Quantumrun

КРЕДИТ ЗОБРАЖЕННЯ:

iStock

Квантовий дизайн: розробка суперкомп’ютерів майбутнього

Квантові процесори обіцяють вирішити навіть найскладніші обчислення, що призведе до швидших відкриттів у науці та техніці.

Автор:
ім'я автора
Quantumrun Foresight
3 Лютого, 2023

Короткий огляд

Починаючи з 1970-х років, інтегровані комп’ютерні схеми швидко розвивалися, масштабуючи від десятків до мільярдів електронних компонентів. Цей прогрес частково став можливим завдяки винаходу програмного забезпечення автоматизованого проектування (CAD). Використовуючи САПР, інженери могли обчислювати та симулювати дедалі складніші електронні схеми на існуючих комп’ютерах. Тепер ці експерименти надихають їх на розробку процесорів нового покоління з необмеженою обчислювальною потужністю, таких як квантові комп’ютери.

Контекст квантового дизайну

Серед найскладніших завдань, що стоять перед спільною наукою та технікою, є розробка квантових комп’ютерів. Ці суперкомп’ютери мають величезні можливості паралельного обчислення та потенціал експоненціального прискорення продуктивності звичайних комп’ютерів у вирішенні критичних соціальних та економічних проблем, таких як криптографія, оптимізація великих даних, дизайн матеріалів та аналіз ліків.

Надпровідні квантові обчислення спрямовані на збільшення кількості кубітів (квантових бітів), які можна інтегрувати в процесори, щоб підвищити продуктивність і набагато швидше обробляти дані. Кубіт — одиниця інформації в квантово-механічній системі. У класичних обчисленнях біти можуть мати значення нуля або одиниці. Навпаки, кубіти можуть мати будь-яке значення від нуля до одиниці через природу квантової механіки. Ця функція робить квантові пристрої надзвичайно універсальними та ефективними.

У травні 2021 року дослідники з Університету науки і технологій Китаю (USTC) розробили 62-кубітний програмований надпровідний квантовий процесор, названий на честь китайського математика й астронома V століття Цзу Чунчі. Цей комп’ютер виконував двовимірні програмовані квантові блукання (які використовуються для розробки алгоритмів) у системі.

За словами дослідників, Zu Chongzhi може допомогти оптимізувати транспортне планування шляхом оптимізації міського транспортного потоку. Комп’ютер також має потенціал для успішної інтеграції в робочі процеси фармацевтичних компаній до 2027 року. Наприклад, квантові пристрої можуть швидко ідентифікувати найперспективнішу комбінацію ліків із усіх доступних можливостей молекул ліків.

Руйнівний вплив

Завдяки своєму кардинальному потенціалу квантовий дизайн став центром конкуренції між країнами та компаніями. У вересні 2021 року дослідники USTC використали квантовий алгоритм для розробки більш потужної моделі кубіту під назвою плазоній. Це відкриття є важливим, оскільки для оптимізації складні комп’ютерні мікросхеми потребують багатьох симуляцій. Удосконалення проектування квантового комп’ютера прискорить розуміння та прогрес у цій галузі. Удосконалення квантового дизайну може призвести до створення більш ефективних автономних транспортних засобів і роботів, а також інших систем, які вимагають великої обчислювальної потужності.

Потім, у листопаді 2022 року, IBM оголосила, що розробила новаторський 127-кубітний квантовий процесор під назвою Eagle. Щоб досягти цього прориву, інженери IBM включили конструкцію розташування кубітів, щоб зменшити кількість помилок і кількість необхідних компонентів. За допомогою цієї машини дослідники можуть вирішувати проблеми на більш високому рівні під час проведення експериментів і запуску програм. Прикладами таких завдань є оптимізація машинного навчання та моделювання нових молекул і матеріалів для використання в різних секторах від енергетики до відкриття ліків.

Наслідки квантового дизайну

Більш широкі наслідки квантового дизайну можуть включати:

Квантова технологія використовується для перевизначення шифрування та комплексних заходів кібербезпеки, що робить інформацію вразливішою, ніж будь-коли. Однак ця сама технологія може створювати ультразахищені методи зв’язку.
Роботи зі штучним інтелектом (ШІ) використовують квантові комп’ютери для доступу до більш точних і складних навчальних даних, що значно покращить їх продуктивність.
Вчені отримують нові інструменти для прискорення процесу терапевтичних відкриттів, використовуючи методи квантового обчислення для одночасного дослідження кількох молекул, білків і хімічних речовин.
Квантові комп’ютери оптимізують ланцюжки постачання, роботу флоту, управління повітряним рухом і доставку шляхом зменшення кількості неефективних маршрутів і витрат.
Оскільки суперкомп’ютери можуть аналізувати численні моделі даних одночасно, метеорологи зможуть передбачати більш серйозні погодні явища та своєчасно попереджати.