Последиците от квантовите изчисления за ежедневието ни ще са огромни. Много от най-големите компании по света вече имат програми за развитие на квантови изчисления, а правителствата наливат колосални суми в тази област. Какво можем да очакваме като краен резултат?
Квантовите компютри ще доведат до изцяло нова ера в изчисленията – такава, при която хардуерът вече не е ограничение при решаването на сложни задачи. Някои изчисления, за които досега са били необходими години или дори векове, ще могат да се решават за броени минути. От симулиране на нови и по-ефективни материали до прогнозиране на развитието на фондовия пазар – всичко ще се промени драстично. Ето няколко примера, които си струва да познаваме.
Откриване на нови лекарства
Откриването на нови лекарства разчита на област на науката, известна като молекулярна симулация. Тя се състои в моделиране на начина, по който частиците взаимодействат вътре в молекулата, за да се намери конфигурация, която е в състояние да се пребори с дадено заболяване.
Тези взаимодействия са невероятно сложни и могат да имат много различни форми. Точното прогнозиране на начина, по който дадена молекула ще се държи, изисква огромни количества изчисления.
Да се направи ръчно това е невъзможно. Мащабът на изчисленията е толкова голям, че може да задави и днешните класически суперкомпютри. Твърди се, че моделирането на молекула със 70 атома би отнело на класическия компютър до 13 милиарда години.
Ето защо откриването на нови лекарства отнема много време. Учените най-често приемат подхода на проба-грешка, при който тестват хиляди молекули срещу целево заболяване с надеждата, че в крайна сметка ще уцелят успешно съвпадение.
Квантовите компютри обаче ще могат да се справят с молекулярната симулация само за минути. Системите са проектирани така, че да могат да извършват много изчисления едновременно.
На практика това би означавало, че животоспасяващи лекарства, каквито в момента се нуждаят от средно 10 години, за да достигнат до пазара, могат да бъдат проектирани много по-бързо.
Създаване на по-добри батерии
От захранването на автомобилите до съхраняването на възобновяема енергия, батериите са в основата на прехода ни към по-екологична икономика. Тяхната роля само ще нараства. Но те си имат много кусури. Зареждат се бавно, капацитетът им деградира с течение на времето, а някои са склонни да се подпалват.
Тук отново става дума за търсене на материали. Издирват се формули с по-добри свойства за изграждане на батерии. Подобно на проектирането на лекарства, създаването на батерия е боравене с химия, следователно работа с „тежки“ данни.
Прогноза за времето
Въпреки огромното количество изчислителна мощност, налична от съвременните суперкомпютри, прогнозите за времето – особено тези с по-дълъг времеви обхват – все още могат да бъдат разочароващо неточни. Така е, защото има безброй начини, по които могат да се развият метеорологичните събития. А класическите устройства не са в състояние да „сдъвчат“ всички данни, необходими за прецизна прогноза.
От друга страна, точно както квантовите компютри могат да симулират всички взаимодействия на частиците, протичащи в рамките на една молекула по едно и също време, за да предскажат нейното поведение, те биха могли и да моделират взаимодействията между безброй фактори на околната среда, за да „създадат“ голяма буря, ураган или гореща вълна.
И тъй като квантовите компютри биха могли да анализират практически всички данни наведнъж, те вероятно ще генерират прогнози, които са много по-точни от текущите. Това е добре не само за планиране на следващия ни излет. То може да помогне и на правителствата да се подготвят по-добре за природни бедствия заради изменението на климата.
Търговия с акции
Редица инвестиционни фондове активно проучват потенциала на квантовите компютри за подобряване на ефективността на финансовите операции – сценарий на употреба, често изтъкван като такъв, който може да донесе големи финансови ползи. Има няколко начина, по които технологията може да окаже влияние, но един от най-обещаващите е процедура, известна като „симулация на Монте Карло“.
Операцията „Монте Карло“ се състои от ценообразуване на финансови активи въз основа на това как се променя, с течение на времето, цената на свързаните активи. Това означава, че е необходимо да се отчете рискът, присъщ на различните опции, акции, валути и стоки. Процедурата по същество се свежда до прогнозиране как ще се развива пазарът. Упражнението става все по-точно с наличието на по-големи количества релевантни данни.
Прогнозите са, че симулацията „Монте Карло“ върху квантов хардуер може да се окаже възможна само след пет години.
Разбиране на човешка реч
В продължение на десетилетия изследователите се опитват да научат класическите компютри как да свързват значението с думите, за да се опитат да „осмислят“ цели изречения. Това е огромно предизвикателство предвид естеството на езика, който функционира като интерактивна мрежа: вместо да бъде „сумата“ от значението на всяка отделна дума, изречението често трябва да се тълкува „като цяло“. И това, разбира се, все още е далеч от възможностите за компютърно „осмисляне“ на фини неща като сарказъм, хумор или конотация.
В резултат на това дори класическите алгоритми за обработка на естествен език (NLP) все още не смогват да разбират значението на елементарни изречения. Сега изследователите проучват дали квантовите компютри могат да бъдат по-подходящи за представяне на езика като мрежа – и за обработката му по по-интуитивен начин.
Решаване на задачата с „пътуващия продавач“
Представете си… Продавач получава списък с градове, които трябва да посети, както и разстоянията между тях. Той трябва да измисли маршрут, който ще спести най-много време за пътуване и ще струва най-малко пари. Колкото и просто да звучи, „задачата с пътуващия продавач“ е нещо, с което се сблъскват много компании, когато се опитват да оптимизират своите вериги за доставки или маршрути за логистика.
С всеки нов град, който се добавя към списъка на продавачите, броят на възможните маршрути се умножава в прогресия. Как изглежда това в мащаба на една мултинационална корпорация? Стотици дестинации, няколко хиляди превозни средства и безпощадни срокове… Проблемът става твърде голям, за да може класическият компютър да го реши за разумно време.
Вече съществуват някои класически алгоритми за справяне с предизвикателството. Но предвид огромния брой възможни маршрути за изследване, моделите неизбежно трябва да прибягват до опростявания и приближения.
Квантовите алгоритми могат да свършат по-добре тази работа. Способността им да извършват няколко изчисления наведнъж означава, че те да „преминават“ през всички различни маршрути бързо, което им позволява да открият оптималното решение много по-бързо от класическия компютър, който би трябвало да оценява всяка опция последователно.
Намаляване на задръстванията
Всички мразим да висим в задръстването. Но решаването на този въпрос е уравнение с много неизвестни: брой чакащи превозни средства, време от деня и т.н. Това е друга задача, която класическите компютри намират за трудна: колкото повече променливи има, толкова повече възможности трябва да бъдат изчислени, за да се намери най-доброто решение. Но както при задачата с пътуващия търговец, квантовите компютри могат да оценяват различни сценарии едновременно, достигайки оптималния резултат много по-бързо. Според последните резултати, подходът може да намали времето за изчакване на превозните средства с до 20%.
Защита на чувствителни данни
Съвременната криптография разчита на ключове, генерирани от алгоритми за кодиране на данни, което означава, че само страните, на които е предоставен достъп до ключа, имат средствата да декриптират съобщението. Следователно рискът е двоен. Хакерите могат или да прихванат криптографския ключ, за да дешифрират данните, или да използват мощни компютри, за да разбият ключа.
Един от начините за предпазване е да направим ключовете напълно произволни и нелогични – с други думи, невъзможни за отгатване по математически път. И, както се оказва, случайността е основна част от квантовото поведение: частиците, които съставляват квантовия процесор, например, се държат по напълно непредвидими начини. Това поведение може да се използва за определяне на криптографски ключове, които е невъзможно да бъдат преработени, дори и с най-мощния суперкомпютър.
Подобряването на защитата за частни лица и компании е винаги развиващ се процес. За сигурността на различни мрежи се грижат системи и IT инструменти като Endpoint Protection от А1, А1 Cyber Backup и Mobile Device Management, както и много други.
