• Julia Borisova

С внедрением квантовых технологий эти сферы изменятся кардинальным образом

Несмотря на свою огромную вычислительную мощность, квантовые компьютеры подходят далеко не для каждой задачи. Есть задачи, которые гораздо проще и быстрее решить на обычном, классическом компьютере. Но вместе с тем есть такие проблемы, которые сможет решить только квантовый компьютер. О них - в нашей статье.


Искусственный интеллект


Искусственный интеллект основан на принципах обучения в ходе экспериментов. Искусственный интеллект хорошо работает, если получает точную обратную связь.

Эта обратная связь базируется на вычислении вероятностей множества возможных вариантов. Поэтому искусственный интеллект – это идеальное применение квантовых вычислительных устройств.

Искусственный интеллект - это одно из основных применений квантовых технологий

Обучение искусственного интеллекта тем лучше, чем больше вариантов он рассматривает в процессе обучения. Квантовые компьютеры, обладая большой вычислительной мощностью, позволят быстрее и эффективнее обучать искусственный интеллект.


Кроме того, технологии искусственного интеллекта устойчивы к высокой вероятности ошибок, а главная проблема квантовых процессоров – это именно наличие ошибок. Ученые надеются, что накапливаемые квантовыми процессорами ошибки не помешают обучению нейронных сетей, а может, наоборот, сделают их еще более «интеллектуальными».


К примеру, американская военно-промышленная корпорация Lockheed Martin планирует использовать квантовый компьютер D-Wave для тестирования программного обеспечения беспилотных автомобилей. Эта задача чересчур сложна для современных классических компьютеров.


А компания Google уже использует квантовые компьютеры для разработки программного обеспечения, которое позволит различать автомобили от особенностей ландшафта при получении снимков для Гугл карт.


Молекулярное моделирование


Другое применение квантовых технологий – это моделирование молекулярных взаимодействий с целью выявления оптимальных конфигураций для химических реакций. Такой подбор настолько сложен, что современные компьютеры в настоящее время могут проанализировать только простейшие молекулы.


Химические реакции имеют квантовую природу, поэтому для квантовых компьютеров молекулярное моделирование не представляет никаких трудностей.

Молекулярное моделирование - перспективное направление квантовых вычислений

Корпорация Google уже предприняла несколько попыток моделирования энергетической конфигурации электронов ядра атома водорода в различных молекулах. Поскольку в этом моделировании речь идет о квантовых частицах – электронах внутри атомов ядер – то моделирование такого процесса на классическом компьютере весьма затруднительно. Так расчет энергетических состояний для молекулы пропана C3H8 занимает 10 дней. С помощью квантового вычислителя ученым удалось смоделировать эту задачу всего за несколько секунд.


В дальнейшем ученые планируют использовать возможности квантовых технологий для моделирования процессов, при которых бактерии синтезируют удобрения. Понимание этих процессов позволит биологам создавать гораздо более эффективные удобрения.


Криптография


Большинство современных методов шифрования данных основано на разложении больших чисел на простые множители. Для взламывания шифров необходимо проверить все возможные множители, классический компьютер может выполнить эту задачу, но за слишком большое время.

Квантовая криптография - направление, которое необходимо развивать уже сейчас

Квантовые компьютеры могут выполнять задачу факторизации (или разложения на множители) гораздо быстрее, чем обычные. А это значит, что с приходом квантовых технологий все современные методы кодирования данных станут ненадежными. Поэтому необходимо разработать новый квантовый метод шифрования информации.


Методы квантовой криптографии уже разрабатывают различные компании. В частности, Агентство национальной безопасности США еще в 2015 году представило список методов криптографии, защищенных от квантовых компьютеров.


Многообещающие методы квантового шифрования были разработаны на основе квантовой природы кубитов. Их продемонстрировали уже несколько компаний по всему миру.


Финансовое моделирование


Современные финансовые рынки – это одни из наиболее сложных систем, существующих в нашей жизни. Ученые постоянно работают над улучшением математических и научных инструментов, позволяющих делать некоторые прогнозы. Трудность заключается в том, что проверить, как работают эти инструменты, в тестовом режиме не представляется возможным, так как нет среды для проведения экспериментов.

Перспективное направление для квантовых вычислений - моделирование финансовых рынков

Решить эту проблему помогут квантовые технологии. Природа квантовых объектов такова, что они могут находиться сразу в нескольких состояниях с определенной долей вероятности. Это свойство схоже со стохастической природой финансовых рынков. Квантовые компьютеры помогут оценить конечные результаты всех показателей, учитывая огромное количество произвольных сценариев развития.


Прогнозирование погоды


Главный экономист Национального управления океанических и атмосферных явлений заявил, что около 30 % ВВП США явно или неявно зависит от погоды, включая пищевую отрасль, логистику, розничную торговлю и другие области промышленности. Возможность более точного предсказания погоды даст нам огромные преимущества в самых различных областях.

Квантовые компьютеры позволят сделать прогнозы погоды более точными

Однако, моделирование океанических и атмосферных явлений задача крайне сложная, включающая в себя множество переменных. Поэтому классические компьютеры могут решить эту задачу только с некоторыми упрощениями и приближениями. А это сказывается на точности прогнозирования.


Исследователи из Массачусетского технологического института провели работу, в которой показали, что уравнения, описывающие погодные явления, имеют волновой характер. Такие уравнения вполне могут быть вычислены с помощью квантовых компьютеров.


Технический директор компании Google также заметил, что квантовые компьютеры помогут лучше понимать климатические модели, и мы также сможем оценить влияние человека на окружающую среду. А это значит, что мы сможем понять, какие действия помогут нам в борьбе с глобальным потеплением.


Физика частиц


Говоря о применениях квантовых вычислительных устройств, нельзя не сказать об этом направлении в науке – о физике частиц. Модели, описывающие поведение элементарных частиц чрезвычайно сложны, они требуют от современных компьютеров невообразимого количества времени на расчеты. Это делает моделирование этих физических уравнений идеальной задачей для квантовых технологий. И ученые уже сделали несколько успешных шагов в этом направлении.

Квантовые вычисления повлияют на наши представления о физике частиц

Так, например, исследователи из университета в Инсбруке и Института квантовой оптики и квантовой информации США использовали программируемую квантовую систему для моделирования процесса столкновения элементарных частиц со спонтанным образованием пар частица-античастица. Такое моделирование позволит лучше понимать многие процессы физики частиц, в том числе процессы, происходящие в коллайдерах.


Квантовые технологии уже повлияли на сферы, перечисленные выше. И этот список далеко не полный, в нем просто перечислены основные направления. Оставайтесь с нами, чтобы быть в курсе развития событий.


Читайте далее: 12 интересных фактов о квантовых компьютерах.

Подписаться на новости SCDAILY