Mediaholding 100%: Как квантовые технологии изменят мир

Как квантовые технологии изменят мир - #ScienceNEWS

В научном сообществе образовался консенсус, что первый полностью функциональный квантовый компьютер будет готов приблизительно через десять лет — и это событие такого масштаба, что многие эксперты призывают считать годы, оставшиеся до «квантума» - пишет научный портал hi-news.ru.

Большинство людей, хотя бы немного знакомых с основными идеями квантовой механики, считают эту область несколько «странноватой», поскольку она иногда озадачивает даже опытных квантовых физиков. В голове появляются картинки людей, ходящих по стенам, путешествующих во времени и общей неопределенности, которая грозит искоренить наши самые привычные представления об истине и реальности. Стандартные измерения становятся бессмысленными.

Учитывая невероятный потенциал квантовых технологий, будет нелишним заявить, что те, кто овладеет этой технологий в будущем, будут иметь существенное преимущество перед теми, кто не овладеет — и касается это политики, финансов, безопасности и многих других сфер. Компании вроде Amazon, Microsoft и Intel с нетерпением ждут внедрения квантовой криптографии, поскольку опасаются, что хакеры постараются добраться до квантовых возможностей и обрушить системы безопасности этих компаний.

Увеличение вычислительной скорости

Для начала небольшое короткое вступление: компьютер, на котором вы читаете это, работает на тех же базовых технологиях, которые используются практически в каждом компьютере мира. Это конечный двоичный мир, в котором информация закодирована в битах — единицах и нулях — которые могут существовать только в двух состояниях (вкл и выкл). Квантовые вычисления, напротив, используют «кубиты», которые могут существовать в практически бесчисленных состояниях одновременно.

Если скормить обычному компьютеру последовательность из тридцати 0 и 1, будет примерно миллиард возможных значений этой последовательности, и компьютер, использующий обычные биты, должен проходить каждую комбинацию по отдельности, требуя много времени и памяти. С другой стороны, квантовый компьютер мог бы «видеть» все миллиарды последовательностей одновременно, что существенно сокращало бы временные и вычислительные затраты.

По сути, квантовые компьютеры будут способны производить расчеты за секунды, на которые у обычных компьютеров уходили бы тысячи лет.

Финансовые рынки

В переплетенном мире финансов, скорость имеет первостепенное значение. И удивительно большое количество проблем, с которыми сталкивается финансовая отрасль (многие из которых связаны с нехваткой вычислительной скорости), остаются неразрешенными. Даже самые мощные обычные компьютеры, использующие 0 и 1, не могут хотя бы примерно спрогнозировать будущие финансовые и экономические события, не говоря уж о том, чтобы решить сложнейшие проблемы, связанные с ценообразованием на быстро меняющемся рынке.

Например, многие опционы требуют сложных производных, зависящих от различных факторов, что означает, что выплата опциона в конечном счете определяется путем изменения цены базового актива. Попытка отобразить и предусмотреть все возможных «пути» опциона слишком сложна для современных машин. Однако, учитывая свою скорость и маневренность, квантовые компьютеры теоретически могли бы идентифицировать неверный ценовой вариант опциона на акции и использовать его для выгоды своего владельца до того, как рынок предпримет какие-либо значимые действия.

Такого рода мощь могла бы, конечно, нанести ущерб рынку и сильно поднять положение небольших фирм, владеющих и управляющих суперкомпьютером — за счет отдельных трейдеров и фирм, неспособных приобрести такие технологии.

Безграничная безопасность

Резко увеличившаяся вычислительная скорость также будет способствовать развитию кибербезопасности, поскольку экспоненциально большая вычислительная мощность квантовых компьютеров позволит им противостоять даже самым изощренным методам взлома, и это при помощи квантового шифрования.

«Квантовые вычисления безусловно будут применяться везде, где мы используем машинное обучение, облачные вычисления, анализ данных», говорит Кевин Карран, исследователь кибербезопасности в Университете Ольстера. «В области безопасности это означает обнаружение проникновения, поиск паттернов в данных и более сложные формы параллельного вычисления».

Конечно, с большой силой появляется и большая ответственность, и так же квантовая мощь, которая позволит осуществлять квантовое шифрование, также позволит хакерами беспроблемно взламывать самые сложные методы безопасности.

Точные атомные часы и обнаружение объектов

Атомные часы используются не только для ежедневного отсчета времени. Они являются важным компонентом большинства современных технологий, включая GPS-системы и коммуникационные технологии.

Новейшие атомные часы будут использовать современные квантовые технологии и в скором времени станут настолько точными, что их будут использовать как сверхточные детекторы объектов — они смогут чувствовать мельчайшие изменения в гравитации, магнитных полях, электрических полях, движении, силе, температуре и других явлениях, которые в природе колеблются в присутствии вещества. Эти изменения будут отражаться в изменениях времени. (Не забывайте, что время, пространство, вещество связаны между собой).

Это точно настроенное обнаружение поможет в идентификации и удалении подземных объектов, отслеживании подводных лодок намного ниже поверхности океана и даже сделает навигацию и автоматическое вождение гораздо более точными, поскольку программное обеспечение сможет лучше различать автомобили и другие объекты.

Материаловедение и инженерия

Сила квантовых вычислений позволит использовать все более сложные модели, которые будут отображать, как молекулы собираются и кристаллизуются с образованием новых материалов. Такие открытия, ведущие к созданию новых материалов, впоследствии приведут к созданию новых структур, имеющих последствия в сферах энергетики, борьбы с загрязнением и фармацевтических препаратов.

«Когда инженер строит дамбу или аэроплан, эта структура сперва проектируется при помощи компьютеров. Это чрезвычайно сложно проделать на молекулярном или атомарном масштабе», объясняет Грэм Дэй, профессор химического моделирования в Университете Саутгемптона. «Очень сложно проектировать на атомных масштабах с нуля и уровень неудачи в процессе обнаружения новых материалов очень высок. По мере того, как физики и химики пытаются открыть новые материалы, они часто чувствуют себя в роли путешественников без надежной карты».

Квантовые вычисления смогут обеспечить весьма «надежную карту», позволив ученым имитировать и анализировать атомные взаимодействия с невероятной точностью, что в свою очередь приведет к созданию совершенно новых и более эффективных материалов — без проб и ошибок. Это означает, что мы сможем найти и создать лучшие сверхпроводники, более мощные магниты, лучшие источники энергии и многое другое.