{"id":7966,"date":"2021-09-20T10:59:11","date_gmt":"2021-09-20T10:59:11","guid":{"rendered":"https:\/\/knowhow.distrelec.com\/?p=7966"},"modified":"2021-09-20T10:59:12","modified_gmt":"2021-09-20T10:59:12","slug":"den-mest-innovative-utviklingen-innen-quantum-computing","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/knowhow.distrelec.com\/no\/it-digital\/den-mest-innovative-utviklingen-innen-quantum-computing\/","title":{"rendered":"Den mest innovative utviklingen innen Quantum Computing"},"content":{"rendered":"\n

Quantum computing har kapasitet til \u00e5 endre fremtiden v\u00e5r. Det har potensial til \u00e5 transformere medisin fullstendig, bryte kryptering p\u00e5 h\u00f8yt niv\u00e5 og \u00f8ke kunstig intelligens. Det er for tiden et l\u00f8p p\u00e5 mellom IBM, Google og Microsoft om \u00e5 bygge den mest p\u00e5litelige kvantecomputeren som kan overg\u00e5 alle moderne superdatamaskiner betydelig. Det har n\u00e5 blitt et l\u00f8p p\u00e5 milliarder dollar, hvor hvert selskap hevdet \u00e5 overg\u00e5 hverandre, Kina har investert milliarder i kvanteberegning. Men hva er kvanteberegning? Skal vi se stasjon\u00e6re stasjon\u00e6re maskiner som kj\u00f8rer p\u00e5 denne teknologien? Hvordan fungerer det egentlig?<\/em><\/p>\n\n\n\n

Hva er Quantum Computing?<\/h2>\n\n\n\n

En kvantecomputer er akkurat som enhver annen datamaskin som utf\u00f8rer komplekse beregninger; det bruker imidlertid kvantemekanikkprinsipper for \u00e5 utf\u00f8re disse beregningene med veldig h\u00f8ye hastigheter. En tradisjonell datamaskin bruker biter, som lagrer informasjon som bin\u00e6re 1-er og 0-er, disse er akkurat som sm\u00e5 brytere som sl\u00e5r p\u00e5 (1) og av (0). P\u00e5 v\u00e5r daglige datamaskin bruker vi apper, nettsteder, videoer og bilder som best\u00e5r av millioner av biter og blir oversatt til det vi ser og h\u00f8rer p\u00e5 datamaskinene v\u00e5re.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure>\n\n\n\n

Denne teorien om \u00e5 bruke biter fungerer bra for det meste, og datamaskinene v\u00e5re kan enkelt beregne disse resultatene i 1 og 0. Vi vet imidlertid at det ogs\u00e5 er tilfeller av usikkerhet som krever ekstremt komplekse beregninger, akkurat som naturen og universet. Datamaskinene v\u00e5re takler ikke denne usikkerheten, selv superdatamaskiner har problemer med at disse beregningene tar mange \u00e5r \u00e5 utf\u00f8re en kompleks beregning.

I 1927 introduserte en tysk fysiker Werner Heisenberg usikkerhetsprinsippet, som sier at du ikke kan vite alt om en kvantepartikkel samtidig. Jo mer du vet om posisjonen, desto mindre vet du om dens fremdrift. Dette ble kjent som kvantemekanikk.

En kvantecomputer bruker prinsippene for kvantemekanikk ved \u00e5 ta disse 1-ene og 0-ene og legge en usikkerhet til den, slik at den kan v\u00e6re enten en 1 eller en 0 samtidig. Hvis du for eksempel vender en mynt og den lander p\u00e5 hodet, kan dette v\u00e6re en 1, hvis du vender mynten igjen kan den lande p\u00e5 haler, og dette kan v\u00e6re en 0. S\u00e5 hver gang du vender mynten, vil du ha en viss utfall. Hva skjer hvis du kontinuerlig snur mynten? Er det en 1 eller en 0? Det er begge deler. Denne usikkerhetstilstanden er kjent som superposisjon i kvanteberegning og er den samme som \u00e5 spinne mynten. Jo flere superposisjoner du har i en kvantecomputer, jo flere kombinasjoner og mer minne kan du ha.<\/p>\n\n\n\n

Hvordan fungerer Quantum-datamaskiner?<\/h2>\n\n\n\n

I stedet for \u00e5 bruke bits som vanlige datamaskiner, bruker kvantedatamaskiner noe som kalles qubits. Qubits er laget av superledende materialer og er en fysisk enhet. Qubits styres ved hjelp av mikrob\u00f8lgepulser som er spesifisert med en bestemt frekvens og varighet for \u00e5 sette qubit i en superposisjon eller vil snu tilstanden p\u00e5 en eller annen m\u00e5te. Fordi hver qubit representerer to stater samtidig, dobler det totale antall stater med hver ekstra qubit. En qubit er to tall, to er fire tall, tre er \u00e5tte og s\u00e5 videre. Det starter sm\u00e5tt, men blir veldig raskt mye st\u00f8rre.

Qubits er sm\u00e5, helt ned til molekyl\u00e6rt niv\u00e5. Derfor er qubits for det meste laget av elektroner p\u00e5 grunn av kvantemekaniske egenskaper, spesielt deres magnetfeltegenskap. Dette er grunnen til at de fungerer som en grunnleggende byggestein i en kvantecomputer. For at et elektron skal brukes som en qubit, m\u00e5 det v\u00e6re en p\u00e5litelig m\u00e5te \u00e5 bestemme posisjonen p\u00e5 og bytte retning. Qubits bruker et konsept kjent som en kvanteprikk, som er et sf\u00e6risk volum vanligvis med en diameter p\u00e5 en tidel av en tusendels millimeter. Inne i denne kvanteprikken, som er laget av to halvledende materialer som silisium og germanium avkj\u00f8lt til eksepsjonelt lave temperaturer, er et fritt elektron. I dette formatet kan den elektroniske spinnet byttes elektronisk.

Superposisjon<\/strong> – Som vi allerede har forklart, er superposisjon usikkerheten til tilstanden til en qubit der den kan v\u00e6re av og p\u00e5 samtidig eller et sted i et spektrum mellom de to. Et godt eksempel p\u00e5 hvordan dette fungerer er hvis du ber en vanlig datamaskin om \u00e5 g\u00e5 inn i en labyrint og finne utgangen, den vil pr\u00f8ve hver eneste rute og utelukke dem alle ved hjelp av pr\u00f8ving og feiling til den finner veien ut av labyrinten. Denne prosessen kan ta lang tid, i tillegg til \u00e5 ta opp mer minne for \u00e5 lagre hver mislykkede rute. Be en kvantecomputer finne veien ut av en labyrint, og den vil g\u00e5 nedover hver eneste vei i labyrinten samtidig. Det kan ha den usikkerheten. Kombinert med forstyrrelse og forstyrrelser som er de to andre elementene i en kvanteberegning, og det kan finne utgangen i labyrinten p\u00e5 et \u00f8yeblikk.

Forvikling<\/strong> – Qubits kan ogs\u00e5 gj\u00f8re noe som kalles forvikling. Hvis du snur to mynter, har resultatet av en myntkast ingen innflytelse p\u00e5 den andre, hvis de vender to mynter, er de helt uavhengige av hverandre. I vikling er to partikler koblet sammen selv om de er fysisk koblet fra hverandre. Denne viklingen betyr at hvis du vender begge myntene samtidig, blir resultatet ogs\u00e5 det samme. De oppf\u00f8rer seg p\u00e5 m\u00e5ter som blir et slags system. Entanglement brukes til \u00e5 redusere antall feil i et system mens du utf\u00f8rer mer effektivt, og oppn\u00e5 beregninger mye raskere.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure>\n\n\n\n

«Interferens – Ved \u00e5 bruke en kvanteegenskap som interferens kan du kontrollere kvantetilstandene ved \u00e5 forsterke signalene som er mer mot riktig svar og avbryte de typer signaler som lener seg mot feil svar. Dette fungerer bemerkelsesverdig som hvordan st\u00f8yreduserende hodetelefoner fungerer som leser omgivende b\u00f8lgelengder og deretter lager den motsatte b\u00f8lgen for \u00e5 avbryte den ved \u00e5 skape forstyrrelser. Som vi vet kan du konstruktiv interferens og dekonstruktiv interferens. Konstruktiv interferens forsterker b\u00f8lgelengden, s\u00e5 signalet blir st\u00f8rre, og hvis du har dekonstruktiv interferens blir amplituden svakere. Dette fungerer det samme i quantum computing, slik at du kan kontrollere tilstandene.

Kombinasjonen av alle disse tre elementene er det som f\u00e5r kvantecomputere til \u00e5 fungere, for \u00e5 utf\u00f8re komplekse beregninger og ekstremt h\u00f8ye hastigheter.<\/p>\n\n\n\n

Hva er utfordringene i Quantum computing?<\/h2>\n\n\n\n

Quantum computing er veldig fremdeles i begynnelsen, men det gj\u00f8res mye flott forskning for \u00e5 \u00e5pne mulighetene ytterligere. En av de st\u00f8rste mytene som dreier seg om kvanteberegning, er ganske enkelt \u00e5 legge til flere qubits for \u00e5 \u00f8ke kapasiteten. Selv om det er sant, er det ogs\u00e5 en av de st\u00f8rste utfordringene innen kvanteberegning, da det ikke bare er s\u00e5 enkelt. Kvantumaskiner er ekstremt komplekse maskiner med mikrob\u00f8lger med h\u00f8y presisjon og temperaturer under null, de er ekstremt f\u00f8lsomme for elektrisk st\u00f8y eller milj\u00f8p\u00e5virkninger. N\u00e5r du legger til en annen qubit, multipliserer du effektivt problemene.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure>\n\n\n\n

En annen utfordring som noen mennesker har vanskelig for \u00e5 forst\u00e5 er at du bare kan holde kvanteinformasjonen s\u00e5 lenge. Det er bare s\u00e5 mange beregninger som kan utf\u00f8res f\u00f8r du begynner \u00e5 miste den informasjonen.<\/p>\n\n\n\n

Hva er de neste trinnene?<\/h2>\n\n\n\n

Hva m\u00e5 skje n\u00e5? De n\u00e5v\u00e6rende bransjelederne m\u00e5 begynne \u00e5 bygge abstrakte lag for \u00e5 gj\u00f8re det lettere for programmerere og forskere \u00e5 bare komme inn og begynne \u00e5 l\u00e6re, forske og finne nye applikasjonsomr\u00e5der for kvanteberegning. Dette vil ogs\u00e5 kreve utvikling av nye kvantealgoritmer som forskningspartnere jobber med. Progresjon vil ogs\u00e5 g\u00e5 sammen med den eksponentielle veksten av maskinvaren og kvanteprosessorene, og legger til flere qubits.<\/p>\n\n\n\n

Hvem bruker denne teknologien?<\/h2>\n\n\n\n

Quantum computing har potensial til \u00e5 raskt akselerere kunstig intelligens og Industry 4.0. Google bruker dem allerede til \u00e5 forbedre selvkj\u00f8rende biler, samt modellering av komplekse kjemiske reaksjoner.<\/p>\n\n\n\n

Her er en omfattende liste over de mest popul\u00e6re applikasjonene for kvanteberegning:<\/p>\n\n\n\n

  • Cybersikkerhet<\/li>
  • Legemiddelutvikling<\/li>
  • \u00d8konomisk modellering<\/li>
  • Bedre batterier<\/li>
  • Renere gj\u00f8dsling<\/li>
  • Trafikkoptimalisering<\/li>
  • V\u00e6rvarsel og klimaendringer<\/li>
  • Kunstig intelligens<\/li>
  • Solfangst<\/li>
  • Funn av elektronikkmaterialer<\/li><\/ul>\n\n\n\n


    Daimler AG<\/strong> – I 2018 kunngjorde den tyske bilprodusenten Daimler AG to partnerskap med Google og IBM. Elektriske biler er i utgangspunktet basert p\u00e5 battericellekjemi. Quantum computing gir h\u00e5p for omr\u00e5der som cellul\u00e6r simulering og aldring av battericeller. Forbedrede batterier for elektriske biler kan bidra til \u00e5 \u00f8ke bruken av disse kj\u00f8ret\u00f8yene.

    Daimler ser ogs\u00e5 p\u00e5 hvordan kvanteberegning potensielt kan akselerere AI, samt administrere en fremtid for autonome kj\u00f8ret\u00f8y og akselerere det logistiske nettverket. Det f\u00f8lger i fotsporene til Volkswagen. I 2017 kunngjorde VW et partnerskap med Google fokusert p\u00e5 lignende initiativer. Det gikk ogs\u00e5 sammen med D-Wave Systems i 2018.

    Volkswagen Group<\/strong> – D-Wave og VW har allerede kj\u00f8rt pilotprogrammer p\u00e5 en rekke trafikk- og reiserelaterte optimaliseringsutfordringer, inkludert effektivisering av trafikkstr\u00f8mmer i Beijing, Barcelona og, akkurat denne m\u00e5neden, Lisboa. For sistnevnte reiste en bussfl\u00e5te langs forskjellige ruter som var skreddersydd til sanntids trafikkforhold gjennom en kvantealgoritme, som VW fortsetter \u00e5 tilpasse etter hver pr\u00f8vekj\u00f8ring. I f\u00f8lge D-Wave-sjef Vern Brownell, vil selskapets pilot «bringe oss n\u00e6rmere enn noensinne \u00e5 realisere ekte, praktisk kvanteberegning.

    JP Morgan Chase<\/strong> – Det er ingen overraskelse at et av de st\u00f8rste finansielle selskapene er interessert i kvanteberegning. Tross alt er finansmarkedet i noen henseender en usikkerhet. JP Morgan er en av partnerne i Microsofts kvantenettverk som inkluderer forskningsuniversiteter, teknologibedrifter og tilknyttede selskaper. Kvant databehandling og \u00f8konomisk modellering er en kamp laget i himmelen, og har mange strukturelle likheter. N\u00e5 er det gjort forskning p\u00e5 Monte Carlo-modellen, som m\u00e5ler sannsynligheten for forskjellige utfall og vurderer risikoen.<\/p>\n\n\n\n

    Hva er de mest innovative utviklingene innen Quantum computing?<\/h2>\n\n\n\n

    De fleste av de store gjennombruddene som har skjedd s\u00e5 langt har kommet fra kontrollerte innstillinger, der de bruker problemer som de allerede vet svarene, for \u00e5 oppn\u00e5 kvanteoverlegenhet. Google hevdet nylig \u00e5 allerede ha oppn\u00e5dd kvanteoverlegenhet, det er der en kvantecomputer overg\u00e5r en tradisjonell datamaskin. Google sier at 54 qubit-prosessoren var i stand til \u00e5 utf\u00f8re en beregning p\u00e5 200 sekunder som normalt ville ha tatt en tradisjonell datamaskin 10 000 \u00e5r. Denne p\u00e5standen ble ogs\u00e5 sterkt kritisert av IBM, som sier at beregningen bare hadde tatt 2,5 dager.<\/p>\n\n\n\n

    \n