Компании уже изучают будущий потенциал квантовых компьютеров, а в некоторых отраслях промышленности ожидаются большие изменения. Квантовые компьютеры еще далеки от зрелости, но тем не менее могут открыть новую эру вычислений: они снимут ограничения к оборудованию, возникающие при решении сложных проблем. А это приведет к немыслимым последствиям.
Некоторые последствия уже можно представить сейчас.
1. ОТКРЫТИЕ НОВЫХ ЛЕКАРСТВ
Открытие новых лекарств частично зависит от результатов молекулярного моделирования. Моделирования того, как взаимодействуют частицы. Это позволяет создать конфигурацию, способную бороться с болезнью.Невероятно сложно и даже невозможно смоделировать такое взаимодействие на современных классических компьютерах. В самом деле, моделирование молекулы, содержащей всего 70 атомов, потребует около 13 миллиардов лет вычислений современного компьютера.
Поэтому открытие новых лекарств занимает так много времени: поиск ведется методом проб и ошибок, тестируются тысячи молекул в надежде найти успешное соответствие в борьбе с болезнью.
Квантовые компьютеры могут решить проблему молекулярного моделирования за считанные минуты, так как они имеют возможность выполнять множество вычислений одновременно и тем самым моделировать сложные взаимодействия молекул.
Тем самым, жизненно важные лекарства, которые в настоящее время выходят на рынок в среднем через 10 лет, можно было бы разрабатывать быстрее и намного экономичнее.
2. СОЗДАНИЕ МОЩНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ
Роль аккумуляторов будет расти, - от питания электромобилей до накопления возобновляемой энергии. Пока аккумуляторы далеки от совершенства: их емкость ограничена, скорость зарядки - ограничена.
Одно из решений состоит в поиске новых материалов для аккумуляторов. Это еще одна проблема молекулярного моделирования - на этот раз моделирование поведения молекул, которые могут быть потенциальными кандидатами для построения материалов для аккумуляторов.
Таким образом, аналогично дизайну лекарств, проектирование батарей - еще одна задача, которая подходит для квантового компьютера.
3. ПРЕДСКАЗАНИЕ ПОГОДЫ
Несмотря на огромные вычислительные мощности суперкомпьютеров, прогнозы погоды - очень трудная задача. Особенно долгосрочные прогнозы.
Квантовые компьютеры могут анализировать огромный массив данных одновременно, и это, вероятно, позволить строить гораздо более точные прогнозы, нежели те, которые доступны суперкомпьютерам.
Точность прогнозов погода особенна важны для предсказаний стихийных бедствий и изменений погоды.
Не стоит забывать и о возможном вкладе в исследования изменния климата.
4. УПРАВЛЕНИЕ ФОНДОВЫМИ ИНСТРУМЕНТАМИ
Есть несколько способов, с помощью которых технология может поддерживать деятельность финансовых институтов, - банков и инвестиционных фондов. Один из них - это применение квантовых вычислений к процедуре моделирования методом Монте-Карло. Моделирование с применением метода Монте-Карло заключается в определении динамики цен на финансовые активы с учетом цен связанных активов. Это позволяет учесть и рассчитать риск, присущий различным опционам, акциям, валютам и товарам. По сути, процедура сводится к прогнозированию развития рынка. Ожидается что точность прогноза увеличивается с увеличением вовлекаемых в моделирование данных.
Согласно исследованию Goldman Sachs совместно с компанией QC Ware, занимающейся квантовыми вычислениями, вычисления методом Монте-Карло квантовым компьютером ускоряться в 1000 раз.
5. ОБРАБОТКА ЯЗЫКА
На протяжении десятилетий исследователи пытались научить компьютеры связывать значение со словом, чтобы понять смысл целых предложений. Это огромная проблема. Язык функционирует как интерактивная сеть: предолжение, вместо того, чтобы быть «суммой» значений каждого отдельного слова, должно интерпретироваться как нечто единое целое. А есть еще сарказм, юмор или подтекст, скрывающийся в предложениях.
В результате даже самые современные классические алгоритмы обработки естественного языка еще не могут понять смысл основных предложений. Исследователи изучают, могут ли квантовые компьютеры подойти для представления языка в виде сети и на основе этомго перейти к обработке языка интуитивно понятным способом.
Эта область известна как квантовая обработка естественного языка (QNLP) является ключевым направлением Cambridge Quantum Computing (CQC). Компания уже экспериментально показала, что предложения можно параметризовать в квантовых схемах, где значения слов могут быть встроены в соответствии с грамматической структурой предложения.
6. ПОДДЕРЖКА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ КОММИВОЯЖЕРА
Дан список городов, дано расстояние между городами. Задача - найти оптимальный маршрут посещеиня городов. Это и есть задача коммивояжера. Задача коммивояжера - это проблема, с которой сталкиваются многие компании, пытаясь оптимизировать цепочки поставок или маршруты доставки.
С каждым новым городом, добавляемым в список городов, количество возможных маршрутов увеличивается. А в масштабе многонациональной корпорации, которая, вероятно, будет иметь дело с сотнями пунктов назначения, несколькими тысячами флотов и строгими сроками, проблема становится слишком большой, чтобы классический компьютер мог ее решить в разумное время.
Конечно существуют классические алгоритмы для решения задачи коммивояжера. Но учитывая огромное количество возможных маршрутов, в моделях неизбежно приходится прибегать к упрощениям и приближениям. Вопрос - могут ли квантовые алгоритмы работать лучше?
Способность квантовых компьютеров выполнять несколько вычислений одновременно означает, что они могут проходить различные маршруты одновременно и находить оптимальное решение намного быстрее.
7. УМЕНЬШЕНИЕ ТРАНСПОРТНЫХ ПРОБОК
Оптимизация работы светофоров в целях адаптации их работы с учетом количества ожидающих транспортных средств или времени суток, может иметь большое значение для сглаживания потока транспортных средств и предотвращения пробок на оживленных перекрестках.
Квантовые компьютеры могут одновременно оценивать разные сценарии и быстро вырабатывать оптимальный результат. Эта задача подобна задаче коммивояжера.
8. ЗАЩИТА КОНФИДЕНЦИАЛЬНЫХ ДАННЫХ
Современная криптография полагается на ключи, которые генерируются алгоритмами. Это означает, что только стороны, которым предоставлен доступ к ключу, имеют средства для дешифрования сообщения.
Существует двоякий риск: хакеры могут либо перехватить криптографический ключ, чтобы расшифровать данные, либо они могут использовать мощные компьютеры, чтобы попытаться предсказать ключ, сгенерированный алгоритмом. Это связано с тем, что классические алгоритмы безопасности детерминированы: вход всегда будет давать один и тот же результат. А это означает, что с правильной вычислительной мощностью хакер может предсказать результат. Но одноверменно такой подход требует чрезвычайно мощных компьютеров и не считается краткосрочным риском для криптографии. Тем не менее, оборудование улучшается, и исследователи безопасности все чаще предупреждают, что в какой-то момент в будущем потребуются более безопасные ключи криптографии. Таким образом, один из способов усилить ключи - сделать их полностью случайными и нелогичными - тогда их невозможно угадать математически.
Случайность является фундаментальной частью квантового поведения: частицы, составляющие квантовый процессор, ведут себя непредсказуемым образом. Такое поведение можно использовать для определения ключей шифрования, которые невозможно вскрыть даже с помощью самого мощного суперкомпьютера.
Еще одно применение - генерация случайных чисел. Это приложение квантовых вычислений, которое уже приближается к коммерциализации.
Случайность является фундаментальной частью квантового поведения: частицы, составляющие квантовый процессор, ведут себя непредсказуемым образом. Такое поведение можно использовать для определения ключей шифрования, которые невозможно вскрыть даже с помощью самого мощного суперкомпьютера.
Еще одно применение - генерация случайных чисел. Это приложение квантовых вычислений, которое уже приближается к коммерциализации.
Комментариев нет:
Отправить комментарий