|
Квантовые технологии могут изменить нашу жизнь
|
|
|
|
Открытие компанией IBM двух новых квантовых суперкомпьютеров и планы Дании по разработке "самого мощного коммерческого квантового компьютера в мире" - лишь два из последних достижений в области все более быстрого перехода квантовых технологий от экспериментальных открытий к практическому применению.
|
|
|
|
Появляется все больше надежд на то, что квантовые технологии смогут решать проблемы, которые современные системы с трудом преодолевают или даже не могут начать решать, что может иметь последствия для промышленности, национальной безопасности и повседневной жизни.
|
|
|
|
Итак, что же такое квантовая технология? По своей сути, она использует противоречащие здравому смыслу законы квантовой механики, раздела физики, описывающего поведение материи и энергии в мельчайших масштабах. В этой странной области частицы могут существовать в нескольких состояниях одновременно (суперпозиция) и могут оставаться связанными на огромных расстояниях (запутанность).
|
|
|
|
Когда-то эти эффекты были предметом абстрактной теории, но теперь они воплощаются в инновационных, ультрасовременных системах: компьютерах, которые обрабатывают информацию совершенно по-новому, датчиках, которые измеряют окружающий мир с беспрецедентной точностью, и коммуникационных сетях, которые практически невозможно скомпрометировать.
|
|
|
|
Чтобы понять, как эта развивающаяся область может повлиять на будущее, вот пять областей, в которых квантовые технологии могут вскоре оказать ощутимое влияние.
|
|
|
|
|
|
|
1. Открытия для медицины и материаловедения.
|
|
|
|
Ученый-фармацевт стремится разработать новое лекарство от ранее неизлечимой болезни. Существуют тысячи возможных молекул, множество способов их взаимодействия внутри организма и неопределенность в отношении того, какая из них будет эффективной.
|
|
|
|
В другой лаборатории исследователи материалов изучают тысячи различных комбинаций и соотношений атомов, чтобы разработать более совершенные аккумуляторы, химикаты и сплавы для снижения транспортных выбросов. Традиционные суперкомпьютеры могут сузить возможности, но в конечном итоге они достигают своих пределов.
|
|
|
|
Именно здесь квантовые вычисления могут иметь решающее значение. Они используют квантовые биты, или кубиты — самую основную единицу информации в квантовом компьютере. Кубиты не просто состоят из единиц и нулей, как биты в обычных компьютерах, но могут существовать во множестве различных квантовых "состояний".
|
|
|
|
Действительно, способность разрабатывать кубиты и управлять ими имеет решающее значение для развития квантовых вычислений и других квантовых технологий. Используя кубиты, квантовые компьютеры могут моделировать огромное количество различных возможностей одновременно, выявляя закономерности, которых классические системы не могут достичь за приемлемые сроки.
|
|
|
|
В здравоохранении более быстрое открытие лекарств может привести к более быстрому реагированию на вспышки и эпидемии, персонализированной медицине и пониманию ранее непостижимых биологических взаимодействий. Квантовое моделирование поведения материалов может привести к созданию новых высокоэффективных энергетических материалов, катализаторов, сплавов и полимеров.
|
|
|
|
Несмотря на то, что коммерческие квантовые компьютеры, работающие в полную силу, все еще находятся в стадии разработки, прогресс ускоряется, и существующие парадигмы, сочетающие квантовые и классические вычислительные подходы, уже демонстрируют потенциал для изменения методов поиска и разработки лекарств.
|
|
|
|
2. Датчики для навигации, медицины и охраны окружающей среды
|
|
|
|
Новая линейка датчиков может использовать различные квантовые явления, такие как суперпозиция и запутанность, для обнаружения изменений, которые не были бы замечены обычными приборами, с потенциальным применением во многих областях повседневной жизни.
|
|
|
|
В навигации они могли бы управлять кораблями, подводными лодками и самолетами без использования GPS, считывая едва заметные изменения магнитного и гравитационного полей Земли.
|
|
|
|
В медицине квантовые датчики могли бы улучшить диагностические возможности за счет более чувствительных, быстрых и неинвазивных методов визуализации.
|
|
|
|
При мониторинге окружающей среды эти датчики могут отслеживать незначительные изменения под поверхностью Земли, выдавать ранние предупреждения о сейсмической активности или обнаруживать следы загрязняющих веществ в воздухе и воде с исключительной точностью.
|
|
|
|
3. Оптимизация логистики и финансов
|
|
|
|
Многие из сложнейших задач сегодня связаны с оптимизацией невероятно сложных систем; задачей выбора наилучшего варианта из миллиардов возможных.
|
|
|
|
Управление энергосистемой или инвестиционным портфелем, планирование рейсов или финансовых операций, координация глобальных поставок - все это сопряжено с такими сложными задачами оптимизации, что даже продвинутые суперкомпьютеры с трудом находят эффективные решения во времени.
|
|
|
|
Квантовые вычисления могут изменить ситуацию. Квантовые алгоритмы могут быть использованы для решения задач оптимизации, которые являются неразрешимыми при использовании классических подходов.
|
|
|
|
Используя квантовые принципы для одновременного поиска множества решений, эти системы могут находить решения намного быстрее, чем традиционные методы. Логистическая компания может корректировать маршруты доставки в режиме реального времени по мере изменения трафика, погоды и спроса.
|
|
|
|
Авиалинии и железнодорожные сети могли бы автоматически перенастраиваться, чтобы избежать каскадных задержек, в то время как поставщики энергии могли бы с гораздо большей точностью сбалансировать производство, хранение и потребление энергии из возобновляемых источников. Банки могли бы использовать квантовые компьютеры для параллельной оценки множества рыночных сценариев, информируя руководство инвестиционных портфелей.
|
|
|
|
4. Сверхзащищенная связь
|
|
|
|
Безопасность - это одна из областей, где квантовые технологии могут оказать самое непосредственное влияние. Квантовые компьютеры постепенно приближаются к тому, чтобы быть способными взломать многие современные системы шифрования (такие как RSA-шифрование, которое обеспечивает передачу данных в Интернете), что создает серьезную проблему в области кибербезопасности.
|
|
|
|
В то же время методы квантовой коммуникации, такие как квантовое распределение ключей (QKD), могут обеспечить внутренне безопасную зашифрованную связь.
|
|
|
|
На практике это может обеспечить безопасность всего, от финансовых транзакций и медицинских записей до правительственной и военной связи. Для агентств национальной безопасности квантово-безопасное шифрование уже является стратегическим приоритетом. Для обычного человека это может означать более надежную цифровую конфиденциальность, системы идентификации и снижение риска кибератак.
|
|
|
|
5. Ускоряющий прогресс в области искусственного интеллекта
|
|
|
|
Искусственный интеллект уже меняет отрасли, но он зависит от огромной вычислительной мощности, необходимой для обучения и запуска крупных моделей. В будущем квантовые вычисления могут усилить ИИ, выполняя вычисления, которые классические машины считают слишком сложными.
|
|
|
|
Хотя квантовые алгоритмы все еще находятся на ранней стадии разработки, они могут ускорить работу подмножества искусственного интеллекта, называемого машинным обучением (где алгоритмы совершенствуются с опытом), помочь моделировать сложные системы или более эффективно оптимизировать архитектуру искусственного интеллекта. Это может привести к созданию систем искусственного интеллекта, которые будут быстрее обучаться, лучше понимать контекст и обрабатывать гораздо большие наборы данных, чем позволяют современные модели.
|
|
|
|
Подумайте о помощниках с искусственным интеллектом, которые понимают вас более естественно, о медицинских диагностических инструментах, которые интегрируют геномные данные и данные об окружающей среде в режиме реального времени, или о научных исследованиях, которые продвигаются благодаря быстрому квантовому моделированию.
|
|
Почему это важно... и на что обратить внимание
|
|
|
|
Квантовые технологии - это уже не просто теоретические разработки. Растет оптимизм в отношении того, что коммерчески жизнеспособные и масштабируемые квантовые технологии могут стать реальностью в течение следующих десяти лет. Благодаря миллиардным глобальным инвестициям и растущему числу прототипов, тестируемых вне лабораторий, "квантовая эра" начинает обретать очертания.
|
|
|
|
Правительства рассматривают это как стратегический приоритет, а промышленность - как конкурентное преимущество. Последствия этого могут затронуть практически все отрасли - от здравоохранения, энергетики и финансов до обороны и за ее пределами.
|
|
|
|
Это означает, что мы должны задаться вопросом, эффективны ли наши системы образования, динамика трудовых ресурсов, инфраструктура и механизмы управления и идут ли они в ногу со временем.
|
|
|
|
Те, кто заранее и стратегически инвестирует в quantum readiness и у кого хватит терпения поддерживать эти усилия, будут определять, как будет развиваться эта технология. Когда она появится, даже если это произойдет через несколько лет, ее влияние может распространиться далеко за пределы лаборатории на все уголки нашего подключенного к интернету мира, управляемого данными.
|
|
|
|
Источник
|
