Квантові обчислення vs Хмарні обчислення: які ключові відмінності?

Що таке квантові обчислення?

Квантові обчислення є розвитком квантової механіки, дисципліни, яка охоплює математичний опис властивостей природи на рівні атомних і субатомних частинок, таких як електрони або фотони. 

Квантові обчислення використовують субатомні частинки, щоб перетворити комп’ютери на потужні пристрої, здатні обчислювати і обробляти дані з шаленою швидкістю. Вони досягають такої високої швидкості завдяки кубітам (квантовим бітам) і їх здатності одночасно перебувати у станах “1” і “0” або будь-якій лінійній комбінації цих станів. На противагу цьому, бінарні системи звичайних комп’ютерів можуть існувати лише у станах “1” (“увімкнено” або “істинно”) або “0” (“вимкнено” або “хибно”). Кубіти дозволяють частинкам існувати в декількох станах одночасно.

Інакше кажучи, така здатність бути одночасно у станах “1” і “0” дозволяє квантовим комп’ютерам обробляти величезні обсяги даних одночасно. Це неможливо у системах на основі бінарного коду, які можуть обробляти лише одну одиницю інформації за раз.

Квантові обчислення з’явилися ще у 1980-х, коли фізики Річард Фейнман і Юрій Манін виявили, що квантову теорію та алгоритми можна застосувати до обчислень з більшою ефективністю, ніж класичні аналоги.

На сьогодні прикладні квантові обчислення все ще перебувають на початковій стадії, але матимуть значний вплив на багато галузей, особливо допомагаючи великим організаціям обробляти величезні обсяги даних швидше і ефективніше.

Завдяки здатності вирішувати дуже складні завдання, такі як обробка великих обсягів даних надзвичайно швидко або надання кращих моделей прогнозування у різних галузях, квантові комп’ютери можуть зламати чинні протоколи шифрування, що становить загрозу для блокчейн-технологій і криптовалют. 

Що таке хмарні обчислення?

Хмарні обчислення, або “хмара”, — це програмне забезпечення, засноване на додатках, яке розподіляє обчислювальні ресурси через інтернет, використовуючи сервери третіх сторін, сховища, бази даних, мережі, програмне забезпечення, аналітику і штучний інтелект для зберігання та обробки даних. 

До появи хмарних обчислень компанії змушені були купувати й обслуговувати власні сервери з достатньою кількістю місця, щоб уникнути простоїв та збоїв і впоратися з піковим навантаженням. Проте значна частина серверного простору часто залишалась незадіяною, що призводило до марнування грошей і ресурсів. Екосистема хмарних обчислень дозволяє організаціям впроваджувати більш ефективні і економічні рішення, не потребуючи дорогого апаратного забезпечення, приватних дата-центрів чи встановлення програмного забезпечення, фокусуючись на інноваціях, динамічних ресурсах і економії масштабу.

Хмарні обчислення були винайдені ще у 1960-х, але набули популярності у 2020-х, коли знадобилася продуктивніша система для вирішення викликів, спричинених дистанційною роботою організацій під час пандемії. 

Завдяки хмарним обчисленням багато компаній можуть миттєво ділитися сервісами у будь-який момент, а також дистанційно управляти, отримувати доступ і зберігати дані та додатки. Використовуючи хмару, вони отримують масштабоване сховище для файлів, додатків та іншої інформації, що економить час і кошти. 

Як працюють квантові обчислення?

У той час як класичний процесор використовує біти для виконання операцій і запуску програм, квантовий комп’ютер використовує кубіти для виконання багатовимірних квантових алгоритмів.

Квантові комп’ютери використовують різноманітні багатовимірні алгоритми для виконання вимірювань і спостережень через кубіти, які можуть одночасно представляти “0” і “1”. Потужність обробки таких багатовимірних просторів зростає експоненціально зі збільшенням кількості кубітів.

Квантові комп’ютери менші за розмірами і споживають менше енергії, ніж суперкомп’ютери, які мають вищий рівень продуктивності у порівнянні з універсальними комп’ютерами. Процесор квантового комп’ютера за розмірами схожий на процесор ноутбука, тоді як квантова апаратна система здебільшого складається з охолоджувальних систем. 

Квантові комп’ютери є чутливими інструментами з високою частотою помилок, які запобігаються підтримкою апаратного забезпечення при температурі лише на соту частину градуса вище абсолютного нуля. Такі охолоджувальні системи, що визначаються як надрідинні, здатні екстра-охолоджувати процесори для створення надпровідників. 

Таким чином, електрони можуть рухатися без опору, що дозволяє швидше й ефективніше генерувати квантову інформацію і створювати складні багатовимірні простори, пропорційні кількості доданих кубітів.

Переваги та недоліки квантових обчислень

Переваги:

• Можливості для кількох галузей розробляти і створювати передові комп’ютерні програми на основі точних, безпечних і ефективних даних 
• Покращені та не зламувані методи шифрування даних для кращого виявлення шахрайства і загальної безпеки конфіденційних даних
• Безпрецедентна швидкість обробки даних для управління великими обсягами інформації одночасно, що неможливо на звичайних комп’ютерах
• Квантові обчислення можуть сприяти розробці нових матеріалів, ліків та хімікатів шляхом моделювання складних молекулярних структур. 

Недоліки:

• Квантові комп’ютери є дуже чутливими до зовнішніх впливів, таких як температура і електромагнітне випромінювання, що може впливати на точність обчислень.
• Обмежена доступність і, відповідно, відсутність масового прийняття не дозволяють розробникам належним чином оцінити особливості та надійність квантових комп’ютерів.
• Необхідність великого обсягу даних для правильного функціонування означає, що бізнеси повинні інвестувати в величезні системи зберігання даних для роботи з квантовими комп’ютерами.

Як працюють хмарні обчислення?

Хмарні обчислення підтримуються спеціалізованими компаніями, які володіють великими дата-центрами для забезпечення необхідної безпеки, зберігання даних і обчислювальної потужності для підтримки онлайн-інфраструктури. 

Хмарні сервіси доступні через інтернет-з’єднання і обчислювальні пристрої, такі як смартфони, ноутбуки або настільні комп’ютери. Користувачі обирають компанію, що надає хостинг хмарних обчислень, і оплачують права користування її послугами. Такі послуги включають інфраструктуру, необхідну для полегшення комунікації між пристроями і програмами, наприклад, завантаження файлу на ноутбук користувача, який негайно синхронізується з тією ж папкою файлів на iPhone користувача.

Хмарні обчислення мають фронтенд, який дозволяє користувачам отримувати доступ до своїх даних за допомогою інтернет-браузера, і бекенд, що складається із серверів, комп’ютерів, баз даних і центральних серверів.

Центральні сервери використовують правила певних протоколів для забезпечення роботи і плавного обміну між пристроями, пов’язаними через хмару. 

Деякі компанії, що надають хмарний хостинг, є провідними технологічними лідерами, такими як Amazon Web Services, Microsoft Azure, Apple iCloud і Google Drive.

Переваги та недоліки хмарних обчислень

Переваги:

• Хмарні обчислення дозволяють бізнесам масштабувати свою інфраструктуру за потребою, що означає, що вони можуть швидко і просто додавати або видаляти сервери залежно від своїх потреб. Це допомагає бізнесам впоратися з різкими ринковими потребами без занепокоєння про обмеження пропускної спроможності.
• Економічна ефективність для бізнесу, оскільки їм не потрібно інвестувати в дороге апаратне або програмне забезпечення.
• Хмарні обчислення забезпечують легкий доступ до даних і додатків з будь-якого місця, за умови наявності інтернет-з’єднання. 

Недоліки:

• Безпека залишається проблемою для хмарних обчислень через їх залежність від інтернет-з’єднання, яке може бути вразливим до хакерських атак. 
• Висока централізація хмарних серверів означає, що сервіси можуть бути відключені в певних місцях під час збоїв; також стійкість до цензури може бути порушена у випадку центральних постачальників. 

Квантові обчислення vs Хмарні обчислення: що краще?

Обидва рішення мають свої переваги і недоліки, і не існує абсолютного переможця між квантовими і хмарними обчисленнями. В майбутньому вони будуть повністю інтегровані для надання переконливих і безпечних рішень для всіх видів бізнесу та окремих осіб.

Перш ніж обрати між квантовими і хмарними обчисленнями, компаніям необхідно врахувати кілька факторів, таких як вартість, доступність та особливі потреби.

Чи замінять квантові обчислення хмарні?

З’являється новий тренд, що поєднує хмарні і квантові обчислення. Завдяки цьому користувачі отримають прямий доступ до квантових комп’ютерів через інтернет, використовуючи хмару.

Квантові обчислення найближчим часом не замінять хмарні, але великі технологічні компанії працюють над інтеграцією двох рішень, щоб максимально використовувати переваги обох технологій. Така інтеграція може полегшити віддалений доступ до квантових комп’ютерів за допомогою хмари й бути доступна для ширшого кола користувачів. 

Хмарні квантові комп’ютери можуть пришвидшити темпи технологічних інновацій, оптимізувавши роботу дослідників і розробників, які одержують доступ до квантового апаратного забезпечення та обчислювальних ресурсів через хмару, що дозволяє здійснювати прориви й відкриття швидше.

Проте бізнес і окремі користувачі повинні подолати численні виклики перед тим, як бути готовими інтегрувати квантові і хмарні обчислення. Наприклад, складність доступу до квантових комп’ютерів і експертиза, необхідна для користування ними, ускладнюють використання квантових рішень у хмарі для середньостатистичних користувачів. Ще однією проблемою є безпека, адже чутливі квантові алгоритми необхідно захищати від несанкціонованого доступу або втручання, що є більш поширеним у хмарі.