Що таке квантові хмарні обчислення і як вони працюють?
Що таке квантові хмарні обчислення?
Квантові хмарні обчислення надають організаціям, науковцям та іншим користувачам доступ до квантових обчислювальних ресурсів за допомогою хмарних технологій.
Квантові комп’ютери, що працюють у хмарі, функціонують зі значно вищою швидкістю та потужністю, ніж традиційні комп’ютери, оскільки використовують принципи квантової фізики для розв’язання складних обчислювальних задач.
Існують різні типи квантових комп’ютерів, наприклад, квантові аналізатори, аналогові квантові симулятори та універсальні квантові комп’ютери. Квантові аналізатори вважаються найменш потужними серед квантових комп’ютерів, але добре справляються із задачами оптимізації. Натомість аналогові квантові симулятори є потужними системами, здатними розв’язувати задачі фізики та біохімії.
Універсальні квантові комп’ютери є найпотужнішим і найпоширенішим типом квантових комп’ютерів. Вони також є найскладнішими у створенні. Універсальні обчислення потенційно дозволяють використовувати до 1 мільйона кубітів (основних одиниць квантової інформації). Однак поточна технологія дозволяє отримати доступ лише до приблизно 100–400 кубітів.
Як це стосується технології блокчейн? Через неймовірну потужність квантових обчислень у спільноті блокчейнів виникла занепокоєність, що їх можна використовувати на шкоду сучасним блокчейн-технологіям.
По-перше, квантові обчислення теоретично можуть бути використані для отримання несправедливих переваг над іншими майнерами в системі доказу виконаної роботи (Proof-of-Work, PoW) і навіть для монополізації майнінгу блокчейнів. Це ставить децентралізовані мережі PoW, такі як Bitcoin та Litecoin, під загрозу централізації.
По-друге, квантові обчислення можуть теоретично розшифрувати шифрувальні коди, які використовуються в блокчейнах. Це означає, що квантові обчислення можуть стати засобом атаки на блокчейн-мережу з використанням криптографії. Однак ситуація не повністю безнадійна для криптографічних систем, оскільки квантові хмарні обчислення також можуть запропонувати ефективні рішення для захисту та зміцнення блокчейнів від квантових атак.
Як відрізняються хмарні обчислення від квантових хмарних обчислень?
Квантові хмарні обчислення застосовують квантові принципи до розподілених обчислень, тоді як звичайні хмарні обчислення використовують віддалені сервери для забезпечення таких послуг.
Хмарні обчислення означають надання послуг, таких як зберігання даних, сервери, бази даних та мережі, через інтернет. Наприклад, замість зберігання даних на фізичних серверах у приміщенні організація може обрати хмарні послуги для зниження витрат на технічне обслуговування обладнання.
Квантові хмарні обчислення, навпаки, базуються на квантових обчисленнях — формі обчислень, яка використовує принципи квантової механіки для розв’язання складних задач. Вони дозволяють користувачам отримати доступ до квантових послуг і рішень через хмару.
Компанії, що використовують хмарні обчислення, такі як Google, Amazon, IBM і Microsoft, також активно розробляють квантові комп’ютери, щоб вдосконалити обчислювальні технології та зробити квантові комп’ютери доступними для використання через хмару. Наприклад, квантовий комп’ютер IBM під назвою Osprey має 433 кубіти, а компанія планує збільшити їхню кількість до 4 000 до 2025 року.
Пов’язано: Криптовалюта проти квантових обчислень: глибоке занурення у майбутнє криптовалют
Як працюють квантові хмарні обчислення?
Подібно до платформ як послуги (Platform-as-a-Service), сервіси квантових хмарних обчислень працюють шляхом безпосереднього підключення користувачів до квантових процесорів, емуляторів і симуляторів.
Фізичні квантові комп’ютери надзвичайно складні, тому доступ через хмару є ідеальним рішенням для тих, кому потрібна їхня обчислювальна потужність без необхідності купувати власну машину.
За даними IBM, їхні квантові апаратні системи мають приблизно такий самий розмір, як середній автомобіль, головним чином через системи охолодження, які необхідні для підтримки надпровідного процесора в ідеально холодному робочому стані.
Квантові апаратні системи складаються з надплинностей, які забезпечують охолодження; надпровідників, що створюють тунельний перехід Джозефсона для передачі зарядів; і кубітів, які керують поведінкою та передають інформацію.
Кубіти здатні виконувати важливу функцію, відому як суперпозиція, яка дозволяє їм перебувати в комбінації всіх можливих конфігурацій одночасно. Цей феномен створює багатовимірний обчислювальний простір, що спрощує вирішення складних задач.
Інший важливий концепт квантових обчислень — заплутаність, квантовомеханічний ефект. Заплутаність описує кореляції в поведінці між двома окремими об’єктами. У контексті квантової заплутаності зміна одного кубіта впливає на інші, дозволяючи системі швидше знаходити рішення в порівнянні зі звичайними комп’ютерами.
Це суперечить поширеному, але хибному переконанню, що квантові комп’ютери розглядають усі можливі конфігурації проблеми паралельно. Насправді, квантові комп’ютери використовують заплутаність кубітів для дослідження ймовірностей та виконують алгоритми для підвищення шансів отримати найкраще можливе рішення.
Яка мета квантових хмарних обчислень?
Квантові обчислення потенційно можуть розв’язувати проблеми, які раніше вважалися нереальними для вирішення, у таких сферах, як економіка, розробка ліків, фінанси, логістика тощо.
Наприклад, великомасштабні платформи квантових хмарних обчислень можуть використовуватися для розв’язання задач оптимізації у логістиці та управлінні ресурсами в бізнесі. У сфері охорони здоров’я квантові обчислення можуть аналізувати великі обсяги даних пацієнтів для визначення найефективнішого лікування певних хвороб.
Також у сфері кібербезпеки квантові комп’ютери можуть використовувати свою підвищену обчислювальну потужність для боротьби з кіберзлочинністю та запобігання витоку даних. Водночас квантові хмарні обчислення дозволяють організаціям скористатися перевагами квантової технології без необхідності купувати власне обладнання та системи охолодження.
Крім того, вони полегшують роботу дослідникам квантових технологій, таким як студенти й науковці, надаючи можливість експериментувати та глибше розуміти квантові принципи без необхідності фізичного доступу до квантового комп’ютера.
Як використовуються квантові хмарні обчислення?
Серед поточних застосувань квантових хмарних обчислень є тестування квантових алгоритмів.
Зокрема, квантові алгоритми створюються на звичайних комп’ютерах і тестуються на квантових комп’ютерах для оцінки їхньої доцільності. Через високі технічні витрати та бар’єри для входу технологія квантових хмарних обчислень дозволяє підприємствам і дослідникам оцінювати різні способи використання квантових обчислень.
Технологія квантових обчислень усе ще перебуває на ранніх етапах розвитку, тож рівень її впровадження поки що низький. Однак зробити її доступною через хмару — це переломний момент, який відкриває безліч потенційних застосувань у майбутньому.
Яке майбутнє чекає на квантові хмарні обчислення?
Експерти прогнозують, що впровадження квантових хмарних обчислень може бути складнішим, ніж розвиток штучного інтелекту, який значно поширився за останнє десятиліття.
Ця складність частково зумовлена серйозними технічними вимогами до квантових комп’ютерів. Оскільки квантові апаратні системи потребують екстремально холодних робочих умов, хмарним провайдерам доведеться створювати спеціальні простори для квантових комп’ютерів. Сучасні дата-центри не підходять для цього завдання.
Крім того, квантові обчислення та пов’язане з ними програмне забезпечення поки перебувають на ранніх етапах розробки, тож загальна галузь все ще вважається новою. Програмістам також доведеться освоїти нові арифметичні та логічні навички, оскільки традиційні підходи цифрового програмування суттєво відрізняються від тих, що потрібні для квантового програмування.
Попри це, експерти оптимістично оцінюють потенціал квантових хмарних обчислень, вважаючи, що вони можуть надати значні переваги для різних галузей, таких як фінанси, логістика, охорона здоров’я та технології.
У міру розвитку технології можна очікувати, що квантові хмарні обчислення в майбутньому стануть доступнішими та економічно вигіднішими для бізнесів, відкриваючи можливість масового впровадження.
Ймовірно, що хмарні компанії стануть першими провайдерами квантових послуг «як сервіс», розширюючи свої поточні пропозиції. Якщо ця послуга буде правильно впроваджена та продана, квантові хмарні обчислення можуть стати такими ж повсюдними, як штучний інтелект і машинне навчання.
Пов’язано: 10 новітніх технологій у комп’ютерних науках, які визначать майбутнє
