1.
Co to jest przetwarzanie w chmurze kwantowej?
Kwantowe przetwarzanie w chmurze udostępnia zasoby obliczeń kwantowych organizacjom, środowiskom akademickim i innym użytkownikom za pośrednictwem technologii chmury.
Komputery kwantowe działające w chmurze działają szybciej i mają większą moc obliczeniową niż komputery tradycyjne, ponieważ wykorzystują zasady fizyki kwantowej do rozwiązywania złożonych problemów obliczeniowych.
Istnieją różne typy komputerów kwantowych, takie jak wyżarzacze kwantowe, analogowe symulatory kwantowe i uniwersalne komputery kwantowe. Wyżarzacze kwantowe są uważane za najmniej wydajne komputery kwantowe, ale mogą bardzo dobrze rozwiązywać problemy optymalizacyjne. Z drugiej strony analogowe symulatory kwantowe to potężne systemy, które mogą rozwiązywać problemy fizyczne i biochemiczne.
Uniwersalne komputery kwantowe są najpotężniejszym i najpowszechniej używanym rodzajem komputerów kwantowych. Są też najtrudniejsze w budowie. Obliczenia ogólnego przeznaczenia mogą potencjalnie uzyskać dostęp do 1 miliona kubitów (podstawowej jednostki informacji kwantowej). Jednak obecna technologia zapewnia dostęp jedynie do około 100 do 400 kubitów.
Co to wszystko ma wspólnego z technologią blockchain? Ponieważ obliczenia kwantowe są tak potężne, co zrozumiałe, niepokoją społeczność blockchain, ponieważ mogą zostać wykorzystane do zniszczenia technologii blockchain, jaką znamy dzisiaj.
Po pierwsze, wysuwa się hipotezę, że obliczenia kwantowe można wykorzystać do uzyskania nieuczciwej przewagi nad innymi górnikami wykorzystującymi dowód pracy (PoW) i potencjalnie zdominować wydobycie blockchain. Naraża to zdecentralizowane sieci PoW, takie jak Bitcoin (BTC) i Litecoin (LTC), na ryzyko centralizacji.
Po drugie, obliczenia kwantowe mogłyby teoretycznie również odszyfrować kody szyfrujące wykorzystywane przez łańcuchy bloków. Oznacza to, że obliczenia kwantowe mogą wykorzystywać kryptografię do atakowania sieci blockchain. Jednak nie jest to wyłącznie zguba i mrok dla kryptosystemów, ponieważ przetwarzanie w chmurze kwantowej może również stanowić skuteczne rozwiązanie do ochrony i wzmacniania łańcuchów bloków przed atakami kwantowymi.
2.
Jaka jest różnica między przetwarzaniem w chmurze a przetwarzaniem w chmurze kwantowej?
Kwantowe przetwarzanie w chmurze stosuje zasady kwantowe w przetwarzaniu rozproszonym, podczas gdy przetwarzanie w chmurze wykorzystuje zdalne serwery w celu świadczenia usług przetwarzania rozproszonego.
Przetwarzanie w chmurze oznacza po prostu świadczenie usług takich jak przechowywanie danych, serwery, bazy danych i sieci za pośrednictwem Internetu. Na przykład organizacje mogą wybrać usługi przechowywania w chmurze, aby ograniczyć konserwację sprzętu i inne koszty, zamiast przechowywać dane na serwerach fizycznych w siedzibie firmy.
Z kolei kwantowe przetwarzanie w chmurze wywodzi się z obliczeń kwantowych – formy przetwarzania, która wykorzystuje zasady mechaniki kwantowej do rozwiązywania złożonych problemów. Zapewnia użytkownikom komputery kwantowe oraz dostęp do usług i rozwiązań wykorzystujących technologię kwantową za pośrednictwem chmury.
Firmy korzystające z przetwarzania w chmurze, takie jak Google, Amazon, IBM i Microsoft, również przodują w opracowywaniu komputerów kwantowych w celu udoskonalenia technologii obliczeniowej i udostępnienia komputerów kwantowych większej liczbie użytkowników za pośrednictwem chmury. Na przykład komputer kwantowy Osprey firmy IBM ma 433 kubity. Według doniesień firma planuje skalować do 4000 kubitów do 2025 roku.
Powiązane: Kryptowaluty i obliczenia kwantowe: głębokie zanurzenie się w przyszłość kryptowalut
3.
Jak działa przetwarzanie w chmurze kwantowej?
Podobnie jak rozwiązania typu platforma jako usługa, usługi przetwarzania w chmurze kwantowej działają poprzez bezpośrednie połączenie użytkowników z procesorami kwantowymi, emulatorami i symulatorami.
Fizyczne komputery kwantowe są niezwykle złożone, co sprawia, że dostęp w chmurze jest idealną konfiguracją dla tych, którzy chcą skorzystać z mocy obliczeniowej kwantowej bez konieczności zakupu własnej maszyny.
Według IBM jego system sprzętu kwantowego – który jest mniej więcej wielkości przeciętnego samochodu – składa się przede wszystkim z układu chłodzenia, który zapewnia, że nadprzewodzący procesor utrzymuje idealną, ultraniską temperaturę roboczą.
Kwantowe systemy sprzętowe składają się z nadcieczy, które mogą przechłodzić system, nadprzewodników tworzących złącza Josephsona służące do przenoszenia ładunku poprzez tunelowanie kwantowe oraz kubitów, które ułatwiają kontrolę behawioralną i transfer informacji.
Kubity mogą pełnić ważną funkcję zwaną superpozycją, która pozwala im umieścić przechowywaną w nich informację kwantową w stanie superpozycji lub kombinacji wszystkich możliwych konfiguracji kubitu. Zjawisko to pozwala na tworzenie wielowymiarowych przestrzeni obliczeniowych ułatwiających rozwiązywanie złożonych problemów.
Kolejną rzeczą, którą należy zrozumieć, mówiąc o obliczeniach kwantowych, jest koncepcja splątania – efektu mechaniki kwantowej. Splątanie to korelacja między zachowaniem dwóch niezależnych rzeczy. W kontekście splątania kwantowego splątanie kubitów powoduje zmianę innych kubitów, umożliwiając systemowi znajdowanie rozwiązań szybciej niż konwencjonalny komputer.
W przeciwieństwie do powszechnego błędnego przekonania, że obliczenia kwantowe mogą rozwiązywać złożone problemy poprzez równoległe wypróbowywanie wszystkich możliwych konfiguracji problemu, komputery kwantowe wykorzystują splątanie kubitów do badania prawdopodobieństwa. Następnie wykonują algorytm, aby zwiększyć swoje szanse na znalezienie najlepszej odpowiedzi.
4.
Jaki jest cel przetwarzania w chmurze kwantowej?
Obliczenia kwantowe mają potencjał do rozwiązywania wcześniej nierozwiązywalnych problemów w różnych dziedzinach, takich jak ekonomia, projektowanie i rozwój leków, finanse, logistyka i nie tylko.
Na przykład wielkoskalowe platformy przetwarzania w chmurze kwantowej można wykorzystać do rozwiązywania problemów związanych z optymalizacją logistyki i planowaniem zasobów w środowiskach biznesowych. W opiece zdrowotnej przetwarzanie w chmurze kwantowej może potencjalnie analizować duże ilości danych pacjentów w celu znalezienia najskuteczniejszych metod leczenia określonych chorób.
Ponadto w dziedzinie cyberbezpieczeństwa komputery kwantowe mogą wykorzystywać zwiększoną moc obliczeniową do zwalczania cyberprzestępczości i naruszeń danych. Zalet przetwarzania w chmurze kwantowej jest wiele. Istotną korzyścią jest to, że umożliwia organizacjom uzyskanie dostępu do mocy obliczeń kwantowych bez konieczności zakupu własnych maszyn i systemów chłodzenia.
Umożliwia także badaczom kwantowym, takim jak studenci i pracownicy naukowi fizyki kwantowej, lepsze zrozumienie zasad kwantowych i przeprowadzanie eksperymentów bez konieczności dostępu do komputera kwantowego.
5.
W jaki sposób wykorzystuje się przetwarzanie w chmurze kwantowej?
Aktualne zastosowania chmury kwantowej obejmują aplikacje związane z testowaniem algorytmów kwantowych.
W szczególności algorytmy kwantowe są tworzone na konwencjonalnych komputerach i testowane na komputerach kwantowych w celu sprawdzenia wykonalności. Ponieważ technologia związana z obliczeniami kwantowymi jest kosztowna i charakteryzuje się wysokimi barierami wejścia, przetwarzanie kwantowe w chmurze umożliwia przedsiębiorstwom i badaczom wykorzystanie tej technologii do badania różnych zastosowań obliczeń kwantowych.
Obliczenia kwantowe są wciąż na wczesnym etapie rozwoju i wdrażania, dlatego wskaźniki ich wykorzystania pozostają niskie. Jednakże udostępnienie tej technologii za pośrednictwem rozproszonego przetwarzania w chmurze stanowi przełom, który otwiera drzwi do wielu potencjalnych zastosowań w przyszłości.
6.
Jak wygląda przyszłość obliczeń kwantowych w chmurze?
Eksperci przewidują, że wdrożenie obliczeń kwantowych w chmurze może być większym wyzwaniem niż sztuczna inteligencja, która rozkwitła w ciągu ostatniej dekady.
Wyzwanie to wynika częściowo ze złożonych wymagań technicznych komputerów kwantowych. Ponieważ systemy sprzętu kwantowego wymagają wyjątkowo zimnych warunków pracy, dostawcy usług w chmurze będą musieli zbudować dedykowane przestrzenie dla komputerów kwantowych. Istniejące obecnie centra danych są słabo wyposażone do tego celu.
Ponadto obliczenia kwantowe i powiązane z nimi oprogramowanie są wciąż na wczesnym etapie rozwoju i wdrażania, dlatego też całą branżę nadal uważa się za rodzącą się. Programiści będą musieli także opanować nowe umiejętności arytmetyczne i logiczne, ponieważ typowe metody programowania cyfrowego bardzo różnią się od tych wymaganych w obliczeniach kwantowych.
Mimo to eksperci optymistycznie patrzą na potencjał przetwarzania kwantowego w chmurze i uważają, że może ono przynieść ogromne korzyści różnym branżom, w tym finansom, logistyce, opiece zdrowotnej i technologii.
W miarę rozwoju technologii nadal jest bardzo prawdopodobne, że w najbliższej przyszłości obliczenia kwantowe oparte na chmurze staną się powszechnie dostępne, dzięki czemu korzystanie z tej zaawansowanej technologii będzie dla przedsiębiorstw łatwiejsze i bardziej opłacalne.
Firmy działające w chmurze prawdopodobnie staną się pierwszą grupą dostawców usług podrzędnych, ponieważ usługa po prostu rozszerzy istniejącą ofertę. Jeśli zostanie skutecznie wdrożona i sprzedana, przetwarzanie w chmurze kwantowej może stać się tak wszechobecne, jak wdrożenia sztucznej inteligencji i uczenia maszynowego.