«Восьмеричный путь» квантовых компьютеров

Квантовые компьютеры выходят за стены лабораторий и занимают прочные позиции в науке и промышленности, в частности, в метеорологии и фармакологии. Ожидается, что они снимут многие ограничения, налагаемые их классическими собратьями.

Аналитики полагают, что в следующих восьми областях использование квантовых компьютеров даст наиболее ощутимый эффект.

Открытие новых лекарств. Для открытия новых лекарств активно используют молекулярное моделирование. Зная, как взаимодействуют атомы внутри молекулы, можно попытаться создать конфигурацию, способную бороться с данной болезнью. Однако моделирование молекулы, состоящей всего из 70 атомов, займет у классического компьютера до 13 млрд. лет. Квантовые компьютеры могут однажды решить проблему молекулярного моделирования за считанные минуты. Таким образом, жизненно важные лекарства, которые в настоящее время выходят на рынок в среднем через 10 лет, можно было бы разрабатывать быстрее и намного экономичнее.

Усовершенствование аккумуляторов. Аккумуляторы уже получили широкое распространение, и их роль будет только расти. Но они далеки от совершенства: их емкость по-прежнему недостаточна, как и скорость зарядки, а это означает, что они не всегда подходят. Одно из решений - поиск новых материалов с лучшими свойствами для изготовления аккумуляторов. Это еще одна проблема молекулярного моделирования. Это еще одна задача, требующая большого объема данных, с которой лучше справляется квантовый компьютер.

Более точный прогноз погоды. Как правило, для прогноза погоды используются самые мощные суперкомпьютеры, однако он все еще может оказаться неточным, особенно долгосрочный. Это связано с тем, что традиционные компьютеры неспособны обработать тот огромный объем данных, необходимых для точного прогноза.

Квантовые же компьютеры могут моделировать, как бесчисленные факторы окружающей среды объединяются, чтобы создать сильный шторм, ураган или волны тепла. Это может помочь лучше подготовиться к стихийным бедствиям, а также поддержать исследования по изменению климата.

Повышения эффективности банковских операций. Однако квантовые компьютеры используются не только в науке и технике, но и на рынках ценных бумаг.
JP Morgan, Goldman Sachs и Wells Fargo активно исследуют потенциал квантовых компьютеров для повышения эффективности банковских операций. Есть несколько способов, с помощью которых технология может поддерживать деятельность банков, но один из них, который уже выглядит многообещающе, - это применение квантовых вычислений к процедуре, известной как моделирование Монте-Карло. Согласно исследованию, проведенному Goldman Sachs совместно с компанией QC Ware, беспрецедентные вычислительные возможности квантовых компьютеров могут ускорить вычисления методом Монте-Карло до 1000 раз.

Обработка естественных языков. Еще одной областью эффективного применения квантовых компьютеров является обработка естественных языков (NLP). На протяжении десятилетий исследователи пытались научить классические компьютеры связывать значение со словами, чтобы попытаться понять смысл целых предложений. Это огромная проблема, учитывая природу языка, который функционирует как интерактивная сеть: вместо того, чтобы быть «суммой» значений каждого отдельного слова, предложение часто нужно интерпретировать как единое целое. И это еще до того, как попытаться объяснить сарказм, юмор или подтекст.

В результате даже самые современные классические алгоритмы обработки естественного языка все еще не могут понять смысл основных предложений. Но исследователи изучают, могут ли квантовые компьютеры лучше подходить для представления языка в виде сети и, следовательно, для его обработки более интуитивно понятным способом. Эта область известна как квантовая обработка естественного языка (QNLP). Компания Cambridge Quantum Computing (CQC) уже экспериментально показала, что предложения можно параметризовать в квантовых схемах, где значения слов могут быть встроены в соответствии с грамматической структурой предложения. Недавно CQC выпустила программный инструментарий для QNLP - lambeq, который может преобразовывать предложения в квантовую схему.

Проблема коммивояжера. Обратимся теперь к такой классической задаче, как проблема коммивояжера. Продавцу дается список городов, которые ему нужно посетить, а также расстояние между каждым из них, и он должен найти маршрут, который сэкономит больше времени в пути и будет стоить меньше денег. Как бы просто это ни звучало, с «проблемой коммивояжера» сталкиваются многие компании, пытаясь оптимизировать свои цепочки поставок или маршруты доставки.

С каждым новым городом, добавляемым в список продавцов, количество возможных маршрутов увеличивается. Классический компьютер должен оценивать каждый вариант последовательно. Способность квантовых компьютеров выполнять несколько вычислений одновременно означает, что они могут проходить все различные маршруты в паре, что позволяет им находить наиболее оптимальное решение намного быстрее.

Оптимизация трафика. Большое значение для сглаживания потока транспортных средств и предотвращения заторов на оживленных перекрестках может иметь оптимизация времени переключения светофоров в городах, чтобы они могли адаптироваться к количеству ожидающих транспортных средств или времени суток. Это еще одна проблема, с которой тяжело справляются классические компьютеры. Но, как и в случае с задачей коммивояжера, квантовые компьютеры могут одновременно оценивать разные сценарии, достигая наиболее оптимального результата намного быстрее.

Наконец, защита чувствительных данных с помощью шифрования. Современная криптография полагается на ключи, которые генерируются алгоритмами для шифрования данных, а это означает, что только стороны, которым предоставлен доступ к ключу, имеют средства для дешифрования сообщения. Таким образом, существует риск двойного характера: хакеры могут либо перехватить криптографический ключ, чтобы расшифровать данные, либо они могут использовать мощные компьютеры, чтобы попытаться его сгенерировать. Один из способов усилить ключи - сделать их полностью случайными и нелогичными - другими словами, чтобы их невозможно было угадать математически. В то же время, случайность является фундаментальной частью квантового поведения. Такое поведение можно использовать для определения ключей шифрования, которые невозможно получить обратным инжинирингом даже с помощью самого мощного суперкомпьютера.

От моделирования новых и более эффективных материалов до более точного прогнозирования изменений фондового рынка - полезность квантовых вычислений для бизнеса потенциально огромна

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365