Квантовые вычисления лучше суперкомпьютеров, поскольку они быстрее, мощнее и энергоэффективнее.
Исследователи в США разработали новый эталон квантового преимущества на основе энергии и использовали его для демонстрации шумных квантовых компьютеров среднего масштаба (NISQ), которые потребляют на несколько порядков меньше энергии, чем самый мощный суперкомпьютер в мире. Квантовые вычисления — это отрасль компьютерных наук, которая фокусируется на разработке технологий, основанных на принципах квантовой теории.
Квантовые вычисления решают проблемы, которые слишком сложны для классических вычислений, используя уникальные свойства квантовой физики. Вопрос о том, может ли квантовый компьютер выполнять вычисления, недоступные даже самому мощному обычному суперкомпьютеру, становится все более актуальным по мере того, как квантовые компьютеры становятся больше и надежнее. Эта способность, получившая название «квантовое превосходство», знаменует собой переход квантовых компьютеров от научного любопытства к полезным устройствам. Ученые предсказывают, что квантовые вычисления лучше суперкомпьютеров, поскольку они выполняют задачи в миллион раз быстрее. Квантовые компьютеры могут легко выполнять сложные вычисления, потому что они построены на квантовых принципах, выходящих за рамки классической физики.
Квантовые компьютеры и суперкомпьютеры — чрезвычайно мощные машины, используемые для сложных вычислений, решения задач и анализа данных. Хотя оба они могут произвести революцию в вычислительной технике, они имеют существенные различия в скорости и возможностях. В 2019 году квантовый компьютер Google выполнил расчет, на выполнение которого самому мощному компьютеру в мире потребовалось бы 10 000 лет. Это зародыш первого в мире полнофункционального квантового компьютера, который сможет производить более качественные лекарства, развивать более умный искусственный интеллект и решать космические тайны. Физик-теоретик Джон Прескилл предложил формулировку квантового превосходства или превосходства квантовых компьютеров в 2012 году. Он назвал это моментом, когда квантовые компьютеры могут выполнять задачи, которые обычные компьютеры не могут. Чтобы быстро обработать большие объемы данных и получить единый результат, суперкомпьютеры используют традиционный вычислительный подход с несколькими процессорами. Эти компьютеры имеют самую высокую вычислительную мощность, но они могут выполнять только одну задачу за раз, а их вычислительные возможности ограничены законом Мура, согласно которому скорость процессора компьютера удваивается каждые два года. Квантовые компьютеры, с другой стороны, используют принципы квантовой механики для обработки данных способами, недоступными традиционным компьютерам, что приводит к значительно более высокой скорости обработки. Обычные законы физики применимы к суперкомпьютерам. Чем больше процессоров, тем быстрее система. Квантовые компьютеры превосходят суперкомпьютеры по эффективности, потому что они используют мощь квантовой механики для выполнения вычислений. В 2020 году Китай заявил, что разработал квантовый компьютер, способный выполнять вычисления в 100 триллионов раз быстрее, чем любой суперкомпьютер. Они могут справляться с несколькими задачами одновременно и могут быстро решать сложные проблемы, на решение которых у суперкомпьютера ушли бы месяцы. Однако, поскольку квантовые компьютеры чрезвычайно чувствительны к изменениям температуры и должны быть изолированы от внешних воздействий, они требуют большего обслуживания, чем традиционные компьютеры. Несмотря на то, что в шумный промежуточный масштаб, или NISQ, эпоху машин, квантовые компьютеры и основанные на квантовых вычислениях алгоритмы могут быть полезны для комбинаторных задач, таких как предсказание схемы трафика, а также вопросы кибербезопасности и криптографии. Однако для того, чтобы квантовые компьютеры действительно отошли от эры NISQ к «квантовому преимуществу», когда прогнозируются лучшие результаты в таких областях, как разработка лекарств, вычислительная химия, финансовое моделирование и прогнозирование погоды, необходимо изменить несколько факторов вместе с технологии, включая, помимо прочего, количество логических кубитов в системе, резко сокращая время декогеренции и улучшая исправление ошибок. В то время как традиционные компьютеры обрабатывают данные в двоичных единицах и нулях и могут переключаться только между двумя переменными, квантовые вычисления создают многомерные пространства, которые могут помочь нам визуализировать, как формируются закономерности, соединяющие отдельные точки данных. Таким образом, вместо того, чтобы иметь дело только с 1 или 0, вы фактически решаете проблемы, используя квантовый алгоритм, который может помочь найти закономерности и решения ранее невообразимыми способами. В то время как традиционные компьютеры используют биты для решения задач, квантовые компьютеры используют кубиты для запуска многомерных квантовых алгоритмов. Квантовые компьютеры превосходят суперкомпьютеры по скорости и мощности. Они могут выполнять несколько вычислений одновременно, что делает их идеальными для решения сложных задач, требующих быстрой обработки больших объемов данных. Суперкомпьютеры могут работать только над одной задачей за раз, но они могут выполнять более широкий круг задач. Однако, когда мы сравниваем их напрямую, становится семантической точкой зрения, что квантовые компьютеры можно описать как подмножество суперкомпьютеров. Ожидается, что квантовые компьютеры, как и суперкомпьютеры, будут превосходно выполнять конкретную задачу, а не заменять наши настольные компьютеры и ноутбуки. Действительно, для их функционирования может потребоваться значительное обслуживание и тщательно управляемые центры обработки данных.
Сообщение Квантовые вычисления: почему они лучше суперкомпьютеров? впервые появился в Analytics Insight.
