каждый кубит может представлять как 0, так и 1 одновременно. Следовательно, квантовые компьютеры могут хранить гораздо больше информации, чем классические компьютеры, и могут обрабатывать огромное количество вычислений, выполняемых параллельно в течение нескольких секунд - гораздо быстрее, чем самые быстрые классические компьютеры.

Квантово-вычислительные термины
Вкратце, нужно знать несколько терминов квантовых вычислений:

Квантовая механика , она же квантовая физика. Теория в физике, которая описывает природу в терминах атомов и субатомных частиц. Квантовые компьютеры основаны на квантово-механических явлениях, таких как суперпозиция и запутывание.

Совмещение. Кубит может быть более чем одной вещью одновременно с помощью принципа квантовой механики, называемого суперпозицией. Суперпозиция дает квантовым компьютерам их скорость и параллелизм, позволяя им одновременно работать с миллионами вычислений, говорит Мэтью Брисс , вице-президент по исследованиям в области центров обработки данных и облачной инфраструктуры в службе Gartner for Technical Professionals.

Другими словами: с классическим компьютерным битом кошка либо мертва, либо жива. С квантовой компьютерного кубитом, кот может быть и мертвым и живым, благодаря суперпозиции. (За эту аналогию, которая часто используется, когда люди объясняют квантовые вычисления, мы можем поблагодарить австрийского физика, который разработал мысленный эксперимент Шредингера с кошками в 1935 году.)

Запутывание - это когда кубиты связаны с другими кубитами, так что состояние одного кубита может зависеть от состояния другого. Благодаря запутанности в сочетании с суперпозицией, квантовые компьютеры могут одновременно обрабатывать огромное количество возможных результатов.

Итог: «С помощью квантовых вычислений мы можем делать вещи в массивно параллельных системах, чего раньше не могли делать», - говорит Бриссе.

Истоки квантовых вычислений
Во время лекции 1959 года физик Ричард Фейнман, который помог разработать атомную бомбу во время Второй мировой войны, поднял вопрос о квантовых вычислениях. В начале 1980-х годов концепция квантовых вычислений начала действовать, благодаря работе Фейнмана, Пола Бениоффа и других.

«К началу 1980-х годов стало ясно, что в дополнение к обычным вычислениям мы могли бы выполнять вычисления с использованием правила квантовой механики», - говорит Боб Висниев , технический директор IBM по квантовым вычислениям. «Вопрос был в том, что если бы у вас был компьютер, построенный на квантовой механике, какие вычисления можно было бы сделать проще и быстрее? Этот вопрос положил начало исследованиям квантовых вычислений в IBM ».

Почему мы сейчас говорим о квантовых вычислениях
Безусловно, квантовые вычисления все еще находятся в зачаточном состоянии. По словам Бриссе, только 1 процент организаций финансирует проекты по квантовым вычислениям. Но ожидается, что к 2023 году этот показатель возрастет до 20 процентов.

Итак, почему квантовые вычисления теперь появляются на экранах наших радаров?

«Мы достигаем пределов возможностей классического компьютера», - говорит Ашиш Надкарни , вице-президент по программам вычислительных платформ, всемирная инфраструктура в IDC. Многие (хотя и не все) эксперты считают, что феномен Закона Мура подходит к концу или, по крайней мере, замедляется. В то же время все большее число компаний, таких как Google, испытывают «ненасытную потребность в вычислительной мощности», говорит Надкарни. Таким образом, растет интерес к квантовым вычислениям.

Приложения для квантовых вычислений
В настоящее время квантовые компьютеры могут запускать только ограниченные бизнес-приложения и конкретные квантовые алгоритмы. Некоторые считают, что квантовые компьютеры всегда будут специализированными, а не общими. И большинство экспертов в этой области говорят, что квантовые компьютеры будут интегрироваться и работать, а не заменять классические компьютеры.

Учитывая это, квантовые компьютеры, скорее всего, будут использоваться, когда в течение нескольких секунд обрабатывается огромный объем данных. «Компании, предоставляющие финансовые услуги, могут извлечь выгоду из квантовых вычислений, особенно с услугами, где объем данных, связанных с торговлей, высок, и они хотят смоделировать результаты в считанные секунды», - говорит Надкарни.

Другие вероятные применения: исследования в области лекарств и биотехнологий, редактирование и моделирование генов, квантовая химия, искусственный интеллект, анализ характера движения, прогнозирование погоды и криптография.

«Квантовые компьютеры будут особенно хороши в решении больших задач оптимизации, таких как логистика доставки», - говорит Брисс.

Квантовые вычисления и IBM
IBM входит в число классических компьютерных гигантов, которые являются первопроходцами в зарождающейся области квантовых вычислений. Компания помогла создать область квантовых вычислений, и это было важной областью исследования для компании в течение многих десятилетий.

4 мая 2016 года IBM анонсировала IBM Quantum Experience (с тех пор сокращено до IBM Q Experience), первое в мире предложение Quantum Computing as a Service (QCaaS), которое позволяет широкой общественности подключаться к квантовым компьютерам IBM через облако. Цель: дать пользователям возможность проводить эксперименты, изучать учебные пособия и симуляции, а также получить представление о квантовых вычислениях.

Первоначально IBM Q Experience предоставил доступ к 5-кубитному квантовому компьютеру IBM Q, расположенному в исследовательском центре IBM TJ Watson в Нью-Йорке. С тех пор Q Experience также предлагает доступ к 16-кубитным системам.

Кроме того, в декабре 2017 года IBM запустила IBM Q Network , глобальный консорциум предприятий, исследовательских лабораторий и академических организаций из списка Fortune 500, специализирующихся на изучении практических приложений для квантовых вычислений для бизнеса и науки.

По данным IBM, на момент написания статьи 80 000 пользователей IBM Q Experience провели более 4 миллионов экспериментов и подготовили более 65 научных публикаций.

Другими игроками в области квантовых вычислений являются Google, Intel, Microsoft и такие стартапы, как Rigetti Computing, D-Wave Systems, Inc. и Zapata Computing.

Что предприятия должны сделать, чтобы подготовиться к квантовым вычислениям
Двигайтесь к квантово-безопасному шифрованию. Поскольку они могут создавать беспрецедентное количество чисел практически за короткое время, существует немало потрясений, которые для квантовых компьютеров могут однажды взломать даже самые надежные шифрования, доступные сегодня.

«Если у вас достаточно большая машина, квантовый компьютер может мгновенно нарушить все шифрование», - говорит Арвинд Кришна , старший вице-президент Hybrid Cloud и директор IBM Research. Он предсказывает, что этого не произойдет, по крайней мере, в течение пяти лет. Тем не менее, любой, кто хочет обеспечить безопасность данных своей организации более 10 лет, должен начать переход к квантово-безопасному шифрованию, такому как решетчатая криптография . (Кришна сделал свои комментарии 15 мая в Сан-Франциско во время форума квантовых вычислений, организованного Черчилль Клубом .)

Дальнейшее чтение:

«Почему квантовые вычисления сводят мир кибербезопасности на нет»

Рассмотрим квантовые вычисления как услугу (QCaaS) против инвестиций в квантовые компьютеры. Учитывая, как быстро меняются технологии квантовых вычислений, среди прочих факторов большинство экспертов считают, что организации подпишутся на предложения QCaaS. «Все оплачивается без каких-либо капитальных затрат», - говорит Надкарни.

Ищите проблемы, которые вы не можете решить на классическом компьютере. Пытаясь решить, подходит ли квантовое вычисление для вашей организации, начните с того, что спросите своих специалистов по данным, есть ли проблемы, которые они не могут решить с классическими компьютерами сегодня, говорит Брисс. «Эти проблемы являются хорошими кандидатами для квантовых компьютеров».

Начните обучать себя или свою команду сейчас. По словам Висниева, около 1500 школ по всему миру предлагают курсы по квантовым вычислениям в рамках своей учебной программы, и доступность онлайн-обучения резко возрастает. Конечно, образование будет иметь важное значение для будущего квантовых вычислений. «Не будет квантовых вычислений без образованной рабочей силы, чтобы это произошло», - добавляет он.

Потерпи. Мы смотрим на пятилетний горизонт, прежде чем квантовые вычисления действительно вступят в силу, и в это время мы начнем видеть приложения, в которых квантовые компьютеры могут действительно предложить некоторый уровень квантового преимущества (или квантового превосходства), говорит Висниев.

Действовать с осторожностью. «Существует так много различных методов квантовых вычислений, нет стандарта, процессоры сейчас все одноразовые», - говорит Брисс. «В этот момент мы буквально включаем цепь и кричим« У-у-у-у, у нас есть схема! » В итоге, мы не знаем, чего еще не знаем о квантовых вычислениях. Это может быть грязь, как холодный синтез, или это может быть мяу кошки ».
Возможно, это может быть даже мяу кошки Шредингера.

Источник: https://www.networkworld.com/article/3275367/data-center/what-s-quantum-computing-and-why-enterprises-need-to-care.html?nsdr=true#nww-fsb


Comments 0